2022分布式電源接入對配電網(wǎng)電流保護的影響分析

分布式電源接入對配電網(wǎng)電流保護的影響分析引言分布式發(fā)電(DistributedGenerationDG)30MW的小[1]。分布式發(fā)電的應(yīng)用可降低環(huán)境污染，節(jié)約化石能源，同時又具有靈活、高效等優(yōu)點。各國對分布式發(fā)電的研究也越漸重視，其在電力系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。MATLAB/Simulink構(gòu)建了配電網(wǎng)和分布式電源模型，對改進方案進行了可行性驗證。文獻[3]詳細分析了分布式電源接入配電網(wǎng)PSCAD/EMTDC型接入到配電網(wǎng)中，驗證了分布式電源的不同類型、接入點、容量對系統(tǒng)繼電保護的影響，得出結(jié)論：,也隨分布[8]10kV饋線保護為例，探討了分布式電源接入對單側(cè)電源、輻射型網(wǎng)絡(luò)中基于斷路器的三段式電流保護、熔斷器保護以及自動重合閘的影響。文獻[9]中，根據(jù)不同類型分布式電源的低電壓穿越要求，建立了逆變型電源的短路計算模型，并考慮異步型電源撬棒保護的動作行為特征，建立了異步型電源在電網(wǎng)嚴(yán)重和非嚴(yán)重故障條件下的等值計算模型，進而提出了含分布式電源接入的電網(wǎng)故障計算方法。本文在對傳統(tǒng)配電網(wǎng)電流保護系統(tǒng)進行分析的基礎(chǔ)上，深入分析了分布式電源接入對配電網(wǎng)電流保護系統(tǒng)帶來的影響；針對分布式電源接入可能帶來的電流保護靈敏度降低或保護系統(tǒng)出現(xiàn)誤動及拒動等問題，創(chuàng)新性地提出了嚴(yán)格控制分布式電源的接入容量、接入前校驗各種極端情況下的保護定值以及加入方向性保護元件等解決方案，并以深圳市某含分布式電源的10kV區(qū)域配電網(wǎng)為例，分析了不同分布式電源接入可能造成保護系統(tǒng)誤動作等問題，并驗證了所提解決方案的有效性，為含分布式電源的配電網(wǎng)保護系統(tǒng)的整定提供有意義的參考。配電網(wǎng)中電流保護配置情況基于中低壓配電網(wǎng)單側(cè)電源、輻射狀的特點，其繼電保護較高壓配電網(wǎng)而言比較簡單，應(yīng)用最廣泛80%~90%三段式電流保護基本原理是當(dāng)流過保護裝置的電流大于設(shè)定值時，保護裝置便動作跳閘切除。其中包含三類保護，分別為：電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。一般來說，線路末端只需配置電流速斷保護和定時限過電流保護便可滿足保護需求[5]1k1電流速斷保護(I段保護)電流速斷保護按照躲開最大運行方式下，被保護線路末端發(fā)生短路時的最大短路電流來整定，故保護范圍不能達到整條線路。故k1電流速斷保護整定值為：IIIIk1的電流速斷保護整定值(A)

IKIKI

(1)K：電流速斷保護可靠系數(shù)，一般取1.2~1.3；IBmax：B點短路時的最大短路電流，一般為三相短路電流(A)。電流速斷保護的保護靈敏度不是固定的，其校驗是按系統(tǒng)最小運行方式下的最小保護范圍計算，為滿足系統(tǒng)要求，一般要求大于線路全長的15%；則k1的電流速斷保護靈敏度校驗式為：3Elmin1 z3E

(2)l Z 2II

smaxAB AB kk1k2ABCGFigure1.SchematicoftheProtectionk1圖1.保護k1示意圖其中：lmin：保護k1的最小保護長度；lAB：線路AB長度(m)；zAB：線路AB的阻抗(Ω)；E：系統(tǒng)等效電源相電動勢(V)；zsmax：系統(tǒng)最小運行方式下阻抗(Ω)。限時電流速斷保護(II段保護)限時電流速斷保護與下一線路的電流速斷保護相配合，其保護范圍需要覆蓋本線路速斷電流保護未能達到的區(qū)域，故k1的限時電流速斷保護整定值為：IIIKIIII

(3)rel k2其中：III：保護k1的限時電流保護整定值(A)KII：限時電流速斷保護的可靠系數(shù)，一般取1.1~1.2；k2IIk2的電流速斷保護整定值(A)k2t0.5tIItI

(4)k2為了能夠保護線路的全長，要求在系統(tǒng)最小運行方式下、線路末端發(fā)生兩相短路時，限時電流速斷KsenKsen1.3~1.5k1的限時電流速斷保護靈敏度系數(shù)為：Ksenk1

IBminIIII

(5)1其中：Ksenk：保護k1的限時電流速斷保護靈敏度；1IBmin：系統(tǒng)最小運行方式下，線路AB末端發(fā)生兩相短路時，流過k1的短路電流(A)；定時限過電流保護(III段保護)定時限過電流保護以避開最大負荷電流進行整定，一般來說，它不僅能保護本線路的全長(近后備保護)，還能保護相鄰線路的全長(遠后備保護)[9]。故k1定時限過電流保護整定值為：IIIII

KIIIKrelssIABmaxKre

(6)其中：KIII：定時限過電流保護的可靠系數(shù)，一般取1.15~1.25；Kss：自啟動系數(shù)，由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和負荷性質(zhì)決定；Kre：繼電器返回系數(shù)，一般取0.85~0.95；IABmax：線路AB正常運行時的最大負荷電流(A)。本線路定時限過電流保護動作時間要比下一線路的定時限過電流保護大一個時間差t，一般取0.5s，即為：tIIItIIIt

(7)k21KIIIK

IminIIIIk1I

(8)

：保護k1定時限過電流保護靈敏度；近后備時≥1.3~1.5；遠后備時≥1.2；IIII：保護k1定時限過電流保護整定值(A)Imin：近后備時為最小運行方式下，線路AB末端兩相短路時的電流(A)；遠后備時為最小運行方式下，線路BC末端兩相短路的電流(A)。分布式電源接入對三段式電流保護的影響及解決方案未接入分布式電源前，配電網(wǎng)中潮流是單方向的，在線路發(fā)生短路故障時，短路電流只由大電網(wǎng)提供；接入分布式電源后，配電網(wǎng)中潮流的大小和方向可能發(fā)生改變，系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，分布式電源也將為短路點提供短路電流，可能使得流過配電網(wǎng)中保護裝置的短路電流較未接入分布式電源前增大或者減小，從而影響原有保護系統(tǒng)的動作情況、保護靈敏度和各個保護裝置之間的配合等。由此可知，分布式電源接入對配電網(wǎng)電流保護可能產(chǎn)生的影響有：為了避免分布式電源接入帶來的不良影響，必須對分布式電源的接入容量加以控制，不能過大；若接入的分布式電源容量較大，應(yīng)提前校驗各類極端情況下的保護定值及靈敏度，必要時可適當(dāng)調(diào)整系統(tǒng)保護定值及考慮在系統(tǒng)中加入方向性保護元件以確保保護的準(zhǔn)確動作。案例分析10kV區(qū)域配電網(wǎng)為例，分析分布式電源接入對電流保護系統(tǒng)可能造成的影響，并驗證含分布式電源場景下配電網(wǎng)電流保護配置和參數(shù)整定的解決方案的有效性。該含分布式電源配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下210kVkV母121ABBC2ADDE、EFzszDGAD中離母線A80%DG接入可能對電流保護產(chǎn)生的影響。(注：以下計算所涉量皆為標(biāo)幺值)增大保護靈敏度，使保護失去選擇性此時，假設(shè)線路DE末端d1發(fā)生三相短路故障，如圖3所示。K1.2E1z0.1z

z 1。由前述(1)DG前，k4電流速斷保護整rel定值為：

sIK

AD DEE

1.2 1

0.57k4 relzz z 0.111s AD DE在AD線路接入DG后，保護裝置k4檢測的短路電流值為：kIk4

1zs0.8zADzDG0.2z

0.9zDG1.08

(9)z0.8z z

AD DEs AD DGk1k2k1k2饋線1BCGzs k4LD1k5zDEFDG10kV母線ALD2DGFigure2.10kVdistributionnetworkwiththedistri-butedgeneration圖2.含分布式電源10kV配電網(wǎng)k1k2k1k2BCGLD1k4 zDEFDG10kV母線ADGFigure3.Three-phaseshortcircuithappenind1oftheendoflineDE圖3.DE末端某處d1三相短路取DG的次暫態(tài)阻抗和變壓器阻抗之和為0.13，且系統(tǒng)基準(zhǔn)容量SB=100MVA，則有zDG算如下：z 0.13SB

13

(10)將(10)代入(9)可得：

DGkIk4

SDG SDG130.9SDG27.31.08S

(11)DG4將(1)中I隨SG變化而變化的情況進行作圖，如圖4所示。4從4中可以看出，DGk4檢測的短路電流增大，使其保護靈敏度增大，DGDG9.1MW時，k4k4EFEF段某處發(fā)生短路故障時，k4k5的電流速斷保護可能同時動作，使保護失去選擇性。降低保護靈敏度如圖5所示，此時，假設(shè)DE末端d1發(fā)生兩相短路故障，則k4檢測的短路電流為：I3 1

3 0.9

(12)k4 2z0.8zzs AD DG0.2z

21.082.1zDGz0.8z z

AD DEk3

s AD DGkIk3 z

zDGz

Ik4k

2.164.2z

(13)3zDGs DG AD3zDGFigure4.Theshortcircuitcurrentdetectedbytheprotectivedevicek4varieswiththeDGcapacityvariationcurve圖4.保護裝置k4檢測的短路電流隨DG容量變化曲線k1k2k1k2BCGzs d2LD1k4 zDEF10kV母線ADGDGFigure5.Two-phaseshortcircuithappenind1oftheendoflineDE圖5.DE末端某處d1發(fā)生兩相短路將(10)代入(13)得：

kIk3

13354.62.16SDG

(14)3將(14)中I隨SG圖6所示。3從6可以看出，DGk3DGk3AD20%d2發(fā)生短路故障時，由于分流作用，k3可能拒動。引起保護誤動作此時，假設(shè)相鄰線路AB末端某處d3發(fā)生三相短路故障，如圖7所示。DGk3DGk3不分誤動作。Figure6.Theshortcircuitcurrentdetectedbytheprotectivedevicek3va-rieswiththeDGcapacityvariationcurve圖6.保護裝置k3檢測的短路電流隨DG容量變化曲線k1d3k1d3k2BCGzs k4LD1k5zDEF10kV母線ADGDGFigure7.Three-phaseshortcircuithappenind3oftheendoflineAB圖7.AB末端某處d3發(fā)生三相短路取zAB1，則可知k1檢測的短路電流為：kIk1

10.8zADzDGzsz

0.9zDG0.981.1zDG

(15)0.8z z z ABAD DG s則有k3檢測的反向短路電流為：kIk3 z

zs0.8z

Ik1k

0.10.981.1z

(16)將(10)代入(16)得：

s AD DG DGkIk3

0.1SDG14.30.98SDG

(17)3將(17)中I隨SG圖8所示：3從8DG3.1Figure8.Theprotectiondevicek3detectsthereverseshort-circuitcurrentwiththeDGcapacitychangecurve圖8.保護裝置k3檢測的反向短路電流隨DG容量變化曲線DGk1BC使保護失去選擇性。小結(jié)DG接入配電網(wǎng)，可能使得電流保護靈敏度降低或增加、保護裝置發(fā)生誤DG的接入容量加以控制，不能過大，否則可能影響保護系統(tǒng)動作的選DGk1~k5k3k3不分方向誤動作。分布式電源接入對自動重合閘的影響自動重合閘的應(yīng)用，可以極大提高電力系統(tǒng)供電可靠性，減少線路由于瞬時故障而斷電的次數(shù)。未鑒于分布式電源接入可能對自動重合閘產(chǎn)生的故障點持續(xù)電弧和非同期合閘等問題，建議在分布式電源側(cè)加入“防孤島”裝置，在重合閘進行之前，使得分布式電源退出運行，防止非