DG接入下的配電網保護方案研究

金洪聲　張凱

【摘 要】分布式電源接入配電網后，繼電保護方案需要調整，本文考慮分布式電源容量和負荷容量相匹配，在規劃設計階段進行有計劃的孤島優化劃分；針對不同位置的故障，分析分布式電源對短路電流的影響，并合理調整保護方案。基于終端之間對等交換實時數據的閉鎖式廣域電流保護，并使之與重合閘前加速想配合實現故障元件的快速切除。

【關鍵詞】分布式電源；繼電保護；孤島；廣域電流保護

中圖分類號： TM715 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）26-0076-002

Study on Distribution Network Protection Scheme with DG Access

JIN Hong-sheng ZHANG Kai

（State Grid Zhengzhou Power Company，Zhengzhou Henan 450000，China）

【Abstract】After the distributed power supply is connected to the distribution network，the relay protection scheme needs to be adjusted.In this paper，the distributed power capacity and load capacity are considered to be matched，and the planned islanding optimization is planned during the planning and design stage.In view of the fault of different locations，Analysis of distributed power on the short-circuit current，and adjust the protection program.Real-time data based on the exchange of peer-to-peer latching wide-area current protection，and make it with the acceleration before reclosing to cooperate to achieve rapid removal of faulty components.

【Key words】Distributed power supply；Relay protection；Isolated island；Wide area current protection

配電網接入DG后將變成一種遍布電源和負荷的互聯網絡，配電網的潮流、故障電流及結構都發生了變化[1]。IEEE Standard 1547標準規定：如果故障發生在DG所在饋線，DG應當停止向配電網供電。這樣雖然能夠消除DG接入配電網后對保護及自動重合閘裝置的不良影響，但難以發揮DG的作用。

目前，不少專家、學者對DG接入配網后保護方案的進行了創新性研究[2-3]，一般分為兩類：一類是輸電網的保護方案應用于配電網；另一類是基于目前配網的配置，提出保護整定的新算法，包括采用自適應保護原理、加裝方向元件等。第一種保護方案在較高程度上依賴主站和通信網絡，一旦主站或者通信失效，整個保護系統也隨之失效，況且就目前我國配網實際建設情況而言，若要實現發達可靠性的通信網絡，需要投入大量財力、物力，需要很長一段時間。因此，此方法在當前并不實用。第二種方案較第一種方案具有更好的實用性，但需要關鍵在于方向元件，傳統方向元件需要利用電壓信息來判斷，這樣會導致保護接線復雜，并且存在“電壓死區”。

1 孤島優化劃分模型

在檢測到系統電源發生故障后，需要切斷負荷與系統電源的聯系，DG通過孤島穩定的對負荷供電。要達到此目的，需要在規劃設計階段對孤島運行進行優化劃分。劃分時，需根據鄭州航空港區配電網的拓撲結構、DG容量和類型以及負荷情況綜合分析及合理規劃，要滿足以下兩個方面：一是確保故障時停電范圍盡可能的小，需在相鄰的兩個區域的邊界需要加裝智能開關；二是滿足孤島內分布式電源與負荷的匹配關系。孤島優化劃分時，從接入DG的母線開始向該分支下游延伸，直到滿足區域內負荷與DG容量匹配為止。因此，配電網被劃分為兩類區域：一類是包含DG的區域，該區域內應滿足功率平衡方程，并至少配置一臺具有頻率和電壓調整能力的DG以滿足孤島運行時調頻和調壓要求；另一類是不含DG的區域，該區域內的負荷由主電源或者相鄰區域電源供電。

2 相鄰線路或下游故障的整定方案

當分布式電源容量接入時，在相鄰線路或者下游故障時，分布式電源會向故障點提供故障電流，有可能造成保護誤動或者拒動，此時，不需要改變配電網的結構和繼電保護的硬件部分，只需對整定值進行修正。

電流速斷保護的原整定值為：

對于分布式電源有影響的限時電流速斷保護修正為：

式中，分支系數Kb為故障線路短路電流與前一級保護所在線路短路電流之比。

3 饋線出口處到DG的線路保護方案

當故障點處于饋線出口處到分布式電源之間的線路上，可能不能有效切除故障或者保護失去選擇性，需要調整配電網的網絡結構與保護方案：在分布式電源與系統相連的線路的首末端裝設智能開關，該開關具有對等交換實時測量數據的智能終端單元，在此基礎之上實現廣域電流差動保護。

如圖所示，當分布式電源通過C母線接入時，需要將1處開關更換為智能開關，并在線路BC段末端加裝一個智能開關6。除了保護1、2、6之外，其余的保護均需修正整定值（考慮分布式電源的助增電流）。在系統側和分布式電源側的開關1、6構成廣域電流差動保護。當線路故障時，故障判定框圖如下：

4 多個DG接入配網的保護方案

當多個分布式電源接入配網時，如下圖所示：

每個DG接入側均需要加裝智能開關，如智能開關3和5，并均與保護1構成廣域電流差動保護，動作原理與單個大容量分布式電源接入配網的故障判定相同，并利用重合閘前加速進行對永久性故障進行有選擇性的切除。

5 結論

大量的分布式電源接入配電網后，將會根本改變配電網結構，使其故障后的電氣量特征發生巨大變化，傳統的繼電保護模式難以滿足運行安全要求。本項目就解決這一問題提出了研究思路和方法，首先在規劃設計階段，根據分布式電源容量和負荷大小，將配電網絡劃分為若干個孤島，以實現孤島內功率平衡；然后分析分布式電源對不同位置故障的影響，合理配置保護方案：當分布式電源下游或者相鄰線路故障時，分布式電源對故障電流起助增作用，需對保護整定值進行修正；當饋線出口處到DG接入處線路故障時，考慮投資成本約束，在饋線出口處、DG接入處、以及孤島區域劃分處加裝智能開關和智能終端單元，借用通信手段，靈活采用主站的集中控制和智能終端分布式智能控制方式，利用當地電流和功率方向信息和相鄰信息，快速定位故障區域，實現分布式電源廣域電流差動保護，并與重合閘前加速配合，實現故障的有選擇性的快速切除。

【參考文獻】

[1]吳寧，許揚，陸于平.分布式發電條件下配電網故障區段定位新算法[J].電力系統自動化，2009，33（14）：77-82.

[2]黃學良，劉志仁，祝瑞金，等.大容量變速恒頻風電機組接入對電網運行的影響分析[J].電工技術學報，2010，25（4）：142-149.

[3]李乃永，梁軍，趙義術，等.考慮分布式電源隨機性的配電網保護方案[J].電力系統自動化，2011，35（19）：33-38.endprint