分布式電源接入對配電網保護的影響

國家電網吉林電力有限公司長春供電公司 田振英

沈陽工程學院電力學院 冷雪敏

國家電網遼寧電力有限公司沈陽供電公司 戴 菁

國家電網遼寧電力有限公司 李 忱 王赫妍

1.引言

分布式電源電力系統中有容量小，接入位置不確定等特點，隨著分布式電源的不斷增長，針對帶有分布式電源的10kV配電網繼電保護措施，及對配電網不同線路的影響及待分析研究。本文通過針對分布式電網對配電網影響分析，構建模擬分布式接入配網系統，仿真利用MATLAB軟件分析了在不同故障點三相短路時，系統自動重合閘的動作情況，提出相關常繼電保護措施所存在的問題。

2.分布式電源對配電網保護影響

在有分布式電源存在的10kV電力系統配電網中，分布式電源通常接入饋線母線上，對于電力系統計算及潮流等同于系統容量增大，當發生相關系統故障是，故障線路電流相比于無分布式電源配電網，只會增大短路電流，與系統整體相比，由于分布式電源自身容量無法與系統容量相比，所以對系統個保護的參數影響不大，通常分布式電源接入10kV配電網的影響主要包括以下三個方面：

（1）分布式電源接入10kV配電網對繼電保護靈敏度的影響。由于分布式電源自身存在汲流特性，所以配電網下游線路發生故障時，存在分布式電源的配電網所產生的故障電流一部分由分布式電源吸收，線路電流相比于常規配電網較小，因此針對傳統方式設置的繼電保護動作電流值收到影響，造成系統因電流值較小，繼電保護不正常動作啟動保護，因此分布式電源將影響系統繼電保護動作靈敏性。

（2）分布式電源接入10kV配電網對繼電保護上游保護的影響。在有分布式電源存在的10kV電力系統配電網中，與分布式電源接入點相鄰線路發生故障時，由于分布式電源不具備方向性，短路電流將有可能流入系統上游線路，造成上游線路繼電保護裝置無法進行選擇性保護，系統繼電保護誤動，影響系統的正常運行。

（3）分布式電源接入10kV配電網對繼電保護范圍的影響。在有分布式電源存在的10kV電力系統配電網中，在接入點附近發生故障時，系統上游故障電流將因分布式電源的存在而減少，線路保護距離與常規配電網保護距離縮短；同時下游故障電流由于分布式電源的存在增大，造成保護距離增大，對系統繼電保護范圍造成影響。

電力系統中自動重合閘是系統保護后繼動作，當有分布式電源接入時，如圖1所示，在保護1，4處裝設前加速自動重合閘裝置。

圖1 含分布式電源的配電網

根據圖1配電網結構分析，當系統f1點發生瞬時接地故障，繼電保護1動作完成瞬時切除故障并重合，同時因為分布式電源的存在，DG（分布式電源）會向故障點增大部分故障電流，接地放電電弧不能立刻熄滅，繼電保護裝置1前加速裝置重合失敗，系統的瞬時性故障原可以及時修復，但由于分布式電源的存在造成永久性故障，停電范圍被擴大。同樣當系統f2發生瞬時接地故障，繼電保護2動作完成瞬時切除故障并重合，同時因為分布式電源的存在，DG（分布式電源）會向故障點增大部分故障電流，接地放電電弧不能立刻熄滅，繼電保護裝置2前加速裝置重合失敗，系統的瞬時性故障原可以及時修復，但由于分布式電源的存在造成永久性故障，停電范圍被擴大。因此為避免出現上述故障問題，系統可以在線路B點加裝繼電保護裝置，當再發生故障時，線路AB兩側均可以動作，保護及時切除故障，完成自動重合閘。如果因為分布式電源與線路右側變成孤島運行時，有可能造成不同系統不同步問題，影響自動重合閘并網。系統另一種情況f3點發生瞬時接地故障，按系統設計繼電保護裝置4將啟動動作切除故障，然后進行重合動作，因為分布式電源的存在提供反向的電流進入系統，反向電流超過繼電保護裝置1設定值，可能造成裝置誤動，因此需要在存在分布式電源的配電網系統設置方向元件，判斷電流方向啟動保護配合電網運行。

3.仿真計算

應用MATLAB/SIMULINK軟件的含分布式電源的配電網進行仿真，饋線末端為負荷。設系統等效電源基準電壓為10.5kV，系統最大運行方式和最小運行方式下的系統阻抗值為：；線路包采用常用的架空線路，單位線路參數AB，BC，CD，DE，AF，FG分別為3km，5km，6km，10km，6km，8km的架空線路；變壓器T的容量為100MVA，變比為10kV/690V，短路電壓百分比為，分布式電源分布式電源出口電壓為690V；末端負荷均為。為便于分析，將短路點f1、f2和f3點取為線路末端，對于架空線路，一般裝設三段式電流保護和前加速自動重合閘裝置。

圖2 含分布式電源的配電網模型圖

f1(AB末端)發生三相短路：

母線C處接入分布式電源分布式電源后，在f1處發生三相短路時的電流幅值如下表2-5所示。在f1處發生三相短路故障時，分布式電源注入的短路電流反向流過保護2，會對其動作產生影響。由表4-5的仿真數據可知，分布式電源注入的短路電流對流過保護1的短路電流沒有影響，保護1不會動作，而在ffffb5時，分布式電源提供的短路電流I2不足以使保護2動作；當ffffb4，保護2的限時電流速斷動作（ffffb3），在短路時如果分布式電源不能及時切除，經延時后，保護2的II段會延時動作，將故障線路切除，分布式電源與右側形成孤島，會繼續向負荷供電。

表1 f1發生三相短路時的電流

f2(CD末端)發生三相短路：

母線C處接入分布式電源分布式電源后，在f2處發生三相短路時的電流幅值如下表4-6所示。在f2處發生三相短路故障時，由4.2節可知，分布式電源注入的短路電流會對流過保護2的電流產生汲流作用，減小其保護范圍，保護2的I段不會誤動作；對流過保護3的電流產生助增作用，增加其保護范圍，無法保證選擇性。由表4-6的仿真結果可以看出，當分布式電源容量從0～30MW變化時，流過保護2的短路電流I2減小，同時流過保護3的短路電流I3增大，而當流過保護3的短路電流值大于保護3的I段整定值，使其與下一級線路保護失去選擇性而誤動作。

表2 f2發生三相短路時的電流

4.結論

分布式電源通常通過10kV配電系統接入電網，由于接入位置與分布式發電資源有關，電力系統通常為分布式電源接入的配電網設置三段保護。本文通過分析分布式電源對電力系統保護的影響，構建模擬分布式接入配網系統，仿真利用MATLAB軟件分析了不同故障時自動重合閘的動作情況，提出相關常繼電保護措施所存在的問題。

[1]劉霞,劉菊香.加強分布式電源入網對配網電壓質量管理的措施[J].電子測試,2016(1).

[2]馬慧卓,劉清泉,劉翔宇,李涵.計及分布式電源的配電網優化規劃研究[J].河北電力技術,2015(6).

[3]馬倩.分布式電源接入對輸配電網運行管理的影響[J].企業改革與管理,2015(24).

[4]王麗彬,李春暉,王佳偉,趙海波,李偉,宋曉俊.分布式電源及微網對中壓配電網接線模式影響[J].電網與清潔能源,2015(12).