陳星宇

（國網(wǎng)重慶市電力公司市南供電分公司，重慶 401336）

1 配電網(wǎng)保護面臨的問題

隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，光伏發(fā)電、儲能等逆變型分布式電源（inverter-interfaced distribute generator， IIDG）大量接入電網(wǎng)，改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)原有的單一結(jié)構(gòu)特征，短路特性發(fā)生較大改變，原有階梯式整定的電流保護存在較高的誤動或拒動風(fēng)險。針對含有IIDG接入的配網(wǎng)饋線保護問題，國內(nèi)外專家學(xué)者做了大量研究工作，文獻[2]提出自適應(yīng)地改進電流保護整定方案來保證動作的靈敏性，但是，在含IIDG配電網(wǎng)運用中仍面臨保護延時和上下級保護配合困難的問題。文獻[3]分析并驗證了距離保護在配電網(wǎng)絡(luò)的適用性，但電壓信息的同時增加了保護判據(jù)的復(fù)雜性和配電網(wǎng)資金投入。文獻[4]通過將故障后分布式電源的短路電流發(fā)送給對側(cè)，實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離，該類通信方法成本較高且難以準確同步。因此，有必要進一步深入研究適用于含IIDG接入的配電網(wǎng)保護。

本文分析了不同電源暫態(tài)故障電流，提出了一種基于電流衰減特性的配電網(wǎng)保護方案，利用內(nèi)部故障發(fā)生后所在線路兩端測量的電流衰減特性應(yīng)保持一致的特性，以電流衰減參數(shù)構(gòu)建保護判據(jù)。

2 不同電源短路電流特征分析

逆變型電源經(jīng)過逆變器與電網(wǎng)連接，其逆變器控制策略是短路電流特征的主要決定因素。在現(xiàn)場應(yīng)用中，常使用定電壓矢量控制策略，抑制故障電流和功率波動，實現(xiàn)低電壓穿越。短路故障后，鎖相環(huán)需要延遲才能響應(yīng)，因此暫態(tài)過程中檢測角頻率不再是工頻，導(dǎo)致電流主要表現(xiàn)出衰減的非工頻特征。電網(wǎng)主要依靠同步發(fā)電機供電，發(fā)生短路時的短路電流主要含有基本恒定的工頻分量和衰減的直流分量。

因此，當含IIDG系統(tǒng)正常運行或者發(fā)生區(qū)外短路時，線路兩側(cè)的電流相同，暫態(tài)特征基本一致。而對于區(qū)內(nèi)短路，逆變型分布式電源提供的短路電流和傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流主要分量有著明顯的衰減特征區(qū)別，呈現(xiàn)出較強的非工頻特征。

3 基于電流衰減特性的配電網(wǎng)保護方案

用最小二乘矩陣束算法可以辨識電流的各個頻率分量，可以表示為：

式中，M代表系統(tǒng)階次；k=1，2...，N-1，N為一周期采樣點數(shù)；Ts是采樣周期；e是自然常數(shù)；對第i次信號分量，Ri代表復(fù)幅值，包括信號的幅值A(chǔ)i和θi初相，即Ri=Aiejθi，代表復(fù)頻率，包含衰減因子αi以及相角頻率ωi，即si=-αi+jωi。

在配電網(wǎng)絡(luò)中，由饋線開關(guān)切分為各個相連的配電區(qū)段，圖1所示是一個典型的含IIDG配電網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。

圖1 含IIDG配電網(wǎng)示意圖

當饋線某處發(fā)生短路故障時，線路兩端采樣到的短路電流分別由IIDG與電網(wǎng)系統(tǒng)電源提供，此時，IIDG側(cè)的故障電流衰減參數(shù)大于系統(tǒng)側(cè)故障電流的衰減參數(shù)，有：

其中，αS、αR分別為系統(tǒng)側(cè)、逆變側(cè)故障電流交流主頻分量衰減時間常數(shù)。當饋線某處發(fā)生短路故障時，線路兩端采樣到的短路電流分別由逆變型DG與電網(wǎng)系統(tǒng)電源提供，此時，含逆變型DG側(cè)的故障電流衰減參數(shù)大于系統(tǒng)側(cè)故障電流的衰減參數(shù)，有：

綜上所述，在逆變型分布式電源出力情況下，區(qū)內(nèi)故障的判定，準確性需要依靠兩端電流不同的衰減特性保證，即需要可靠地計算兩端電流中交流分量的衰減因子數(shù)值，最小二乘矩陣束法恰能滿足此種要求。

4 結(jié)語

本文利用區(qū)內(nèi)外故障時，兩端電流具有不同特性，提出了一種基于電流衰減特性的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護方案，使得在配電線路區(qū)內(nèi)故障時保持靈敏性和選擇性的同時，在區(qū)外故障時仍具有高區(qū)分性。同時，該算法對噪聲具有一定耐受度，有良好的應(yīng)用前景，為含IIDG配電網(wǎng)絡(luò)保護提供了新的思路，但該方法的靈敏度校驗原則仍然有待進一步優(yōu)化。