引言

　　為彌補(bǔ)大電網(wǎng)單一集中供電的缺陷，分布式發(fā)電這種新的發(fā)電方式發(fā)展非常迅速。分布式電源是一般分布在配電網(wǎng)中的，功率為10 kW～30 MW 的小型輔助電源，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能及生物能源發(fā)電等多種多樣的發(fā)電形式。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，多電源共同向故障點(diǎn)注入電流，勢(shì)必?cái)_亂原有的保護(hù)配置方式，影響保護(hù)的可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性，引起保護(hù)和重合閘裝置的拒動(dòng)和誤動(dòng)。本文對(duì)各種故障情況進(jìn)行分析，進(jìn)行仿真予以驗(yàn)證并提出相關(guān)改進(jìn)措施。分布式發(fā)電是現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，解決由此引起的相關(guān)問(wèn)題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

       分布式電源在接入配電系統(tǒng)后，改變了系統(tǒng)原有的結(jié)構(gòu)和接線方式，由單電源供電變?yōu)閮啥斯╇娀蚨嚯娫垂╇?，增加了支路?shù)量，系統(tǒng)故障情況變得復(fù)雜。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，兩個(gè)以上的電源均提供短路電流，這擾亂了原有的繼電保護(hù)配置方式。本文利用PSCAD/EMTDC，對(duì)各種不同情況下的分布式電源接入情況進(jìn)行分析，分析了分布式發(fā)電對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

　　1 分布式電源自身的保護(hù)要求

　　接入配電網(wǎng)的DG 主要包括風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物發(fā)電、燃料電池和家用小型發(fā)電機(jī)等。其種類可以分為三種，分別為同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)和DC － AC 逆變型電源（經(jīng)電力電子器件連接到電網(wǎng)）。

　　同步發(fā)電機(jī)對(duì)故障電流具有最直接的影響，在故障之后的第一時(shí)間，故障電流的波形基本上決定于發(fā)電機(jī)的參數(shù)。同步發(fā)電機(jī)在發(fā)生故障時(shí)能夠輸出很高的短路電流，數(shù)值上能夠達(dá)到額定電流的3 倍，并且維持很長(zhǎng)一段時(shí)間。

　　異步發(fā)電機(jī)直接連入系統(tǒng)，不需要額外的電力電子0.2～0.3 s 衰減為零。

　　分布式電源中的逆變型電源的控制方式有電壓型和電流型兩種，并且這兩種控制方式大都以恒定功率輸出的。其故障電流會(huì)因?yàn)閮?nèi)部控制方式的響應(yīng)不同而衰減周期不同，逆變型電源一般會(huì)裝設(shè)欠電壓保護(hù)，當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)自動(dòng)切斷與電網(wǎng)聯(lián)系，所以其故障電流一般不會(huì)超過(guò)額定值的2 倍。

　　作為分布式電源所配備的保護(hù)來(lái)說(shuō)，既要考慮到發(fā)電機(jī)自身可能造成的故障，又要考慮到由于配網(wǎng)外部故障而對(duì)其可能造成的影響。所以針對(duì)分布式電源來(lái)講需要另外考慮到由于配網(wǎng)內(nèi)部故障而需設(shè)置負(fù)荷不對(duì)稱保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、頻率保護(hù)以及零序過(guò)電壓保護(hù)等。

      2 分布式發(fā)電對(duì)電流保護(hù)的影響

　　在如圖1所示配電網(wǎng)模型中，假設(shè)配電網(wǎng)中設(shè)置三段式電流保護(hù)，并且整定值都是在分布式電源接入之前設(shè)置好的。假設(shè)潰線2 末端母線C 上接入了分布式電源Sg。

　?。?）當(dāng)K1 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，主系統(tǒng)和分布式電源同時(shí)向短路點(diǎn)注入短路電流，即：

　　式中

　　If——故障電流；

　　IS——系統(tǒng)提供短路電流；

　　Ig——分布式電源提供的短路電流。

　　流過(guò)保護(hù)1 的短路電流較接入分布式電源之前有所增加，增加了保護(hù)1 的靈敏性和可靠性。此時(shí)保護(hù)1 能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，即時(shí)切斷故障線路。但是如果因?yàn)檫@種助增作用而使短路電流增大過(guò)多的話，則會(huì)引起保護(hù)2的誤動(dòng)作，擴(kuò)大了停電范圍。

　?。?）當(dāng)K2 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，母線A 至短路點(diǎn)流過(guò)的電流IS 與分布式電流接入之前并無(wú)太大變化，所以并未對(duì)保護(hù)3 產(chǎn)生影響，保護(hù)3 能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，但此時(shí)分布式電源仍然向短路點(diǎn)注入短路電流Ig，并且單獨(dú)向下游供電，由于功率和負(fù)荷相差懸殊，有可能會(huì)因?yàn)殡妷杭眲〗档投斐呻娋W(wǎng)崩潰。所以在這種情況下，需要在母線C 左側(cè)也裝設(shè)斷路器，并由保護(hù)3 引發(fā)動(dòng)作信號(hào)，在故障時(shí)同時(shí)動(dòng)作以切除故障。

　?。?）當(dāng)K3 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由分布式電源提供的短路電流同時(shí)流過(guò)保護(hù)3、保護(hù)4 和保護(hù)6，如果此時(shí)短路電流足夠大就會(huì)引起保護(hù)3 和保護(hù)4 的誤動(dòng)作。                        

　　3 分布式發(fā)電對(duì)重合閘裝置的影響

　　電網(wǎng)故障大所數(shù)都是瞬時(shí)性故障，所以大都裝設(shè)有重合閘裝置，可以在瞬時(shí)故障時(shí)迅速重合，使電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。前加速重合閘主要用于35 kV 以下由發(fā)電廠或重要變電所引出的支配線路上，配電網(wǎng)電壓等級(jí)較低，故主要裝設(shè)前加速重合閘。如圖2 所示，假設(shè)兩條饋線始端均裝設(shè)前加速自動(dòng)重合閘。

　　保護(hù)4 跳動(dòng)先切除故障，之后重合閘裝置起動(dòng)，保護(hù)4重合。若為瞬時(shí)性故障，則重合成功。在接入分布式電源后，則在保護(hù)重合之后，分布式電源持續(xù)向故障點(diǎn)注入短路電流，故障點(diǎn)的電弧持續(xù)存在，則可能導(dǎo)致絕緣擊穿，使瞬時(shí)故障發(fā)展成永久故障。

　　2）由于分布式電源的接入，饋線AC 段兩端為雙端供電。當(dāng)線路AC 段發(fā)生故障時(shí)，為徹底切除故障，線路兩端斷路器需要同時(shí)動(dòng)作，再次重合時(shí)會(huì)涉及到檢同期問(wèn)題。若兩端電源兩端功角擺開(kāi)較大，則會(huì)產(chǎn)生很大的的沖擊電流，對(duì)電力系統(tǒng)和電氣元件產(chǎn)生沖擊。4 算例分析

　　本算例中以圖1中的10 kV 配電網(wǎng)為例，利用仿真軟件PSCAD 進(jìn)行仿真，系統(tǒng)容量SB ＝ 100 kV·A ，母線電壓UB ＝ 10.5 kV，在各節(jié)點(diǎn)處接入恒功率負(fù)荷SN ＝6 MV·A，cos ＝ 0.85，選取系統(tǒng)的運(yùn)行方式為最大運(yùn)行方式，系統(tǒng)參數(shù)為Xsmin＝0.091Ω，Lsmin＝0.000 29 H。

　　可得到饋線2上保護(hù)1～4流過(guò)的最大短路電流值，取Krel′＝1.25，Krel″＝1.3，可得到速斷電流速斷保護(hù)和限時(shí)電流保護(hù)的整定值，如表1 所示。

　　分別在DE、CD、BC、AB 和AF 處的設(shè)置三相接地短路，可以得到流過(guò)保護(hù)的短路電流，如表2 所示。

　　對(duì)比表1 和表2 可以分析得：

　　1）當(dāng)線路DE 發(fā)生故障時(shí)，本應(yīng)保護(hù)4 動(dòng)作切斷故障線路，可由于分布式電源的助增作用使得故障電流增大，將可能觸發(fā)保護(hù)3 誤動(dòng)作。這種情況可以在分布式電源下方加裝限流電抗或者故障限流器。

　　2）當(dāng)線路CD 發(fā)生故障時(shí)，則因?yàn)榉植际诫娫吹闹鲎饔迷龃罅吮Ｗo(hù)3 的靈敏度。

　　3）當(dāng)線路BC 發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)3 動(dòng)作后變?yōu)榉植际诫娫吹墓聧u供電，可能會(huì)使電壓急劇降低而造成系統(tǒng)崩潰，所以在這種情況下應(yīng)當(dāng)在保護(hù)3 的對(duì)側(cè)增加斷路器，并由保護(hù)3 引發(fā)動(dòng)作信號(hào)。同理在保護(hù)1 的對(duì)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)斷路器。

　　4）當(dāng)線路AF 發(fā)生故障時(shí)，分布式電源提供的短路電流流經(jīng)保護(hù)4，保護(hù)4 會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作?？梢酝ㄟ^(guò)在保護(hù)4 處加裝方向元件而加以改進(jìn)。

　　5 相關(guān)的改進(jìn)措施

　　1）以分布式電源為界，在分布式電源上游兩側(cè)加裝方向性元件，在保護(hù)的對(duì)側(cè)加裝斷路器。當(dāng)一段線路兩端的功率注入方向?yàn)橐徽回?fù)時(shí)，則可以判定為本區(qū)域內(nèi)故障。對(duì)于分布式電源的下游線路，可以將分布式電源當(dāng)作助增電源，重新進(jìn)行整定保留原有的三段式電流保護(hù)，并在每段線路。

　　2）故障限流器（FCL）在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，阻抗為零；而在線路發(fā)生短路故障，電流增大時(shí)，對(duì)外表現(xiàn)為高阻抗。在線路中加裝故障限流器，減小故障電流，可解決這一問(wèn)題?；蛘咭部蛇x用超導(dǎo)故障限流器（SFCL）等，其具有更為完善的功能。

　　3）加裝以其他電氣量為度量單位的保護(hù)，例如方向比較式縱聯(lián)保護(hù)，即利用輸電線路兩端功率方向相同或相反的特征來(lái)判斷是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　本文就分布式發(fā)電這一新興的發(fā)電方式對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案，并結(jié)合仿真結(jié)果對(duì)所做分析進(jìn)行了驗(yàn)證。