含DG的配电网闭环运行SFCL最佳位置分析

杨 乐，孙婉婉，李 永

(1.国网江苏省电力有限公司丰县供电分公司，江苏 徐州 221700；2.徐州三新供电服务有限公司丰县分公司，江苏 丰县 221700)

0 引言

三段式电流保护在辐射式配电网中起着重要的作用。由于分布式电源(distributed generation，DG)的存在，配电网失去了它的单向流动性，同时DG 改变了故障电流的大小和方向，使得传统的三段式电流保护不再满足要求。超导故障限流器(superconducting fault current limiter，SFCL)在故障时刻限制了故障电流的大小，使得流过继电保护装置的故障电流在设定范围内，不影响传统电流继电保护的正确动作。

分布式电源的并网会对辐射式配电网稳定性、电能质量和继电保护造成影响。为了限制这种影响，文献[1-2]提出在不改变原有电流保护配置的前提下，对分布式电源接入的容量和位置进行优化，缓解DG 并网带来的影响。文献[3-5]研究了在不改变原有保护配置的情况下，利用SFCL 来限制DG 并网带来的短路电流引起的变化。超导故障限流器是最有效的故障限流装置。在正常工作情况下，SFCL 不会影响系统的参数；当线路出现故障时，SFCL 会突然显示大阻抗，不仅限制了故障电流，同时提高了电力系统的稳定性。

以下首先介绍了电阻型SFCL， 并在MATLAB 中搭建了简单的电力系统模型。通过对DG 并入环网中的影响分析，根据仿真数据得出超导故障限流器安装的最佳位置，来更有效地减弱DG 对配电网的影响，尽可能小的改造传统配电网，保证供电可靠性。

1 分布式电源并入环形配电网的影响

如图1 所示，在简单的配电网闭环运行模式下，通过对比DG 接入环网前后的仿真数据，发现SFCL 的最佳安装位置。

图1 含DG 的配电网闭环模型

图1 中系统电源S 容量50 MVA 接于母线I,分布式电源DG 容量20 MVA 并网于母线III，线路XY=6 km，XZ=8 km，YZ=2 km，L1 和L2 负荷分别为5 MW 和4 MW，三个故障点A，B，C分别位于每条线路的中点。在MATLAB 中对DG并入环形配电网前和并入配电网后两种情况进行仿真，具体数据如表1 所示。

表1 不同点发生三相短路时，各测量点的故障电流

根据表1 中的数据对主保护和后备保护进行了柱状图比较，可以方便直观地看出DG 并入后对闭环运行的配电网的影响。根据流过主保护的电流柱状图(图2)可以很清晰的看出，DG 并入配电网前后保护3 和保护4 的故障电流变化最大。由此可以说明DG 并入闭环运行的配电网后对距离并网点最近的继电保护影响最大。

图2 有无DG 流过主保护的电流

2 超导故障限流器

分布式电源的并网使得配电网发生故障时，流过继电保护装置的故障电流大小和方向会发生改变，从而给传统辐射式配电网带来很多问题。为了解决DG 并网的问题，目前主要采用故障发生时，DG 快速离网的方法，这样配电网又恢复了辐射式，确保了传统的继电保护装置正确动作。但是频繁地并、离网，不仅影响主网，而且对DG 带来巨大的损害，同时也没有发挥DG 的优势。DG 再次并网时，可能对配电网造成冲击，不能满足人们日益追求的高电能质量。SFCL 可以有效地解决DG 并网带来的电流变化问题。相比于其他类型的超导限流器，电阻型SFCL 在限流方面具有更大的优势。配电网稳态运行时，SFCL 的电阻几乎为零；当发生短路故障时，SFCL 显示较大的电阻值。电阻型超导故障限流器的特性方程式如下：

式中：Rm——SFCL 的最大电阻值；TSC——超导状态到最大电阻值的时间。

3 SFCL 的最佳位置

根据图2 可以看出DG 并入闭环运行的配电网后对距离并网点最近的继电保护影响最大。为了克服DG 并网的影响，采取SFCL 与DG 串联后并网。根据SFCL 的特性，可以很好地解决DG 并网带来的电流增大的问题。

4 仿真验证

在MATLAB 中仿真的数据如表2 所示。

表2 含SFCL 和DG 的配电网闭环模式

根据表1 的数据，做出了流过各继电保护装置的故障电流柱状图(图3)，在图中发现加入SFCL后，DG 提供的故障电流被有效地遏制住了。

图3 流过主保护的电流对比

5 结论

在MATLAB 中对DG 并入闭环运行的配电网前后进行对比，发现DG 的接入对闭环模式下距离并网点最近的继电保护装置具有明显的增流作用。根据SFCL 的特性，为了削弱DG 并网带来的影响，SFCL 的最佳接入位置应与DG 串联。最后通过仿真可以看出此方案不改变原有继电保护配置，效果明显。需要说明的是，由于目前SFCL 装置昂贵，故实际上在DG 出口并不具备安装SFCL 的条件。