李 剛，劉世林

（國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

0 引 言

隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和分布式電源的大規(guī)模接入，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性發(fā)生顯著變化，給繼電保護(hù)的配置和整定帶來新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定方法在分布式電源并網(wǎng)條件下可能會(huì)面臨一些問題，如靈敏度降低、誤動(dòng)作等。因此，在分布式電源并網(wǎng)條件下實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)自適應(yīng)整定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。自適應(yīng)整定方法可以根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整保護(hù)裝置的整定值，以適應(yīng)配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)變化。在分布式電源并網(wǎng)條件下，自適應(yīng)整定方法可以解決由于電源結(jié)構(gòu)變化帶來的保護(hù)問題，提高保護(hù)裝置的運(yùn)行性能。然而，分布式電源的引入給繼電保護(hù)帶來了新的挑戰(zhàn)。例如，分布式電源的接入可能會(huì)改變故障電流的大小和方向，使傳統(tǒng)的電流保護(hù)和距離保護(hù)的整定變得更加復(fù)雜。此外，分布式電源具有隨機(jī)性和間歇性，可能導(dǎo)致電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化。因此，在分布式電源并網(wǎng)條件下實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)自適應(yīng)整定具有重要的研究?jī)r(jià)值[1]。

1 分布式電源并網(wǎng)條件下繼電保護(hù)自適應(yīng)整定方法設(shè)計(jì)

1.1 分布式電源并網(wǎng)接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

分布式電源主要包含光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電2 種發(fā)電形式。接入分布式電源可以使配電網(wǎng)從單個(gè)電源向多電源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變，使電網(wǎng)潮流分布、諧波等發(fā)生改變，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置無法正常工作[2]。分布式電源經(jīng)網(wǎng)側(cè)變換器接入有源配電網(wǎng)絡(luò)，因此可以將PQ控制策略應(yīng)用在網(wǎng)側(cè)變流器中，其故障特征用公式表示為：

式中：pref、qref分別為網(wǎng)側(cè)變流器輸出的有功、無功參考值；Iw、Ie分別為分布式電源的有功電流、無功電流；Imax為網(wǎng)側(cè)變流器的輸入電流上限；U為并網(wǎng)點(diǎn)的電壓。

此時(shí)，故障狀態(tài)下分布式電源并網(wǎng)接入配電網(wǎng)的輸出電流為

式中：θ為并網(wǎng)點(diǎn)的電壓相角。

分布式電源的接入改變了配電網(wǎng)的故障電流分布，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作或不動(dòng)作，影響故障的隔離和處理[3]。

在式（1）中，Imax可取2.5 ～3.0 倍的額定電流，pref、qref可取0 ～1 倍的額定容量，但其他參量會(huì)隨Q 的工作模式而改變。在故障過程中，配電網(wǎng)的運(yùn)行模式會(huì)發(fā)生較大的變化，極有可能出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)。由于故障電流可能來自多個(gè)方向，傳統(tǒng)的故障定位方法可能無法準(zhǔn)確地確定故障的位置，需要采用更先進(jìn)的故障定位算法和技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的故障定位[4-5]。同時(shí)，分布式電源的接入可能使配電網(wǎng)中保護(hù)裝置之間的配合變得更加復(fù)雜，因此需要重新評(píng)估和調(diào)整保護(hù)裝置之間的配合關(guān)系，確保各級(jí)保護(hù)裝置能夠協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)快速有效的故障隔離和恢復(fù)供電。

1.2 設(shè)計(jì)分布式電源并網(wǎng)條件下的繼電保護(hù)方案

在配電網(wǎng)中接入分布式電源后，不僅會(huì)改變配電網(wǎng)的故障電流分布，還會(huì)對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生一定的影響。特別是在高滲透率條件下，配電網(wǎng)的輸出功率會(huì)發(fā)生急劇變化，導(dǎo)致原配電網(wǎng)的自適應(yīng)能力下降，甚至無法準(zhǔn)確識(shí)別和分離故障。如果在發(fā)生故障時(shí)，能在較短的時(shí)間內(nèi)切除全部斷路器，則系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)裝置就能及時(shí)隔離故障。然而在配電網(wǎng)中，50%的故障是瞬時(shí)故障，大規(guī)模切除斷路器會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓急劇下降，損傷用電設(shè)備，且頻繁的切除會(huì)對(duì)配電網(wǎng)本身造成損傷。因此，需要在充分把握故障特征的前提下，研究并優(yōu)化保護(hù)工作原理和算法，以便在發(fā)生故障時(shí)快速、高效地進(jìn)行繼電保護(hù)動(dòng)作。

分布式電源通常通過專用線路或者“T”型接線方式接入公用配電網(wǎng)線路進(jìn)行并網(wǎng)。對(duì)于通過專用線路接入的分布式電源，其線路保護(hù)可按照雙電源供電方式進(jìn)行配置。在系統(tǒng)側(cè)和并聯(lián)點(diǎn)上，保護(hù)整定應(yīng)避開兩端故障的最大短路電流，或者在各側(cè)加裝方向元件，使兩側(cè)都按照單電源饋線的方式進(jìn)行整定。

基于此，文章以某市區(qū)配網(wǎng)中一條10 kV 公用線路上采用“T”型接線方式的垃圾填埋氣電場(chǎng)為例，設(shè)計(jì)繼電保護(hù)方案。分布式電源的上一次故障不會(huì)對(duì)電網(wǎng)側(cè)的保護(hù)產(chǎn)生影響，而下一次故障會(huì)使系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)靈敏度下降，因此需要確保分布式電源側(cè)在特定點(diǎn)上能夠可靠動(dòng)作，確保故障能夠及時(shí)被切除。為確保在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)能夠有選擇地動(dòng)作，并保證在故障發(fā)生后分布式電源能夠承載一定的線路負(fù)載進(jìn)行孤網(wǎng)運(yùn)行，因此需要在T 點(diǎn)的兩側(cè)安裝開關(guān)和保護(hù)裝置。

1.3 繼電保護(hù)的自適應(yīng)整定

繼電保護(hù)的自適應(yīng)整定指根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)裝置的整定值，以適應(yīng)配電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)變化。由于風(fēng)力、光伏發(fā)電等分布式電源均采用最大功率追蹤模式，故障瞬間可被視為其輸出保持恒定。因此，分布式電源提供的故障電流并不一定等于逆變電源的額定電流。同時(shí)，分布式電源的故障電流和電壓之間存在相互影響，且這種關(guān)系是非線性的。

首先，將每次故障前的電流作為迭代初值，計(jì)算故障時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓；其次，將節(jié)點(diǎn)電壓與當(dāng)前的電流表達(dá)式相結(jié)合，得到一次迭代后的故障電流；最后，將故障電流代入節(jié)點(diǎn)電壓方程，進(jìn)行新一輪的迭代計(jì)算。反復(fù)進(jìn)行迭代計(jì)算，當(dāng)連續(xù)2 次迭代結(jié)果之間的差值小于給定的誤差范圍時(shí)，停止迭代，并將其作為收斂性的判斷準(zhǔn)則，得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和輸出電流。為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的自適應(yīng)整定，需要計(jì)算各支路的電流，計(jì)算公式為

自適應(yīng)整定的核心是根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況調(diào)整保護(hù)裝置的整定值。在調(diào)整整定值時(shí)，需要確保保護(hù)裝置的靈敏度和可靠性，以免發(fā)生誤動(dòng)作和拒動(dòng)作。以某一特定的保護(hù)裝置為例進(jìn)行分析，該線路中的電流定值按照線路末端的故障電流進(jìn)行整定。當(dāng)該保護(hù)裝置與相鄰保護(hù)裝置之間發(fā)生故障時(shí)，流經(jīng)該保護(hù)裝置的電流主要由配電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)提供。因此，可以計(jì)算得出該保護(hù)裝置的電流定值，計(jì)算公式為

式中：Ih,1表示特定保護(hù)裝置的電流自適應(yīng)整定數(shù)值；Uf表示配電網(wǎng)的系統(tǒng)母線電壓；z1表示系統(tǒng)側(cè)的電抗；η表示故障類型系數(shù)；z2表示被保護(hù)線路的阻抗；μ表示可靠系數(shù)。其中，相鄰保護(hù)裝置電流作為后備保護(hù)，仍按照常規(guī)的過流保護(hù)實(shí)現(xiàn)整定，即根據(jù)不含分布式電源并網(wǎng)時(shí)的最大負(fù)荷進(jìn)行整定。每種繼電保護(hù)裝置的各區(qū)段定值，其作用時(shí)間和數(shù)值都是協(xié)調(diào)一致的。綜上，繼電保護(hù)的自適應(yīng)整定是一種先進(jìn)的保護(hù)策略，能夠提高繼電保護(hù)裝置的適應(yīng)性和可靠性。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和算法設(shè)計(jì)，自適應(yīng)整定能夠根據(jù)電網(wǎng)的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)裝置的整定值，為配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證文章提出的分布式電源并網(wǎng)條件下繼電保護(hù)自適應(yīng)整定方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，針對(duì)該方法的研究過程，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。選用MATLAB軟件作為此次測(cè)試的仿真平臺(tái)，該平臺(tái)中的電網(wǎng)模型參數(shù)如表1 所示。

表1 電網(wǎng)模型參數(shù)

分布式電源容量為15 MVA，本次測(cè)試以母線中1 點(diǎn)的三相短路故障為例，分別驗(yàn)證基于改進(jìn)花授粉算法的配網(wǎng)繼電保護(hù)整定優(yōu)化方法（以下簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)方法）、文章所提方法的電流整定數(shù)值與實(shí)際故障切斷電流數(shù)值是否一致。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

基于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 測(cè)試結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)中，采用實(shí)際配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，模擬故障情況和運(yùn)行狀態(tài)，驗(yàn)證文章提出的自適應(yīng)整定方法的可行性和有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的自適應(yīng)整定方法能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)故障問題，幫助工作人員切除故障。同時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)的變化動(dòng)態(tài)調(diào)整保護(hù)裝置的整定值，顯著提高保護(hù)裝置的性能。

分布式電源并網(wǎng)條件下繼電保護(hù)自適應(yīng)整定方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠提高繼電保護(hù)裝置的性能，減少誤動(dòng)作和拒動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)，為配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

3 結(jié) 論

在分布式電源并網(wǎng)條件下，繼電保護(hù)自適應(yīng)整定方法的研究對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。文章通過深入分析分布式電源對(duì)繼電保護(hù)的影響，以及自適應(yīng)整定方法在應(yīng)對(duì)這些影響方面的優(yōu)勢(shì)，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供一定的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。在未來研究中，應(yīng)重點(diǎn)研究如何提高自適應(yīng)整定方法的性能，以更好地應(yīng)對(duì)分布式電源并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，從而制定更有效的保護(hù)策略。