分布式电源接入对配电网保护的影响

国家电网吉林电力有限公司长春供电公司 田振英

沈阳工程学院电力学院 冷雪敏

国家电网辽宁电力有限公司沈阳供电公司 戴 菁

国家电网辽宁电力有限公司 李 忱 王赫妍

1.引言

分布式电源电力系统中有容量小，接入位置不确定等特点，随着分布式电源的不断增长，针对带有分布式电源的10kV配电网继电保护措施，及对配电网不同线路的影响及待分析研究。本文通过针对分布式电网对配电网影响分析，构建模拟分布式接入配网系统，仿真利用MATLAB软件分析了在不同故障点三相短路时，系统自动重合闸的动作情况，提出相关常继电保护措施所存在的问题。

2.分布式电源对配电网保护影响

在有分布式电源存在的10kV电力系统配电网中，分布式电源通常接入馈线母线上，对于电力系统计算及潮流等同于系统容量增大，当发生相关系统故障是，故障线路电流相比于无分布式电源配电网，只会增大短路电流，与系统整体相比，由于分布式电源自身容量无法与系统容量相比，所以对系统个保护的参数影响不大，通常分布式电源接入10kV配电网的影响主要包括以下三个方面：

（1）分布式电源接入10kV配电网对继电保护灵敏度的影响。由于分布式电源自身存在汲流特性，所以配电网下游线路发生故障时，存在分布式电源的配电网所产生的故障电流一部分由分布式电源吸收，线路电流相比于常规配电网较小，因此针对传统方式设置的继电保护动作电流值收到影响，造成系统因电流值较小，继电保护不正常动作启动保护，因此分布式电源将影响系统继电保护动作灵敏性。

（2）分布式电源接入10kV配电网对继电保护上游保护的影响。在有分布式电源存在的10kV电力系统配电网中，与分布式电源接入点相邻线路发生故障时，由于分布式电源不具备方向性，短路电流将有可能流入系统上游线路，造成上游线路继电保护装置无法进行选择性保护，系统继电保护误动，影响系统的正常运行。

（3）分布式电源接入10kV配电网对继电保护范围的影响。在有分布式电源存在的10kV电力系统配电网中，在接入点附近发生故障时，系统上游故障电流将因分布式电源的存在而减少，线路保护距离与常规配电网保护距离缩短；同时下游故障电流由于分布式电源的存在增大，造成保护距离增大，对系统继电保护范围造成影响。

电力系统中自动重合闸是系统保护后继动作，当有分布式电源接入时，如图1所示，在保护1，4处装设前加速自动重合闸装置。

图1 含分布式电源的配电网

根据图1配电网结构分析，当系统f1点发生瞬时接地故障，继电保护1动作完成瞬时切除故障并重合，同时因为分布式电源的存在，DG（分布式电源）会向故障点增大部分故障电流，接地放电电弧不能立刻熄灭，继电保护装置1前加速装置重合失败，系统的瞬时性故障原可以及时修复，但由于分布式电源的存在造成永久性故障，停电范围被扩大。同样当系统f2发生瞬时接地故障，继电保护2动作完成瞬时切除故障并重合，同时因为分布式电源的存在，DG（分布式电源）会向故障点增大部分故障电流，接地放电电弧不能立刻熄灭，继电保护装置2前加速装置重合失败，系统的瞬时性故障原可以及时修复，但由于分布式电源的存在造成永久性故障，停电范围被扩大。因此为避免出现上述故障问题，系统可以在线路B点加装继电保护装置，当再发生故障时，线路AB两侧均可以动作，保护及时切除故障，完成自动重合闸。如果因为分布式电源与线路右侧变成孤岛运行时，有可能造成不同系统不同步问题，影响自动重合闸并网。系统另一种情况f3点发生瞬时接地故障，按系统设计继电保护装置4将启动动作切除故障，然后进行重合动作，因为分布式电源的存在提供反向的电流进入系统，反向电流超过继电保护装置1设定值，可能造成装置误动，因此需要在存在分布式电源的配电网系统设置方向元件，判断电流方向启动保护配合电网运行。

3.仿真计算

应用MATLAB/SIMULINK软件的含分布式电源的配电网进行仿真，馈线末端为负荷。设系统等效电源基准电压为10.5kV，系统最大运行方式和最小运行方式下的系统阻抗值为：；线路包采用常用的架空线路，单位线路参数AB，BC，CD，DE，AF，FG分别为3km，5km，6km，10km，6km，8km的架空线路；变压器T的容量为100MVA，变比为10kV/690V，短路电压百分比为，分布式电源分布式电源出口电压为690V；末端负荷均为。为便于分析，将短路点f1、f2和f3点取为线路末端，对于架空线路，一般装设三段式电流保护和前加速自动重合闸装置。

图2 含分布式电源的配电网模型图

f1(AB末端)发生三相短路：

母线C处接入分布式电源分布式电源后，在f1处发生三相短路时的电流幅值如下表2-5所示。在f1处发生三相短路故障时，分布式电源注入的短路电流反向流过保护2，会对其动作产生影响。由表4-5的仿真数据可知，分布式电源注入的短路电流对流过保护1的短路电流没有影响，保护1不会动作，而在ffffb5时，分布式电源提供的短路电流I2不足以使保护2动作；当ffffb4，保护2的限时电流速断动作（ffffb3），在短路时如果分布式电源不能及时切除，经延时后，保护2的II段会延时动作，将故障线路切除，分布式电源与右侧形成孤岛，会继续向负荷供电。

表1 f1发生三相短路时的电流

f2(CD末端)发生三相短路：

母线C处接入分布式电源分布式电源后，在f2处发生三相短路时的电流幅值如下表4-6所示。在f2处发生三相短路故障时，由4.2节可知，分布式电源注入的短路电流会对流过保护2的电流产生汲流作用，减小其保护范围，保护2的I段不会误动作；对流过保护3的电流产生助增作用，增加其保护范围，无法保证选择性。由表4-6的仿真结果可以看出，当分布式电源容量从0～30MW变化时，流过保护2的短路电流I2减小，同时流过保护3的短路电流I3增大，而当流过保护3的短路电流值大于保护3的I段整定值，使其与下一级线路保护失去选择性而误动作。

表2 f2发生三相短路时的电流

4.结论

分布式电源通常通过10kV配电系统接入电网，由于接入位置与分布式发电资源有关，电力系统通常为分布式电源接入的配电网设置三段保护。本文通过分析分布式电源对电力系统保护的影响，构建模拟分布式接入配网系统，仿真利用MATLAB软件分析了不同故障时自动重合闸的动作情况，提出相关常继电保护措施所存在的问题。

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