分布式電源對配電網保護的分析

白森珂

(西安科技大學 電氣與控制工程學院，陜西 西安 710054)

0 引 言

分布式電源大多安裝在負荷周圍，避免了電能的遠距離傳輸，減少了電力損耗，提高了經濟效益，但分布電源也對電網的運行和保護帶來了一些影響。傳統的低壓配電網結構為單電源、輻射狀，主要采用電流保護，分布式電源并網后，整個系統結構發生了變化。原本的單電源網絡成為多電源網絡結構，功率流向也由單向變成雙向改變了系統的潮流分布。DG并網后對繼電保護帶來的最大的不利影響有兩點:一是各短路電流大小的改變，導致各個保護之間的配合出現問題；二是由于電流保護裝置里沒有方向元件，故障電流由單向變成雙向，導致保護誤動。短路電流的大小和方向受DG 的接入位置、接入容量、投切時間、數量類型等因素影響，而短路電流直接與電網的保護性能有關。

1 配電網保護的配置結構

傳統的配電網保護主要有三段式電流保護和反時限過電流保護。三段式電流保護，即瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護。瞬時電流速斷保護的整定值是躲過本線路末端的最大短路電流。動作時間僅有電流繼電器及中間繼電器的固有動作時間，動作迅速但無法保護線路全長。限時電流速斷保護主要是用來切除瞬時電流速斷保護范圍以外的故障，與下游線路的瞬時電流速斷保護相配合，作為下一級瞬時電流保護的后備保護。過電流保護按躲過本線路最大負荷電流整定，可以保護本線路和相鄰線路的全長。

反時限過電流保護是保護的動作時間與保護輸入電流有關的一種保護，故障電流越大動作時間越短；故障電流越小，動作時間越長。它是一種具有自適應能力的保護，可以很好地滿足選擇性和速動性，并且能夠防止因冷起動電流引起的保護誤動。

本文針對圖1所示含分布式發電的典型配電網模型，分析DG對配電網保護的影響。

圖1 含分布能源的配電網結構圖

2 分布式發電不同短路位置對配電網保護的影響

(1)F1點短路

若短路發生在F1處，系統電源向保護1提供故障電流，同時DG經保護2流過短路電流。此時若故障電流超過保護1的整定值便動作切除故障線路。保護2則會流過反向故障電流，由于保護2并無方向元件，保護2可能會誤動作，從而導致DG下游形成孤島。

(2)F2點短路

F2點發生故障，系統電源經保護1、保護2流過故障電流，達到整定值，保護2切除故障，但由于DG的存在，保護2斷開后仍會有短路電流形成電弧，致使重合閘失敗，延長了瞬時性故障的停電時間。

(3)F3點短路

故障發生在F3處即DG的下游時，保護1和保護2的故障電流比未并入DG時小，導致保護1和保護2的靈敏度降低，保護范圍減小。保護3流過系統電源和DG共同提供的故障電流，擴大了保護范圍。

(4)相鄰饋線F4點短路

F4點發生短路故障后，保護1、2將會流過由DG提供的反向故障電流。由于保護2的整定值小于保護1的整定值，保護2可能會誤動作。系統電源和DG共同向保護4提供短路電流，保護4可能會與下一級保護失去配合。

3 分布式電源不同容量對配電網保護的影響

本節主要針對分布電源不同的接入容量對保護的影響，在PSCAD中建模仿真并分析，仿真模型如圖2所示。

圖2 分布式電源的PSCAD仿真模型

仿真參數為：系統電壓10.5 kV,最大運行方式下RS=0.104，線路參數R0=0.22 Ω/kM,單位長度電感為L1=L2=1.2 mH/kM,L0=5.478 mH/kM。單位長度電容為C1=C2=0.0096 mF/kM,C0=0.082 mF/kM。

3.1 DG上游短路

假若F1點短路，DG設定不同容量，得到各個保護的不同故障電流值，如表1所示。

表1 F1點短路各故障電流值

由表1可以看出，保護1流過的短路電流和DG容量的增大成負相關，保護2、3的短路電流與DG容量是正相關關系，而相鄰饋線的保護4、5幾乎無影響。

3.2 F3點發生故障

故障發生在DG的下游F3點，得到各保護的故障電流，如表2所示。

表2 F3點發生故障各保護的故障電流值

在DG上游的保護1、2隨DG容量增大而減小，保護靈敏度降低。保護3由于DG的助流作用而隨DG的容量增大而增大，保護可能會誤動。而相鄰饋線保護4、5幾乎無影響。

4 結 論

分布式發電大大節約了輸電成本，有很好的經濟效益，然而給配電網帶來的影響也不能忽略。DG的接入導致配電網結構的改變，在保護沒有方向元件的情況下產生誤動，導致故障擴大。本文針對傳統的配電網模型，分析了DG的上游、下游以及相鄰饋線發生故障時的故障電流差異和DG給繼電保護帶來的影響。在PSCAD中建立了含DG雙饋線配電網模型，分析了DG的接入容量的不同給傳統保護帶來的影響。