朱雪凌，王振亞，辛自立，方 珊，黎 霞

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州450045)

一般認(rèn)為，分布式電源(Distributed Generation，DG)是指在靠近用戶現(xiàn)場(chǎng)配置的功率為數(shù)千瓦到50 MW 的小型、能夠獨(dú)立輸出電能、與環(huán)境兼容的發(fā)電系統(tǒng)［1－2］.相比于集中式大電網(wǎng)，分布式電源可以有效配置在負(fù)荷區(qū)，具有增強(qiáng)供電可靠性、提高能源利用率、改善電網(wǎng)峰谷性能、投資少、污染小等優(yōu)點(diǎn)，是對(duì)大規(guī)模電力系統(tǒng)的有力補(bǔ)充和有效支撐［3－4］.雖然，將大電網(wǎng)和分布式電源相結(jié)合的供電系統(tǒng)是未來(lái)智能配電網(wǎng)的發(fā)展方向［5］，但是，分布式電源的并網(wǎng)使原來(lái)的單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p端或多端有源網(wǎng)絡(luò)，對(duì)配電網(wǎng)短路電流產(chǎn)生助增、外汲和反向短路電流等方面的影響，進(jìn)而影響到配電網(wǎng)電流保護(hù)的選擇性、可靠性與靈敏性.

1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的中低壓配電網(wǎng)通常采用三段式電流保護(hù)［6］.其中，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流速斷保護(hù)相互配合，共同構(gòu)成線路的主保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)同時(shí)作為線路故障的近后備保護(hù)和相鄰線路故障的遠(yuǎn)后備保護(hù). 除此之外，對(duì)非全電纜線路，配置三相一次重合閘. 對(duì)于不存在與相鄰線路配合問(wèn)題的終端線路，則采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)加過(guò)電流保護(hù)組成的二段式保護(hù)，再配以三相一次重合閘(前加速)的保護(hù)方式，其中瞬時(shí)電流速斷保護(hù)按照線路末端故障有靈敏度的方法整定，能夠保護(hù)線路全長(zhǎng)［7－8］.

2 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響

含DG 的10 kV 配電網(wǎng)的接線及等值電路如圖1所示. 系統(tǒng)電源的電勢(shì)為ES，等效電抗為XS. DG的電勢(shì)為Eg，等效電抗為Xg.線路L1，L2，L3，L4，L5的等效電抗分別為X1，X2，X3，X4，X5. DG 在距離線路L3首端x(占線路L3的百分比)處接入配電網(wǎng).

2.1 DG 接入位置和容量對(duì)保護(hù)P3 的影響

1)使保護(hù)P3 靈敏度降低，保護(hù)拒動(dòng).如圖1所示，若線路L3末端k3 點(diǎn)短路，在DG 并網(wǎng)前，流過(guò)保護(hù)P3 的短路電流為

在DG 并網(wǎng)后，流過(guò)保護(hù)P3 的短路電流為

圖1 含DG 的10 kV 配電網(wǎng)接線及等值電路圖

顯然，當(dāng)k3 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，DG 對(duì)流過(guò)保護(hù)P3 短路電流的外汲作用，使P3 感受到的短路電流減小，從而縮小了P3 的保護(hù)范圍，保護(hù)靈敏度降低.當(dāng)故障發(fā)生在P3 的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，如果DG 容量足夠大且接入位置適當(dāng)，就可能使流過(guò)P3 的短路電流小于P3 電流保護(hù)整定值，保護(hù)P3 拒動(dòng).

2)使流過(guò)保護(hù)P3 的故障電流反向，保護(hù)誤動(dòng).如圖1所示，若線路L1首端k1 點(diǎn)短路，在DG 并網(wǎng)前，流過(guò)保護(hù)P3 電流為0，P3 不會(huì)動(dòng)作.在DG 并網(wǎng)后，流過(guò)保護(hù)P3 的短路電流為

對(duì)基于三段式電流保護(hù)無(wú)方向元件的保護(hù)P3，短路電流將由D 流向A，流至短路點(diǎn).如果DG 容量足夠大且DG 接入位置靠近短路點(diǎn)，就可能使流過(guò)保護(hù)P3 的短路電流大于P3 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值，保護(hù)P3 失去選擇性，發(fā)生誤動(dòng).

2.2 DG 接入位置對(duì)保護(hù)P4 的影響

如圖1所示，若線路L4末端k4 點(diǎn)短路. 在DG并網(wǎng)前，流過(guò)保護(hù)P4 的短路電流為

在DG 并網(wǎng)后，流過(guò)保護(hù)P4 的短路電流為

顯然，當(dāng)k4 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，DG 對(duì)流過(guò)保護(hù)P4 短路電流的助增作用，使P4 感受到的短路電流增大，從而擴(kuò)大了P4 的保護(hù)范圍，保護(hù)靈敏度升高.如果DG 容量足夠大且接入位置靠近短路點(diǎn)，就可能使P4 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的范圍延伸至L5段，與L5段的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)沖突，使保護(hù)P4 失去選擇性而發(fā)生誤動(dòng).

2.3 DG 接入對(duì)保護(hù)P1 的影響

如圖1所示，DG 并網(wǎng)后，若線路L2上k2 點(diǎn)發(fā)生短路，由于DG 對(duì)流過(guò)保護(hù)P1 短路電流的助增作用，使P1 感受到的短路電流增大，從而擴(kuò)大了P1 的保護(hù)范圍.如果DG 容量足夠大且接入位置靠近短路點(diǎn)，就可能使P1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的范圍延伸至L2段，與P2 的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)沖突，保護(hù)P1 失去選擇性，發(fā)生誤動(dòng).

3 算例分析

以圖1所示的10 kV 配電系統(tǒng)為例，通過(guò)MATLAB 仿真，研究分布式電源的接入對(duì)配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響.取基準(zhǔn)容量SB=100 MVA，基準(zhǔn)電壓UB=10.5 kV，流過(guò)線路ADE 的最大負(fù)荷電流IL.max=250 A.其他變量均以標(biāo)幺值表示，系統(tǒng)電源的等效電抗XS=1，DG 的等效電抗Xg=3，線路的等效電抗X1=X2=1.5，X3=X4=6.整定系數(shù)取

3.1 DG 接入位置和容量對(duì)保護(hù)P3 的影響

1)使保護(hù)P3 靈敏度降低，保護(hù)拒動(dòng). DG 并網(wǎng)前，保護(hù)P4 的Ⅰ段保護(hù)整定值為

保護(hù)P3 的Ⅰ段，Ⅱ段，Ⅲ段保護(hù)整定值分別為

保護(hù)P3 的Ⅰ段保護(hù)最大保護(hù)范圍為

由于DG 電勢(shì)與系統(tǒng)電源電勢(shì)幾乎相同，因此在UB=10.5 kV 的前提下，DG 電勢(shì)與系統(tǒng)電源電勢(shì)的標(biāo)幺值都可近似為1，即ES=Eg=1.

若距離線路L3首端0.7L3處發(fā)生三相短路故障，則

通過(guò)MATLAB 仿真，隨著DG 接入位置的不同，短路電流I'k3的變化軌跡如圖2所示.

圖2 距離線路L3首端0.7 L3處短路DG 接入點(diǎn)不同時(shí)I'k3的變化曲線

從圖2可以看出，在P3 的I 段保護(hù)范圍內(nèi)距離線路L3首端0.7L3處發(fā)生三相短路故障時(shí)，不管DG從何處接入，故障電流均減小. 當(dāng)DG 在x∈(0.00，0.63)范圍內(nèi)接入時(shí)，I'k3小于，P3 的I 段保護(hù)將無(wú)法動(dòng)作，只能通過(guò)延時(shí)利用Ⅱ段或Ⅲ段保護(hù)切除故障.

隨著DG 容量的改變，在同一地點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，短路電流的大小也會(huì)改變.由于

式中:x″g為DG 次暫態(tài)電抗的標(biāo)幺值;Sg為DG 容量，MVA.

因此，DG 的等效電抗可以間接反映它的容量，DG 的容量越大，其等效電抗值越小. DG 容量變大后短路電流I'k3的變化曲線如圖3所示.從圖3可以看出，隨著DG 容量的增大，DG 在x∈(0.07，0.44)范圍內(nèi)接入配電網(wǎng)時(shí)，I'k3將同時(shí)小于和，P3的Ⅱ段和Ⅲ段保護(hù)都不會(huì)動(dòng)作，此時(shí)發(fā)生故障會(huì)使保護(hù)P3 拒動(dòng).這種情況對(duì)電網(wǎng)的危害極大.

2)使流過(guò)保護(hù)P3 的故障電流反向，保護(hù)誤動(dòng).若線路L1首端k1 點(diǎn)發(fā)生三相短路故障，則

通過(guò)MATLAB 仿真，隨著DG 接入位置的不同，短路電流I'k3的變化軌跡如圖4所示.

圖3 改變DG 容量(Xg =1.1)對(duì)I'k3的影響

圖4 線路L1首端k1 點(diǎn)短路時(shí)I'k3的變化曲線

從圖4可以看出，當(dāng)DG 在x∈(0.00，0.47)范圍內(nèi)接入配電網(wǎng)時(shí)，保護(hù)P3 檢測(cè)到的I'k3將大于P3 的I段保護(hù)的整定值，此時(shí)保護(hù)P3 將發(fā)生誤動(dòng).

3.2 DG 接入位置對(duì)保護(hù)P4 的影響

若線路L4末端k4 點(diǎn)發(fā)生三相短路故障，則

通過(guò)MATLAB 仿真，隨著DG 接入位置的不同，短路電流I'k4的變化軌跡如圖5所示.

圖5 線路L4末端k4 點(diǎn)短路時(shí)I'k4的變化曲線

從圖5可以看出，DG 并網(wǎng)后P4 感受到的短路電流I'k4最小為0.078 43，無(wú)論DG 從何處接入，I'k4均大于DG 并網(wǎng)前P4 感受到的短路電流Ik4，使P4 的I段保護(hù)范圍增大，靈敏度升高.當(dāng)DG 在x∈(0.47，1.00)范圍內(nèi)接入時(shí)，I'k4大于IIset.4，P4 的I 段保護(hù)范圍將延伸至L5段，與L5段的I 段保護(hù)沖突.保護(hù)P4失去選擇性，發(fā)生誤動(dòng).

3.3 DG 接入對(duì)保護(hù)P1 的影響

DG 并網(wǎng)前，保護(hù)P1 的I 段保護(hù)整定值為

DG 并網(wǎng)后，若距離線路L2首端y(占線路L2的百分比)處發(fā)生短路，保護(hù)P1 檢測(cè)到的電流為

取x=0，Xg=1，則

通過(guò)MATLAB 仿真，隨著線路L2上故障位置y的變化，短路電流I'k1的變化軌跡如圖6所示.

圖6 短路電流I'k1隨故障位置y 的變化曲線

從圖6可以看出，當(dāng)故障發(fā)生在距離線路L2首端y∈(0.00，0.06)范圍內(nèi)時(shí)，保護(hù)P1 檢測(cè)到的短路電流大于P1 的I 段保護(hù)的整定值，P1 的I 段保護(hù)將會(huì)瞬時(shí)動(dòng)作.而故障本身卻處于保護(hù)P2 的I 段保護(hù)范圍內(nèi)，因此保護(hù)P1 誤動(dòng)，失去了選擇性.

4 結(jié) 語(yǔ)

從以上分析可以看出，DG 并入配電網(wǎng)，在DG下游發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)DG 下游的保護(hù)檢測(cè)電流有助增作用，當(dāng)DG 容量足夠大且接入位置靠近短路點(diǎn)，就能引起下游保護(hù)誤動(dòng);對(duì)DG 上游的保護(hù)檢測(cè)電流有外汲作用，當(dāng)DG 容量足夠大且接入位置適當(dāng)，就能引起上游保護(hù)拒動(dòng).在相鄰線路發(fā)生短路故障時(shí)，DG 對(duì)相鄰線路上的保護(hù)檢測(cè)電流有助增作用，當(dāng)DG 容量足夠大且接入位置靠近短路點(diǎn)，就能引起相鄰線路保護(hù)誤動(dòng);同時(shí)，DG 上游將產(chǎn)生反向短路電流，當(dāng)DG 容量足夠大且接入位置靠近短路點(diǎn)，就能引起上游保護(hù)誤動(dòng).

［1］徐青山.分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)［M］. 北京:人民郵電出版社，2011.

［2］吳素農(nóng)，范瑞祥，朱永強(qiáng)，等.分布式電源控制運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

［3］張建華，黃偉.微電網(wǎng)運(yùn)行控制與保護(hù)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［4］周衛(wèi)，張堯，夏成軍，等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(3):1－2.

［5］汪瑩.含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)研究［D］.保定:華北電力大學(xué)，2012.

［6］胡成志，盧繼平，胡利華，等.分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的分析［J］. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，29(8):36－38.

［7］張超，計(jì)建仁，夏翔. 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)饋線保護(hù)的影響［J］.繼電器，2006，34(13):9－10.

［8］溫陽(yáng)東，王欣. 分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響［J］.繼電器，2008，36(1):12－13.