接入光伏電源對保護靈敏度影響的研究

韓天博

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

接入光伏電源對保護靈敏度影響的研究

韓天博

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

智能配電網的主要特征之一支持分布式電源（DER）的大量接入，分布式電源的接入改變系統的故障電流水平、持續時間及方向，影響繼電保護可靠性和安全性，對靈敏度的改變尤為明顯。以珠海3C智能電網的光伏發電電源為依托，對電源特性進行分析的基礎上，提出了一種隨分布式電源出力的變化，故障電流整定值相應變化的整定方案，從而消除對靈敏度降低的不良影響，并通過實際算例加以佐證其方案的可行性。

智能配電網；光伏電源；靈敏度

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.010

0　引言

在日益發展的新能源應用中，太陽能是重要的能源之一。它的安全、清潔和用之不盡等特點得到了世界各國學者的青睞。目前，和太陽能息息相關的光伏發電產業也得到了有效推廣，已成為發展最迅速的高科技產業之一。

琴韻變電站是珠海橫琴新區第一個220 kV變電站，在珠海首次采用220/20 kV電壓層級方案，按即3C綠色電網標準建設。采用光伏發電接入的方式，電站安裝功率為79.12 kW，太陽能電板方陣所產生的直流電通過并網逆變器變成380V三相/50 Hz或220 V單相/50Hz的交流電，并連接至# 1站用變低壓側總進線。由于光伏發電系統具有良好的環境效益，不會造成溫室氣體的排放，是建設環境友好型智能變電站的首選方案［1］。

但是，光伏發電接入后，由于對原有拓撲結果產生不可避免的影響，因此該智能配電網的潮流方向、短路電流等參數均發生了變化，孤島效應也對母線自投切裝置和重合閘產生不利影響［2］，因此有必要對傳統配網保護裝置進行適當的調整和改造。

1　光伏發電對繼電保護靈敏度的影響分析

假設光伏電源為IIDG，其容量為Sg。其接入系統后分析模型如圖1所示。

若d1處發生短路，故障點由系統電源Es和并入電源Eg同時提供，然而由于Eg具有分流作用，流過保護1的故障電流將減小［3-5］。DG容量越大，分流作用越明顯，流過保護1的故障電流就越小，可能小于保護1的整定值，使其靈敏度降低甚至拒動。

Eg和ES分別為光伏分布式電源和系統電源的等效電動勢；Zs和ZL分別為兩個電源的等效阻抗；Sg為接入電源的容量。U為母線電壓。在最大和最小運行方式下系統側的等效阻抗為Zmax和Zmin。

圖1　含分布式電源的繼電保護特性模型

于是分布式電源的等效電動勢為：

即分布電源的容量是短路電流Ik的二次函數。由于現實中容量取值范圍小，因此可以看作Sg和Ik成正比的關系。即可令ΔIk=mΔSg，m為常數。

2　提高含光伏電源的配網保護靈敏性的方法

由上面分析可知，當接入電源容量減少時，保護感受的電流成正比例的減少。如在t時間后接入電源退出運行，那么保護的電流由Ik降到了Ik-Ig，有可能造成保護靈敏度不足而拒絕動作［3-6］。

由于分布式電源的容量是固定的，即在接入和退出之間的ΔSg=Sg，即容量本身。即在接入和退出光伏發電后保護的短路電流的減小是一個常數。于是對Ⅰ段保護而言，可令

新的保護整定值為：

即速斷保護的定值減少量和故障電流的減少量成正比，比例系數為Ⅰ段保護的可靠系數，一般取1.2。

系統的Ⅱ段限時電流保護整定值則隨著下級線路的定值調整。即：

3　算例驗證

下面通過一個算例驗證。圖2為接入分布式電源的配網模型。

取系統的最大運行方式下阻抗為：Xmax=0.13 Ω，Xmin=0.01 Ω，lAB=10 km，lBC=6 km，末端負荷阻抗均為（30+j15.7）Ω。設光伏電源容量為8 MVA。

如表1，由于電源出力的范圍在0～8之間，當d1發生短路時，故障位置為70%，可靠系數取1.2，則有于是電流差和出力差的比值接近0.0012，為一個常數。即當出力減少的時候，保護3的速斷保護定值也在不斷降低。

圖2　接入光伏電源的配網模型

光伏電源的出力在0～8 MVA的范圍變化，通過仿真看到保護3的整定值和保護范圍的變化如表2。

可知整定值與故障電流大小關系為：

即保護定值要以靈敏度為大小的變化速度減小，這樣無論接入的分布式電源的輸出大小如

表1　R電源出力值與故障電流差的對比

表2　R保護3的整定值與保護范圍的變化情況對比

何，都能使保護的最小范圍在73%以上，從而使接入分布式電源后保護靈敏度降低的問題得到有效解決。

4　小結

本論文在珠海3C智能電網采用的逆變型分布式電源的背景下，對電源特性進行分析的基礎上，提出了一種隨分布式電源出力的變化，故障電流整定值相應變化的整定方案，從而消除對靈敏度降低的不良影響。經算例分析得出了此方案在理論上是可行的。

［1］錢科軍，袁越，石曉丹，等.分布式發電的環境效益分析［J］.中國電機工程學報，2008，28（29）：11-15.

［2］梁有偉，胡志堅，陳允平.分布式發電及其在電力系統中的應用研究綜述［J］.電網技術，2003，27（12）：71-75，88.

［3］周衛，張堯，夏成軍，等.分布式發電對配電網繼電保護的影響［J］.電力系統保護與控制，2010，38（3）：10.

［4］馬宏亮，楊進.分布式電源對配電網距離保護影響的分析［J］.機電工程技術，2010（10）：82-85.

［5］王鑫，徐習東，琚軍，等.基于層次分析法的繼電保護消缺優化研究［J］.機電工程，2013（12）：1540-1545.

［6］賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理：第四版［M］.北京：中國電力出版社，2009.

（編輯：阮毅）

Protection Research of the Distribution Network with Photovoltaic Power

HAN Tian-bo
（Zhuhai Board，Guangdong Power Grid Corporation，Zhuhai 519000，China）

Large intervention of distributed generation is the feature of Smart Distribution Grid，while it can make change of the load flow，and impacts the power system security，especially for the sensitivity.This paper raises a program of alter current setting by the altering of contribution of the distributed generation，on the base of the“3C Green Grid”in Zhuhai and the analysis of current characteristic，which can eliminate ill effects.Finally，the feasibility is checked through an actual example.

smart distribution grid；photovoltaic inverter；sensitivity

TM72

J

1009-9492（2015）01-0041-02

2014-03-06

韓天博，女，1988年生，黑龍江黑河人，大學本科，助理工程師。研究領域：繼電保護。