分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)影響的機(jī)理分析

蘇適，王斌，羅征洋，徐宏，趙靜，李雪梅（.　云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南昆明　6507；.　玉溪供電局，云南玉溪　65399）

分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)影響的機(jī)理分析

蘇適1，王斌2，羅征洋2，徐宏2，趙靜2，李雪梅2
（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南昆明650217；2.玉溪供電局，云南玉溪653199）

摘要：從本質(zhì)上研究了分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)的影響，并結(jié)合數(shù)值仿真進(jìn)行驗(yàn)證。此外，在滿足繼電保護(hù)可靠動(dòng)作的前提下，分析了配電網(wǎng)允許分布式電源側(cè)的接入最大短路容量與并網(wǎng)位置、并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗的關(guān)系。結(jié)果表明：分布式電源接入可能導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作失去選擇性、誤動(dòng)或拒動(dòng)；在不同并網(wǎng)位置情況下，合理的設(shè)置并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗值，可以減小分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)帶來(lái)的影響，從而可增加允許分布式電源側(cè)的接入最大短路容量。

關(guān)鍵詞：分布式電源；小電阻接地；零序電流保護(hù)；接入短路容量

本文引用格式：蘇適，王斌，羅征洋，等．分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)影響的機(jī)理分析[J]．新型工業(yè)化，2015，5（7）：47-56

Citation:SUShi,WANGBin,LUOZheng-yang,etal.MechanismAnalysisontheInfluenceofDistributed GenerationonZeroSequenceCurrentProtectioninLowResistanceGroundingSystem[J].TheJournalofNew Industrialization,2015,5（7）:47-56.

0　引言

隨著越來(lái)越多的分布式電源（DistributedGeneration，DG）[1]接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)的繼電保護(hù)[2-11]、電能質(zhì)量[12-13]、可靠性[14]等將受到較大影響。其中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)DG給配電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來(lái)的影響做了大量有價(jià)值研究，并對(duì)光伏等分布式能源接入配電網(wǎng)所造成的配電網(wǎng)電壓降落等問(wèn)題進(jìn)行了深入討論[15]。文[3-5]分析了DG接入對(duì)配電網(wǎng)短路電流分布和繼電保護(hù)的影響，其分析結(jié)果表明分布式電源的接入將可能導(dǎo)致配電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作失去選擇性、誤動(dòng)或拒動(dòng)。此外，文[6-7]主要從DG的接入容量分析了其對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響。在滿足繼電保護(hù)可靠動(dòng)作的前提下，文[8-9]還對(duì)DG的準(zhǔn)入容量進(jìn)行定量的研究。針對(duì)DG給配電網(wǎng)傳統(tǒng)繼電保護(hù)帶來(lái)的影響，文[10-11]還提出含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)新方法。然而，這些研究都僅對(duì)配電網(wǎng)發(fā)生相間短路時(shí)作了討論，并沒(méi)有對(duì)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)進(jìn)行相關(guān)的分析。

由于配電網(wǎng)中電纜線路增多而使得對(duì)地電容電流增大，不少配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式[16，17]。同時(shí)在所有的短路類型中，單相短路占大多數(shù)[18]，并且與三相短路不同，單相短路還考慮了負(fù)序與零序網(wǎng)絡(luò)，不能簡(jiǎn)單地分析。因此，有必要分析分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)的影響機(jī)理。

分布式電源接入對(duì)小電阻接地系統(tǒng)零序電流保護(hù)影響的研究還比較初步，缺乏完整的理論推導(dǎo)和機(jī)理分析。本文通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及仿真分析研究分布式電源接入對(duì)零序電流保護(hù)的作用機(jī)理，從而分析其對(duì)配電網(wǎng)零序電流三段保護(hù)[19]的影響。此外，由于接入短路容量相對(duì)接入容量更能直接衡量分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)的影響。因此，本文還分析了分布式電源的接入最大短路容量與并網(wǎng)位置、并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗的關(guān)系。

圖1　典型配電網(wǎng)模型及正序等效電路圖Fig.　1　Typical　distribution　network　model　and　the　positive　sequence　equivalent　circuit　diagram

1　分布式電源接入配電網(wǎng)等效模型

1.1分布式電源側(cè)模型

分布式電源模型可以通過(guò)戴維南等效成一個(gè)理想電壓源串聯(lián)一個(gè)阻抗來(lái)表示[3]。其中，分布式電源短路容量的大小直接決定其阻抗的大小，也代表其故障電流的注入能力。

分布式電源一般通過(guò)并網(wǎng)變壓器并網(wǎng)，該并網(wǎng)變壓器的主要功能并不是為了實(shí)現(xiàn)電壓的變換，而是為了避免直流電流注入電網(wǎng)、防止3k（k=1，2，…）次倍諧波注入電網(wǎng)、保證分布式電源測(cè)察覺(jué)系統(tǒng)故障、限制系統(tǒng)故障電流、防止諧振過(guò)電壓和工頻過(guò)電壓等方面的需要[20]。對(duì)于小電阻接地系統(tǒng)，并網(wǎng)變壓器應(yīng)采用“Yg/Δ”聯(lián)結(jié)方式[20，21]，其中系統(tǒng)側(cè)為“Yg”聯(lián)結(jié)，其中可以適當(dāng)設(shè)置變壓器的中性點(diǎn)接地阻抗大小來(lái)控制零序故障電流的大小。

本文討論的分布式電源接入短路容量定義為在并網(wǎng)點(diǎn)（并網(wǎng)變壓器高壓側(cè)）發(fā)生三相短路時(shí)，分布式電源側(cè)提供的短路電流與并網(wǎng)點(diǎn)處的平均額定電壓的乘積。

1.2系統(tǒng)側(cè)模型

由于配電網(wǎng)存在多種接線模型，所以需對(duì)分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響歸類總結(jié)。本文將其影響分為三種情況[9]：①對(duì)相鄰饋線保護(hù)的影響；②對(duì)上游線路保護(hù)的影響；③對(duì)下游線路保護(hù)的影響。

本文主要以圖1所示配電網(wǎng)示例模型，其中配電網(wǎng)上一級(jí)變壓器的低壓母線短路容量大小決定了系統(tǒng)電源等效阻抗ZS的大小。圖中編號(hào)1～6分別表示線路L1～L6各自的保護(hù)，都配有零序電流三段保護(hù)。ES為系統(tǒng)等效電源相電動(dòng)勢(shì)，Em為分布式電源等效相電動(dòng)勢(shì)，本文取ES=Em。Z1～Z6為各線路阻抗，ZT為并網(wǎng)變壓器的短路阻抗，Zn為并網(wǎng)變壓器的中性點(diǎn)接地阻抗，Zm為分布式電源的等效阻抗，系統(tǒng)側(cè)中性點(diǎn)阻抗假定為0；α1～α6分別為各線路短路點(diǎn)到各自母線的距離占該段線路總長(zhǎng)度的百分比，以上參數(shù)均取標(biāo)幺值。此外，在本文分析中，線路、電源的正負(fù)零序阻抗分別用下標(biāo)I、II、0表示。

2　對(duì)零序電流三段保護(hù)的影響

在計(jì)算故障電流時(shí)，不同于三相短路故障時(shí)系統(tǒng)側(cè)與電源側(cè)可以獨(dú)立計(jì)算或直接疊加，單相短路故障還要考慮負(fù)序與零序等效阻抗，不能簡(jiǎn)單的獨(dú)立計(jì)算。下面所述故障都假定為單相短路故障。

2.1相鄰饋線發(fā)生故障

2.1.1對(duì)相鄰饋線保護(hù)的影響

由于分布式電源的接入對(duì)流過(guò)相鄰饋線保護(hù)裝置的故障零序電流產(chǎn)生助增作用，提高其保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，同時(shí)其保護(hù)范圍擴(kuò)大，可能導(dǎo)致相鄰饋線各零序電流保護(hù)動(dòng)作失去選擇性。

2.1.2對(duì)上游線路保護(hù)的影響

上游線路的保護(hù)裝置將有反方向故障零序電流流過(guò)，可能引起上游線路保護(hù)的誤動(dòng)作，使得分布式電源進(jìn)入非計(jì)劃孤島運(yùn)行狀態(tài)，擴(kuò)大停電范圍。

2.1.3對(duì)下游線路保護(hù)的影響

下游線路沒(méi)有故障零序電流流過(guò)，所以不會(huì)對(duì)下游線路的保護(hù)產(chǎn)生影響。

2.1.4示例說(shuō)明

當(dāng)線路L5發(fā)生故障（f5）時(shí)，流過(guò)保護(hù)5、1、2的零序電流大小為：

式中，正負(fù)零序等效阻抗分別為：

然而，在分布式電源接入前，線路L5發(fā)生故障（f5）時(shí)，流過(guò)保護(hù)5、1、2零序電流大小為：

1）保護(hù)5靈敏性將提高，正確動(dòng)作切除故障。

2）若流過(guò)保護(hù)1和保護(hù)2的電流均小于其各自的零序保護(hù)III段整定電流值時(shí)，則保護(hù)1、2不會(huì)誤動(dòng)作，本饋線正常工作。

3）若流過(guò)保護(hù)1或保護(hù)2的電流大于其各自的任一零序電流保護(hù)整定值，并且其動(dòng)作時(shí)間小于保護(hù)5的動(dòng)作時(shí)間，則保護(hù)1或保護(hù)2就將誤動(dòng)作。

4）若流過(guò)保護(hù)1或保護(hù)2的電流大于其各自的任一零序電流保護(hù)整定值，但其動(dòng)作時(shí)間大于保護(hù)5的動(dòng)作時(shí)間，則保護(hù)1、2不會(huì)誤動(dòng)作，本饋線正常工作。

與線路L5故障零序電流計(jì)算原理一樣，線路L6發(fā)生故障（f6）時(shí)，設(shè)流過(guò)保護(hù)5和保護(hù)6的零序電流大小為：

式中，正、負(fù)零序等效阻抗分別為：

然而，在分布式電源接入前，線路L6發(fā)生故障（f6）時(shí)，流過(guò)保護(hù)5和保護(hù)6的零序電流大小為：

式中，正負(fù)零序等效阻抗分別為：

（1）保護(hù)5和保護(hù)6的靈敏性都將提高。

（2）若Ik5.0小于保護(hù)5零序電流保護(hù)I段的整定電流值，保護(hù)6正確動(dòng)作切除故障。

（3）若Ik5.0大于保護(hù)5零序電流保護(hù)I段的整定電流值，保護(hù)5和保護(hù)6的零序電流保護(hù)I段動(dòng)作將失去選擇性。

（4）由于零序電流III段保護(hù)是按躲過(guò)下一條線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流整定且選擇性要求應(yīng)與下一線路的電流III段以延時(shí)的方式互相配合，所以保護(hù)5和6的電流III段的靈敏性均提高，而且不存在失去選擇性的問(wèn)題。

可能導(dǎo)致保護(hù)1、2誤動(dòng)作的影響分析與線路5發(fā)生故障分析類似。

2.2上游線路發(fā)生故障

2.2.1對(duì)相鄰饋線保護(hù)的影響

相鄰饋線沒(méi)有故障零序電流流過(guò)，所以不會(huì)對(duì)相鄰饋線保護(hù)產(chǎn)生影響。

2.2.2對(duì)上游線路保護(hù)的影響

流過(guò)故障點(diǎn)的上游線路保護(hù)裝置的故障零序電流將產(chǎn)生變化，可能導(dǎo)致其保護(hù)拒動(dòng)或動(dòng)作失去選擇性；分布式電源接入點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的保護(hù)裝置將有方向故障零序電流流過(guò)，可能導(dǎo)致其保護(hù)動(dòng)作。

2.2.3對(duì)下游線路保護(hù)的影響

下游線路沒(méi)有故障零序電流流過(guò)，所以不會(huì)對(duì)下游線路的保護(hù)產(chǎn)生影響。

2.2.4示例說(shuō)明

當(dāng)線路L1發(fā)生故障（f1）時(shí)，流入接地點(diǎn)以及流經(jīng)保護(hù)1、2零序電流大小為：

式中，系統(tǒng)側(cè)正負(fù)零序等效阻抗分別為：

然而，在分布式電源接入前，線路L1發(fā)生故障（f1）時(shí)，流入接地點(diǎn)以及流經(jīng)保護(hù)1、2零序電流大小為：

護(hù)1保護(hù)范圍縮小，靈敏性也下降。若Ik1.0小于保護(hù)1零序電流三段保護(hù)的所有電流整定值，則保護(hù)1拒動(dòng)，系統(tǒng)電源將繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，否則保護(hù)1將正確動(dòng)作切除故障。

保護(hù)2有故障零序電流流過(guò)，若Ik2.0小于保護(hù)2零序電流三段保護(hù)的所有電流整定值，則保護(hù)2不會(huì)動(dòng)作，分布式電源將繼續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，否則保護(hù)2動(dòng)作，分布式電源進(jìn)入非計(jì)劃孤島運(yùn)行。

當(dāng)線路L2發(fā)生故障時(shí)，分布式電源對(duì)零序保護(hù)的影響與上面分析線路L1故障時(shí)原理一致，不同的是當(dāng)流過(guò)保護(hù)1的零序電流小于保護(hù)1零序電流保護(hù)I段的整定電流值時(shí)，則保護(hù)2正常動(dòng)作切除故障，否則保護(hù)1、2動(dòng)作將去選擇性。

2.3下游線路發(fā)生故障

2.3.1對(duì)相鄰饋線保護(hù)的影響

相鄰饋線沒(méi)有故障零序電流流過(guò)，所以不會(huì)對(duì)相鄰饋線保護(hù)產(chǎn)生影響。

2.3.2對(duì)上游線路保護(hù)的影響

流過(guò)上游線路保護(hù)裝置的故障零序電流將產(chǎn)生變化，可能導(dǎo)致其保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。

2.3.3對(duì)下游線路保護(hù)的影響

由于分布式電源的接入對(duì)流過(guò)下游線路保護(hù)裝置的故障零序電流產(chǎn)生助增作用，提高其保護(hù)動(dòng)作的靈敏性，同時(shí)其保護(hù)范圍擴(kuò)大，可能導(dǎo)致下游線路各零序電流保護(hù)動(dòng)作失去選擇性。與前面L6發(fā)生故障時(shí)影響分析類似，此處不再詳細(xì)示例說(shuō)明。

2.3.4示例說(shuō)明

如圖1所示，線路L3發(fā)生故障（f3）時(shí)，流過(guò)保護(hù)3、1、2的故障零序電流大小為：

式中，正負(fù)零序等效阻抗分別為：

然而，在分布式電源接入前，線路L3發(fā)生故障（f3）時(shí)，流經(jīng)保護(hù)1、2、3的故障零序電流大小為：比較式（12）～（14），I＞I，基于故障f和f分析，可知線路L3發(fā)生故障（f）時(shí)：

k3.0k3.0123

善電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)可靠性一直是一項(xiàng)迫切而艱巨的任務(wù)[2，3]。電力系統(tǒng)是一個(gè)具有高度非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)偏離較大，采用近似線性化處理方法進(jìn)行控制時(shí)，其控制效果不太令人滿意，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。為此，非線性控制理論在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究意義顯著，越來(lái)越受到人們的青睞[4]。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制在電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制中一直發(fā)揮著重要作用，已被公認(rèn)為是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定特性最經(jīng)濟(jì)、最有效的措施。非線性勵(lì)磁控制成為了研究的熱點(diǎn)[5-9]。TCSC作為FACTS家族的成員之一，在提高電力系統(tǒng)的傳輸容量、改善電力系統(tǒng)阻尼比以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面扮演著重要角色[10]。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與TCSC間的非線性協(xié)調(diào)問(wèn)題也有大量的研究工作[11-13]。文獻(xiàn)[11]基于耗散系統(tǒng)的概念，提出了TCSC與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的魯棒非線性協(xié)調(diào)控制策略。文獻(xiàn)[12]基于最優(yōu)變目標(biāo)方法設(shè)計(jì)了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁與TCSC的非線性協(xié)調(diào)控制器。文獻(xiàn)[13]是將含發(fā)電機(jī)勵(lì)磁和TCSC的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型表示為Hamilton系統(tǒng)形式，利用系統(tǒng)的Hamilton結(jié)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制策略間的協(xié)調(diào)。

上述文獻(xiàn)所設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)控制器均在單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)中進(jìn)行研究，而在多機(jī)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用效果缺乏一定的說(shuō)服力。本文利用非線性系統(tǒng)微分幾何理論的直接反饋線性化方法將含TCSC的多機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確線性化。該方法不需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，具有計(jì)算簡(jiǎn)單、物理概念清晰的優(yōu)點(diǎn)，在工程應(yīng)用上具有一定的優(yōu)越性。最后的仿真結(jié)果也表明了本文所研究的最優(yōu)控制律的正確性和有效性。

3　仿真研究

3.1仿真模型

仿真模型如圖1所示，本文使用Simulink進(jìn)行建模仿真研究。其中模型各項(xiàng)參數(shù)如下：

1）系統(tǒng)電源：輸出電壓10.5kV，短路容量為100MVA，電阻電抗比R/X=1/7；

2）線路：最大傳輸容量為14000kVA，正、負(fù)序電阻為0.01273Ω/km，零序電阻為0.3864Ω/km，正、負(fù)序電抗為j0.2933Ω/km，零序電抗為j1.2963Ω/km，正、負(fù)序電容為12.74×10-12F，零序電容為7.751×10-12F。其中：L1～L4長(zhǎng)度分別為2km，L5與L6長(zhǎng)度分別為3km；

3）分布式電源：輸出電壓0.4kV，短路容量為10MVA，電阻電抗比R/X=1/7；

4）并網(wǎng)變壓器：容量為2MVA，變比為0.4/10.5，空載損耗為4300W，負(fù)載損耗為13000W，短路阻抗為6%，空載電流為6%；

5）線路末端發(fā)生單相短路時(shí)，零序故障電流最大，線路正常最大不平衡電流取為最大載流量的50%，保護(hù)整定值的可靠系數(shù)取為1.25。

6）故障發(fā)生時(shí)間為0.02s。

3.2故障零序電流比較仿真

3.2.1線路5首端發(fā)生故障

圖2（a）給出了流過(guò)保護(hù)5的零序電流比較示例圖，圖2（b）給出了流經(jīng)保護(hù)1、2的反向零序電流比較示例圖。從兩圖中均可以看出零序電流明顯增加，與三相短路結(jié)果類似[6]。

3.2.2線路1末端發(fā)生故障

圖3給出了流過(guò)保護(hù)1的零序電流比較示例圖，從圖中均可以看出零序電流明顯下降。而在三相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)1的故障電流是不變的[5]。

圖2　L5首端單相短路時(shí)零序電流比較Fig.　2　Compare　of　zero　sequence　current　when　singlephase　short　circuit　at　the　head　of　L5

3.2.3線路3末端發(fā)生故障

圖4（a）給出了流過(guò)保護(hù)3的零序電流比較示例圖，圖4（b）給出了流過(guò)保護(hù)1、2的零序電流比較示例圖。從圖4（a）中可以看出L3零序電流明顯增加，與三相短路結(jié)果類似[6]。同時(shí)，在給定參數(shù)下，從圖4（b）中可以看出流過(guò)保護(hù)1、2的零序電流明顯減小。

圖3　L1末端單相短路時(shí)零序電流比較Fig.　3　Compare　of　zero　sequence　current　when　singlephase　short　circuit　at　the　end　of　L1

3.3接入最大短路容量仿真分析

由前文分析可知，分布式電源接入可能導(dǎo)致配電網(wǎng)零序電流保護(hù)動(dòng)作失去選擇性，也可能導(dǎo)致上游線路零序電流保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。此外，從前面分析可知，決定其影響大小的主要因素是等效阻抗Zm+ZT之和的大小、并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗Zn的大小以及并網(wǎng)位置（并網(wǎng)點(diǎn)至母線1的距離）。本文主要用接入短路容量來(lái)衡量Zm+ZT之和的大小。

與文[8]確定最大接入容量類似，本文的接入最大短路容量的確定方法是：在不同并網(wǎng)位置及不同并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗情況下，逐漸增加接入短路容量的大小，直至配電網(wǎng)零序電流保護(hù)動(dòng)作失去選擇性、誤動(dòng)或拒動(dòng)。

3.3.1確保保護(hù)動(dòng)作不失去選擇性

根據(jù)前文分析結(jié)果，為確保相鄰饋線保護(hù)動(dòng)作不失去選擇性，當(dāng)線路L6首端發(fā)生故障（f6）時(shí)，流過(guò)保護(hù)5的故障電流應(yīng)小于其保護(hù)I段整定值。從圖5（a）可以看出并網(wǎng)位置越大，接入最大短路容量就越大，其中，并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗越大，并網(wǎng)點(diǎn)最大短路容量就越大，這也說(shuō)明了Zn對(duì)相鄰饋線零序電流的限制作用。

圖4　L3末端單相短路時(shí)零序電流比較Fig.　4　Compare　of　zero　sequence　current　when　single-phase　short　circuit　at　the　end　of　L3

為確保上游線路保護(hù)動(dòng)作不失去選擇性，當(dāng)線路L2首端發(fā)生單相短路（f2）時(shí)，流過(guò)保護(hù)1的故障電流應(yīng)小于其保護(hù)I段整定值。從圖5（b）中可以看出接入短路容量在很大范圍內(nèi)都不會(huì)使得流過(guò)保護(hù)1的故障電流大于其整定值。從圖5（c）中可以看出，Zn對(duì)流過(guò)上游線路零序故障電流有貢獻(xiàn)作用，而且隨著接入短路容量的變化，零序故障電流并不是呈現(xiàn)一直上升的趨勢(shì)，而且先下降后上升。

為確保下游線路保護(hù)動(dòng)作不失去選擇性，當(dāng)線路L4首端發(fā)生故障（f4）時(shí)，流過(guò)保護(hù)3的故障電流應(yīng)小于其保護(hù)I段整定值。從圖5（d）中可看出并網(wǎng)位置越大，接入最大短路容量就越小。其中，并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗越大，接入最大短路容量就越大，這也說(shuō)明了Zn對(duì)下游線路零序電流的限制作用。

圖5　確保保護(hù)動(dòng)作不失去選擇性Fig.　5　Guarantee　the　correct　selection　of　protection　operation

3.3.2確保保護(hù)動(dòng)作不誤動(dòng)或不拒動(dòng)

為確保上游線路保護(hù)不誤動(dòng)，當(dāng)線路L5首端發(fā)生故障（f5）時(shí)，流過(guò)保護(hù)1的故障電流應(yīng)小于其保護(hù)III段整定值。從圖6（a）中可看出并網(wǎng)位置越大，接入最大短路容量就越大。其中，并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗越大，接入最大短路容量就越大，這也說(shuō)明了Zn對(duì)上游線路零序電流的限制作用。

為確保上游保護(hù)動(dòng)作不拒動(dòng)，當(dāng)上游線路發(fā)生單相短路時(shí)，流過(guò)保護(hù)1的故障電流應(yīng)大于其保護(hù)III段整定值。從圖6（b）可以看出接入短路容量在很大范圍內(nèi)都不會(huì)使得流過(guò)保護(hù)1的故障電流小于其保護(hù)III段整定值。

為確保上游保護(hù)動(dòng)作不拒動(dòng)，當(dāng)下游線路發(fā)生故障時(shí)，流過(guò)保護(hù)1的故障電流應(yīng)大于其保護(hù)III段電流整定值。從圖6（c）中可以看出，接入最大短路容量隨著并網(wǎng)位置的逐漸變大呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，同時(shí)并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗越大，接入最大短路容量就越大，這也說(shuō)明了Zn對(duì)上游線路零序故障電流的貢獻(xiàn)作用。

圖6　確保保護(hù)動(dòng)作不誤動(dòng)或不拒動(dòng)Fig.　6　Guarantee　no　missing　or　mal　operation

通過(guò)綜合上述各種情況的接入最大短路容量，就可以大致確定分布式電源側(cè)的接入最大短路容量，保證在分布式電源接入后配電網(wǎng)繼電保護(hù)仍能可靠動(dòng)作。

4　結(jié)論

本文基于小電阻接地系統(tǒng)零序電流三段保護(hù)原理，首次通過(guò)嚴(yán)格理論推導(dǎo)完整地分析了分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)零序電流保護(hù)的影響機(jī)理，給出了分布式電源不影響原有配網(wǎng)保護(hù)可靠動(dòng)作的邊界條件，具體結(jié)論如下：

1）接入短路容量、并網(wǎng)位置以及并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗都是分布式電源接入對(duì)配帶電網(wǎng)零序電流保護(hù)影響的決定因素。

2）在不改變配電網(wǎng)的原有保護(hù)配置情況下，需對(duì)分布式電源側(cè)接入短路容量進(jìn)行限制，確保配電網(wǎng)繼電保護(hù)可靠動(dòng)作。

3）通過(guò)合理的設(shè)置并網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地阻抗值，可以減小分布式電源接入后對(duì)配電網(wǎng)零序電流保護(hù)帶來(lái)的影響，從而可增加允許分布式電源側(cè)的接入最大短路容量。

本文從小電阻接地系統(tǒng)的零序電流保護(hù)出發(fā)，分布式電源側(cè)的接入最大短路容量分析過(guò)程及結(jié)果可以為DG接入配電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供了有借鑒價(jià)值的理論依據(jù)。

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DOI：10.3969/j.issn.2095-6649.2015.07.008

基金項(xiàng)目：＊中國(guó)南方電網(wǎng)科技項(xiàng)目資助（No.0301XX2406）。

作者簡(jiǎn)介：蘇適，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事方向?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)與主動(dòng)配電網(wǎng)，智能微網(wǎng)等；王斌，男，本科，工程師，主要從事研究方向：繼電保護(hù)，安全管理及配網(wǎng)運(yùn)行；羅征洋，男，本科，工程師，主要從事研究方向?yàn)殡娏I(yíng)銷管理；徐宏，男，碩士，工程師，主要從事研究方向?yàn)殡娔苡?jì)量等；趙靜，碩士，高級(jí)工程師，主要從事研究方向?yàn)殡娔苡?jì)量、計(jì)量自動(dòng)化等；李雪梅，本科，經(jīng)濟(jì)師，主要從事方向?yàn)樾姓芾怼?/p>

Mechanism Analysis on the Influence of Distributed Generation on Zero Sequence Current Protection in Low Resistance Grounding System

SUShi1,WANGBin2,LUOZheng-yang2,XUHong2,ZHAOJing2,LIXue-mei2
(1. Electric Power Research Institute Co., Ltd. of Yunnan Power Grid, Kunming 650217; 2.Yuxi Power Bureau, Yuxi 653199)

Abstract:Thispaperfocusesontheinfluenceofdistributedgenerationonzerosequencecurrentprotectioninlow resistancegroundingsystem,verifyingwithmathematicalsimulation.Therelationshipbetweenthemaximumallowableshortcircuitcapabilityofdistributedgenerationandthegrid-connectedlocationortheimpedanceofgrid-connectedtransformer’s neutralground.Theresultshowsthatdistributedgenerationmayleadtotheloseofselectivityormissingoperation.Reasonable valuesofimpedanceofgrid-connectedtransformer’sneutralgroundcandecreasetheinfluenceofdistributedgenerationon thedistributionnetworkprotection,increasingthemaximumofshort-circuitcapabilityofdistributedgeneration.Thisworkis supportedbyScienceandTechnologyProjectsofChinaSouthernPowerGrid(Projectnumber:0301XX2406).

Keywords:Distributedgeneration;Lowresistancegrounding;Zerosequencecurrentprotection;Connectionshort-circuit capability