分布式发电场接入配电线路对继电保护的影响分析

何艳丽

(达州电业局，四川 达州 635000)

0 引言

分布式发电是指为了更好地满足用户需求，支持现有配电网经济运行而设计和安装在用户处或其附近的小型发电机组，其应用可以提高供电的可靠性和电能质量。分布式电源加入辐射型配电网络时，由于其在故障瞬间提供了短路电流，对原有三段式电流保护会产生一定影响，诸如保护的可靠性和灵敏度将会变大或变小。另外，分布式电源加入配电网后在保护重合闸功能动作时也必须考虑其能否正常重合。分布式发电技术由于电能变化的特性，对保护的影响还将呈现出波动性。本文主要分析了分布式发电模式在配网中并网运行时对其继电保护的一些影响。

1 分布式发电场及其对继电保护的影响

分布式发电技术的应用可以提高供电的可靠性和电能质量。分布式发电也可以不计发电形式的规模、大小或能源类型，而从安装地点出发认为其是安装在用户附近的发电设施。对于电能存储技术等广泛意义上的分布式发电技术，许多学者使用分布式能源或分布式资源的定义，它们都可以用来指安装在用户附近的小规模(容量一般小于50 MW)发电装置。

分布式电源按发电能源是否可再生分为2类:一类称为利用可再生能源的分布式发电，主要包括太阳能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式;另一类则称为利用不可再生能源的分布式发电，主要包括内燃机、热电联产、燃动机、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式。分布式电源可以并网运行也可以离网运行，本文主要分析了分布式发电模式在并网运行时对其继电保护的一些影响。

分布式电源加入辐射型配电网络时，由于其在故障瞬间提供了短路电流，对于原有的三段式电流保护会产生一定的影响，诸如保护的可靠性和灵敏度将会变大或变小。另外，分布式电源加入配网后，在保护重合闸功能动作时也必须考虑其能否正常重合。分布式发电技术由于电能变化的特性，对保护的影响还将呈现出波动性。

2 分布式电场接入配电线路对电流保护灵敏度的影响

将分布式电源接入配电线路，会对线路始端保护产生一定的影响。由于系统发生短路故障时，发电场短路电流衰减较快，可能会瞬时切除分布式电源，所以，本节只分析分布式电源接入后对相间速断电流保护的影响。配电线路模型如图1所示。

图1 配电线路模型

线路参数为:配电线路 MN 阻抗，0.4 p.u.;B1，B2，B3为配电线路MN的三等分点，将MN划分成4段阻抗相同的线路，其阻抗值为0.1 p.u.;接入配电线路MN的分布式电场等值阻抗分别取 1.40，0.70，0.46，0.35 p.u.。

线路始端安装了阶段式相间电流保护，在正常情况下，配电线路末端N发生三相短路故障时，线路始端保护测量到的短路电流为(假设电网电压幅值为1，角度为0，短路电流不计负荷影响，网路空载)

若在配电线路中间接入一个分布式电场，假设接入位置为B，则线路始端保护测量到的三相短路电流为

式中:ZMB为节点B至线路始端间的阻抗值;ZWB为接入分布式电场的等值阻抗。与未接入分布式电场相比时，多了附加阻抗

可见，线路始端保护测量到的电流值与分布式电场接入位置和分布式电场等值阻抗相关。线路阻抗和分布式电场等值阻抗已知且忽略线路电阻，当分布式电场分别接入配电线路中 M，B1，B2，B3，N节点时，其附加阻抗值见表1。

表1 附加阻抗 p.u.

由表1可以看出，附加阻抗随分布式电场接入位置和分布式电场等值阻抗变化而变化，其特性如图2所示。

图2 附加阻抗特性曲线

可见，当分布式电场接入配电线路MN中点时，附加阻抗达到最大，接入线路始端或末端时，附加阻抗最小且为零。当附加阻抗不为零且短路故障发生在分布式电场接入点B之后，则保护测量到的短路电流值会变小，保护灵敏度变小。另外，分布式电场等值阻抗越小，则附加阻抗越大，保护灵敏度减小越多。为使保护灵敏度尽量不受影响，分布式电场应接入配电线路的始端或终端。

3 分布式电场接入辐射型配电系统对相间电流保护的影响

本文构建了辐射型35 kV配电网模型并将分布式电源接入配电线路始端(保护侧)，在发生短路故障时，分析各线路保护的动作特性以及电场在不同参数下对保护的影响程度。辐射型35 kV配电网模型如图3所示。

图3 辐射型配电网模型

在图3中:节点G为无穷大系统，线路EF为高压输电线路，经变电站降压为35 kV;AB，BC，AD均为配电线路;QF1，QF2，QF3分别代表3条配电线路的保护与断路器。系统具体参数为(这里只列出电网等值参数和配电线路阻抗参数):电网基准容量，100 MV·A;电网基准电压，220 kV;正序阻抗，X1=0.0407 p.u.;负序阻抗，X2=0.040 7 p.u.;零序阻抗，X0=0.060 3 p.u.;线路 AB 阻抗参数，0.317 8 p.u.;线路 BC 阻抗参数，0.699 2 p.u.;线路 AD 阻抗参数，0.3190 p.u.。

分布式电场接入配电系统后，在短路故障发生时对各配电线路都能够提供短路电流，改变了原系统短路时的电流大小与方向，可能会对相间电流保护的可靠性与灵敏度有一定影响，甚至可能会引起保护的误动作。限于篇幅，本文只对下游线路保护的影响进行分析。

3.1 QF2处保护可靠系数分析

QF2处保护在线路BC末端发生三相短路故障时，测量到的短路电流大小见表2。

表2 QF2处保护在线路BC末端发生三相短路故障时测量到的短路电流

经计算，得到QF2处相间电流保护的可靠系数如图4所示。

图4 QF2处相间电流保护可靠系数变化曲线

由图4可以看出，QF2处相间电流保护的可靠系数随着发电机数量的增加而变小，随着联络线阻抗的增加而升高。

3.2 QF2处保护灵敏度分析

QF2处保护在线路BC首端发生两相短路故障时测量到的短路电流大小见表3。

表3 QF2处保护在线路BC首端发生两相短路故障时测量到的短路电流

根据灵敏度公式K=If2/Iop进行计算，得到QF2处相间电流保护灵敏度如图5所示。

图5 QF2处相间电流保护灵敏度变化曲线

由图5可以看出，QF2处相间电流保护的灵敏度随着发电机数量的增加而升高，随着联络线阻抗的增加而降低。

4 结论

分布式电源接入配电线路后，会使得线路始端保护的灵敏度大大下降，其影响程度主要取决于分布式电场的等值阻抗与分布式电场的接入位置。从算例可以看出，分布式电场等值阻抗越小，线路始端相间电流保护的灵敏度越低，分布式电场接入的位置越靠近配电线路的中点，线路始端相间电流保护的灵敏度越低。而当分布式电场接入线路末端或始端时，对其保护装置的灵敏度则没有影响。

分布式电场接入35 kV的辐射型配电网络，并将分布式电场与配网间的联络线接于2条配电线路之间，使得接入位置处于第1条配电线路的末端与第2条配电线路的始端。其结果是，分布式电场的接入会提高下游线路和相邻线路相间电流保护的灵敏度，降低下游线路和相邻线路相间电流保护的可靠系数，但对上游配电线路保护的灵敏度和可靠系数几乎没有影响。

［1］袁超，吴刚，曾祥君，等.分布式发电系统继电保护技术［J］.电力系统保护与控制，2009，37(2):99 －105.

［2］钱科军，袁越.分布式发电技术及其对电力系统的影响［J］.继电器，2007，35(13):25 －29.

［3］温阳东，王欣.分布式发电对配电网继电保护的影响［J］.继电器，2008，36(1):12 －14.

［4］杨乘胜，唐立军.IEEE1588在分布式发电系统保护采样值同步中的应用［J］.华电技术，2009，31(7):31 －34.