分布式电源对配电网保护的分析

白森珂

(西安科技大学 电气与控制工程学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

分布式电源大多安装在负荷周围，避免了电能的远距离传输，减少了电力损耗，提高了经济效益，但分布电源也对电网的运行和保护带来了一些影响。传统的低压配电网结构为单电源、辐射状，主要采用电流保护，分布式电源并网后，整个系统结构发生了变化。原本的单电源网络成为多电源网络结构，功率流向也由单向变成双向改变了系统的潮流分布。DG并网后对继电保护带来的最大的不利影响有两点:一是各短路电流大小的改变，导致各个保护之间的配合出现问题；二是由于电流保护装置里没有方向元件，故障电流由单向变成双向，导致保护误动。短路电流的大小和方向受DG 的接入位置、接入容量、投切时间、数量类型等因素影响，而短路电流直接与电网的保护性能有关。

1 配电网保护的配置结构

传统的配电网保护主要有三段式电流保护和反时限过电流保护。三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。瞬时电流速断保护的整定值是躲过本线路末端的最大短路电流。动作时间仅有电流继电器及中间继电器的固有动作时间，动作迅速但无法保护线路全长。限时电流速断保护主要是用来切除瞬时电流速断保护范围以外的故障，与下游线路的瞬时电流速断保护相配合，作为下一级瞬时电流保护的后备保护。过电流保护按躲过本线路最大负荷电流整定，可以保护本线路和相邻线路的全长。

反时限过电流保护是保护的动作时间与保护输入电流有关的一种保护，故障电流越大动作时间越短；故障电流越小，动作时间越长。它是一种具有自适应能力的保护，可以很好地满足选择性和速动性，并且能够防止因冷起动电流引起的保护误动。

本文针对图1所示含分布式发电的典型配电网模型，分析DG对配电网保护的影响。

图1 含分布能源的配电网结构图

2 分布式发电不同短路位置对配电网保护的影响

(1)F1点短路

若短路发生在F1处，系统电源向保护1提供故障电流，同时DG经保护2流过短路电流。此时若故障电流超过保护1的整定值便动作切除故障线路。保护2则会流过反向故障电流，由于保护2并无方向元件，保护2可能会误动作，从而导致DG下游形成孤岛。

(2)F2点短路

F2点发生故障，系统电源经保护1、保护2流过故障电流，达到整定值，保护2切除故障，但由于DG的存在，保护2断开后仍会有短路电流形成电弧，致使重合闸失败，延长了瞬时性故障的停电时间。

(3)F3点短路

故障发生在F3处即DG的下游时，保护1和保护2的故障电流比未并入DG时小，导致保护1和保护2的灵敏度降低，保护范围减小。保护3流过系统电源和DG共同提供的故障电流，扩大了保护范围。

(4)相邻馈线F4点短路

F4点发生短路故障后，保护1、2将会流过由DG提供的反向故障电流。由于保护2的整定值小于保护1的整定值，保护2可能会误动作。系统电源和DG共同向保护4提供短路电流，保护4可能会与下一级保护失去配合。

3 分布式电源不同容量对配电网保护的影响

本节主要针对分布电源不同的接入容量对保护的影响，在PSCAD中建模仿真并分析，仿真模型如图2所示。

图2 分布式电源的PSCAD仿真模型

仿真参数为：系统电压10.5 kV,最大运行方式下RS=0.104，线路参数R0=0.22 Ω/kM,单位长度电感为L1=L2=1.2 mH/kM,L0=5.478 mH/kM。单位长度电容为C1=C2=0.0096 mF/kM,C0=0.082 mF/kM。

3.1 DG上游短路

假若F1点短路，DG设定不同容量，得到各个保护的不同故障电流值，如表1所示。

表1 F1点短路各故障电流值

由表1可以看出，保护1流过的短路电流和DG容量的增大成负相关，保护2、3的短路电流与DG容量是正相关关系，而相邻馈线的保护4、5几乎无影响。

3.2 F3点发生故障

故障发生在DG的下游F3点，得到各保护的故障电流，如表2所示。

表2 F3点发生故障各保护的故障电流值

在DG上游的保护1、2随DG容量增大而减小，保护灵敏度降低。保护3由于DG的助流作用而随DG的容量增大而增大，保护可能会误动。而相邻馈线保护4、5几乎无影响。

4 结 论

分布式发电大大节约了输电成本，有很好的经济效益，然而给配电网带来的影响也不能忽略。DG的接入导致配电网结构的改变，在保护没有方向元件的情况下产生误动，导致故障扩大。本文针对传统的配电网模型，分析了DG的上游、下游以及相邻馈线发生故障时的故障电流差异和DG给继电保护带来的影响。在PSCAD中建立了含DG双馈线配电网模型，分析了DG的接入容量的不同给传统保护带来的影响。