电流衰减特性在配电网保护中的应用探讨

陈星宇

（国网重庆市电力公司市南供电分公司，重庆 401336）

1 配电网保护面临的问题

随着新型电力系统的建设，光伏发电、储能等逆变型分布式电源（inverter-interfaced distribute generator， IIDG）大量接入电网，改变了传统配电网络原有的单一结构特征，短路特性发生较大改变，原有阶梯式整定的电流保护存在较高的误动或拒动风险。针对含有IIDG接入的配网馈线保护问题，国内外专家学者做了大量研究工作，文献[2]提出自适应地改进电流保护整定方案来保证动作的灵敏性，但是，在含IIDG配电网运用中仍面临保护延时和上下级保护配合困难的问题。文献[3]分析并验证了距离保护在配电网络的适用性，但电压信息的同时增加了保护判据的复杂性和配电网资金投入。文献[4]通过将故障后分布式电源的短路电流发送给对侧，实现故障区域的隔离，该类通信方法成本较高且难以准确同步。因此，有必要进一步深入研究适用于含IIDG接入的配电网保护。

本文分析了不同电源暂态故障电流，提出了一种基于电流衰减特性的配电网保护方案，利用内部故障发生后所在线路两端测量的电流衰减特性应保持一致的特性，以电流衰减参数构建保护判据。

2 不同电源短路电流特征分析

逆变型电源经过逆变器与电网连接，其逆变器控制策略是短路电流特征的主要决定因素。在现场应用中，常使用定电压矢量控制策略，抑制故障电流和功率波动，实现低电压穿越。短路故障后，锁相环需要延迟才能响应，因此暂态过程中检测角频率不再是工频，导致电流主要表现出衰减的非工频特征。电网主要依靠同步发电机供电，发生短路时的短路电流主要含有基本恒定的工频分量和衰减的直流分量。

因此，当含IIDG系统正常运行或者发生区外短路时，线路两侧的电流相同，暂态特征基本一致。而对于区内短路，逆变型分布式电源提供的短路电流和传统电网系统短路电流主要分量有着明显的衰减特征区别，呈现出较强的非工频特征。

3 基于电流衰减特性的配电网保护方案

用最小二乘矩阵束算法可以辨识电流的各个频率分量，可以表示为：

式中，M代表系统阶次；k=1，2...，N-1，N为一周期采样点数；Ts是采样周期；e是自然常数；对第i次信号分量，Ri代表复幅值，包括信号的幅值Ai和θi初相，即Ri=Aiejθi，代表复频率，包含衰减因子αi以及相角频率ωi，即si=-αi+jωi。

在配电网络中，由馈线开关切分为各个相连的配电区段，图1所示是一个典型的含IIDG配电网络拓扑图。

图1 含IIDG配电网示意图

当馈线某处发生短路故障时，线路两端采样到的短路电流分别由IIDG与电网系统电源提供，此时，IIDG侧的故障电流衰减参数大于系统侧故障电流的衰减参数，有：

其中，αS、αR分别为系统侧、逆变侧故障电流交流主频分量衰减时间常数。当馈线某处发生短路故障时，线路两端采样到的短路电流分别由逆变型DG与电网系统电源提供，此时，含逆变型DG侧的故障电流衰减参数大于系统侧故障电流的衰减参数，有：

综上所述，在逆变型分布式电源出力情况下，区内故障的判定，准确性需要依靠两端电流不同的衰减特性保证，即需要可靠地计算两端电流中交流分量的衰减因子数值，最小二乘矩阵束法恰能满足此种要求。

4 结语

本文利用区内外故障时，两端电流具有不同特性，提出了一种基于电流衰减特性的配电网纵联保护方案，使得在配电线路区内故障时保持灵敏性和选择性的同时，在区外故障时仍具有高区分性。同时，该算法对噪声具有一定耐受度，有良好的应用前景，为含IIDG配电网络保护提供了新的思路，但该方法的灵敏度校验原则仍然有待进一步优化。