引言
為彌補大電網(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，多電源共同向故障點注入電流，勢必擾亂原有的保護(hù)配置方式，影響保護(hù)的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性，引起保護(hù)和重合閘裝置的拒動和誤動。本文對各種故障情況進(jìn)行分析，進(jìn)行仿真予以驗證并提出相關(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，解決由此引起的相關(guān)問題具有非常重要的現(xiàn)實意義。
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，兩個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)對故障電流具有最直接的影響，在故障之后的第一時間，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，并且維持很長一段時間。
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。其故障電流會因為內(nèi)部控制方式的響應(yīng)不同而衰減周期不同，逆變型電源一般會裝設(shè)欠電壓保護(hù)，當(dāng)電壓過低時自動切斷與電網(wǎng)聯(lián)系，所以其故障電流一般不會超過額定值的2 倍。
作為分布式電源所配備的保護(hù)來說，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)外部故障而對其可能造成的影響。所以針對分布式電源來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)荷不對稱保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、頻率保護(hù)以及零序過電壓保護(hù)等。
2 分布式發(fā)電對電流保護(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 點發(fā)生故障時，主系統(tǒng)和分布式電源同時向短路點注入短路電流，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。此時保護(hù)1 能夠準(zhǔn)確動作，即時切斷故障線路。但是如果因為這種助增作用而使短路電流增大過多的話，則會引起保護(hù)2的誤動作，擴(kuò)大了停電范圍。
?。?）當(dāng)K2 點發(fā)生故障時，母線A 至短路點流過的電流IS 與分布式電流接入之前并無太大變化，所以并未對保護(hù)3 產(chǎn)生影響，保護(hù)3 能夠準(zhǔn)確動作，但此時分布式電源仍然向短路點注入短路電流Ig，并且單獨向下游供電，由于功率和負(fù)荷相差懸殊，有可能會因為電壓急劇降低而造成電網(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)動作信號，在故障時同時動作以切除故障。
（3）當(dāng)K3 點發(fā)生故障時，由分布式電源提供的短路電流同時流過保護(hù)3、保護(hù)4 和保護(hù)6，如果此時短路電流足夠大就會引起保護(hù)3 和保護(hù)4 的誤動作。
3 分布式發(fā)電對重合閘裝置的影響
電網(wǎng)故障大所數(shù)都是瞬時性故障，所以大都裝設(shè)有重合閘裝置，可以在瞬時故障時迅速重合，使電網(wǎng)恢復(fù)正常運行。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)前加速自動重合閘。
保護(hù)4 跳動先切除故障，之后重合閘裝置起動，保護(hù)4重合。若為瞬時性故障，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)向故障點注入短路電流，故障點的電弧持續(xù)存在，則可能導(dǎo)致絕緣擊穿，使瞬時故障發(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，為徹底切除故障，線路兩端斷路器需要同時動作，再次重合時會涉及到檢同期問題。若兩端電源兩端功角擺開較大，則會產(chǎn)生很大的的沖擊電流，對電力系統(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)點處接入恒功率負(fù)荷SN ＝6 MV·A，cos ＝ 0.85，選取系統(tǒng)的運行方式為最大運行方式，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，可以得到流過保護(hù)的短路電流，如表2 所示。
對比表1 和表2 可以分析得：
1）當(dāng)線路DE 發(fā)生故障時，本應(yīng)保護(hù)4 動作切斷故障線路，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，則因為分布式電源的助增作用增大了保護(hù)3 的靈敏度。
3）當(dāng)線路BC 發(fā)生故障時，保護(hù)3 動作后變?yōu)榉植际诫娫吹墓聧u供電，可能會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 的對側(cè)增加斷路器，并由保護(hù)3 引發(fā)動作信號。同理在保護(hù)1 的對側(cè)也應(yīng)裝設(shè)斷路器。
4）當(dāng)線路AF 發(fā)生故障時，分布式電源提供的短路電流流經(jīng)保護(hù)4，保護(hù)4 會發(fā)生誤動作。可以通過在保護(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)的對側(cè)加裝斷路器。當(dāng)一段線路兩端的功率注入方向為一正一負(fù)時，則可以判定為本區(qū)域內(nèi)故障。對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)正常運行時，阻抗為零；而在線路發(fā)生短路故障，電流增大時，對外表現(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判斷是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障。
6 結(jié)語
本文就分布式發(fā)電這一新興的發(fā)電方式對配電網(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)果對所做分析進(jìn)行了驗證。