分布式發(fā)電場(chǎng)接入配電線路對(duì)繼電保護(hù)的影響分析

何艷麗

(達(dá)州電業(yè)局，四川 達(dá)州 635000)

0 引言

分布式發(fā)電是指為了更好地滿足用戶需求，支持現(xiàn)有配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而設(shè)計(jì)和安裝在用戶處或其附近的小型發(fā)電機(jī)組，其應(yīng)用可以提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。分布式電源加入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于其在故障瞬間提供了短路電流，對(duì)原有三段式電流保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定影響，諸如保護(hù)的可靠性和靈敏度將會(huì)變大或變小。另外，分布式電源加入配電網(wǎng)后在保護(hù)重合閘功能動(dòng)作時(shí)也必須考慮其能否正常重合。分布式發(fā)電技術(shù)由于電能變化的特性，對(duì)保護(hù)的影響還將呈現(xiàn)出波動(dòng)性。本文主要分析了分布式發(fā)電模式在配網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)其繼電保護(hù)的一些影響。

1 分布式發(fā)電場(chǎng)及其對(duì)繼電保護(hù)的影響

分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用可以提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。分布式發(fā)電也可以不計(jì)發(fā)電形式的規(guī)模、大小或能源類型，而從安裝地點(diǎn)出發(fā)認(rèn)為其是安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施。對(duì)于電能存儲(chǔ)技術(shù)等廣泛意義上的分布式發(fā)電技術(shù)，許多學(xué)者使用分布式能源或分布式資源的定義，它們都可以用來(lái)指安裝在用戶附近的小規(guī)模(容量一般小于50 MW)發(fā)電裝置。

分布式電源按發(fā)電能源是否可再生分為2類:一類稱為利用可再生能源的分布式發(fā)電，主要包括太陽(yáng)能光伏、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等發(fā)電形式;另一類則稱為利用不可再生能源的分布式發(fā)電，主要包括內(nèi)燃機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式。分布式電源可以并網(wǎng)運(yùn)行也可以離網(wǎng)運(yùn)行，本文主要分析了分布式發(fā)電模式在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對(duì)其繼電保護(hù)的一些影響。

分布式電源加入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于其在故障瞬間提供了短路電流，對(duì)于原有的三段式電流保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，諸如保護(hù)的可靠性和靈敏度將會(huì)變大或變小。另外，分布式電源加入配網(wǎng)后，在保護(hù)重合閘功能動(dòng)作時(shí)也必須考慮其能否正常重合。分布式發(fā)電技術(shù)由于電能變化的特性，對(duì)保護(hù)的影響還將呈現(xiàn)出波動(dòng)性。

2 分布式電場(chǎng)接入配電線路對(duì)電流保護(hù)靈敏度的影響

將分布式電源接入配電線路，會(huì)對(duì)線路始端保護(hù)產(chǎn)生一定的影響。由于系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電場(chǎng)短路電流衰減較快，可能會(huì)瞬時(shí)切除分布式電源，所以，本節(jié)只分析分布式電源接入后對(duì)相間速斷電流保護(hù)的影響。配電線路模型如圖1所示。

圖1 配電線路模型

線路參數(shù)為:配電線路 MN 阻抗，0.4 p.u.;B1，B2，B3為配電線路MN的三等分點(diǎn)，將MN劃分成4段阻抗相同的線路，其阻抗值為0.1 p.u.;接入配電線路MN的分布式電場(chǎng)等值阻抗分別取 1.40，0.70，0.46，0.35 p.u.。

線路始端安裝了階段式相間電流保護(hù)，在正常情況下，配電線路末端N發(fā)生三相短路故障時(shí)，線路始端保護(hù)測(cè)量到的短路電流為(假設(shè)電網(wǎng)電壓幅值為1，角度為0，短路電流不計(jì)負(fù)荷影響，網(wǎng)路空載)

若在配電線路中間接入一個(gè)分布式電場(chǎng)，假設(shè)接入位置為B，則線路始端保護(hù)測(cè)量到的三相短路電流為

式中:ZMB為節(jié)點(diǎn)B至線路始端間的阻抗值;ZWB為接入分布式電場(chǎng)的等值阻抗。與未接入分布式電場(chǎng)相比時(shí)，多了附加阻抗

可見，線路始端保護(hù)測(cè)量到的電流值與分布式電場(chǎng)接入位置和分布式電場(chǎng)等值阻抗相關(guān)。線路阻抗和分布式電場(chǎng)等值阻抗已知且忽略線路電阻，當(dāng)分布式電場(chǎng)分別接入配電線路中 M，B1，B2，B3，N節(jié)點(diǎn)時(shí)，其附加阻抗值見表1。

表1 附加阻抗 p.u.

由表1可以看出，附加阻抗隨分布式電場(chǎng)接入位置和分布式電場(chǎng)等值阻抗變化而變化，其特性如圖2所示。

圖2 附加阻抗特性曲線

可見，當(dāng)分布式電場(chǎng)接入配電線路MN中點(diǎn)時(shí)，附加阻抗達(dá)到最大，接入線路始端或末端時(shí)，附加阻抗最小且為零。當(dāng)附加阻抗不為零且短路故障發(fā)生在分布式電場(chǎng)接入點(diǎn)B之后，則保護(hù)測(cè)量到的短路電流值會(huì)變小，保護(hù)靈敏度變小。另外，分布式電場(chǎng)等值阻抗越小，則附加阻抗越大，保護(hù)靈敏度減小越多。為使保護(hù)靈敏度盡量不受影響，分布式電場(chǎng)應(yīng)接入配電線路的始端或終端。

3 分布式電場(chǎng)接入輻射型配電系統(tǒng)對(duì)相間電流保護(hù)的影響

本文構(gòu)建了輻射型35 kV配電網(wǎng)模型并將分布式電源接入配電線路始端(保護(hù)側(cè))，在發(fā)生短路故障時(shí)，分析各線路保護(hù)的動(dòng)作特性以及電場(chǎng)在不同參數(shù)下對(duì)保護(hù)的影響程度。輻射型35 kV配電網(wǎng)模型如圖3所示。

圖3 輻射型配電網(wǎng)模型

在圖3中:節(jié)點(diǎn)G為無(wú)窮大系統(tǒng)，線路EF為高壓輸電線路，經(jīng)變電站降壓為35 kV;AB，BC，AD均為配電線路;QF1，QF2，QF3分別代表3條配電線路的保護(hù)與斷路器。系統(tǒng)具體參數(shù)為(這里只列出電網(wǎng)等值參數(shù)和配電線路阻抗參數(shù)):電網(wǎng)基準(zhǔn)容量，100 MV·A;電網(wǎng)基準(zhǔn)電壓，220 kV;正序阻抗，X1=0.0407 p.u.;負(fù)序阻抗，X2=0.040 7 p.u.;零序阻抗，X0=0.060 3 p.u.;線路 AB 阻抗參數(shù)，0.317 8 p.u.;線路 BC 阻抗參數(shù)，0.699 2 p.u.;線路 AD 阻抗參數(shù)，0.3190 p.u.。

分布式電場(chǎng)接入配電系統(tǒng)后，在短路故障發(fā)生時(shí)對(duì)各配電線路都能夠提供短路電流，改變了原系統(tǒng)短路時(shí)的電流大小與方向，可能會(huì)對(duì)相間電流保護(hù)的可靠性與靈敏度有一定影響，甚至可能會(huì)引起保護(hù)的誤動(dòng)作。限于篇幅，本文只對(duì)下游線路保護(hù)的影響進(jìn)行分析。

3.1 QF2處保護(hù)可靠系數(shù)分析

QF2處保護(hù)在線路BC末端發(fā)生三相短路故障時(shí)，測(cè)量到的短路電流大小見表2。

表2 QF2處保護(hù)在線路BC末端發(fā)生三相短路故障時(shí)測(cè)量到的短路電流

經(jīng)計(jì)算，得到QF2處相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)如圖4所示。

圖4 QF2處相間電流保護(hù)可靠系數(shù)變化曲線

由圖4可以看出，QF2處相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)隨著發(fā)電機(jī)數(shù)量的增加而變小，隨著聯(lián)絡(luò)線阻抗的增加而升高。

3.2 QF2處保護(hù)靈敏度分析

QF2處保護(hù)在線路BC首端發(fā)生兩相短路故障時(shí)測(cè)量到的短路電流大小見表3。

表3 QF2處保護(hù)在線路BC首端發(fā)生兩相短路故障時(shí)測(cè)量到的短路電流

根據(jù)靈敏度公式K=If2/Iop進(jìn)行計(jì)算，得到QF2處相間電流保護(hù)靈敏度如圖5所示。

圖5 QF2處相間電流保護(hù)靈敏度變化曲線

由圖5可以看出，QF2處相間電流保護(hù)的靈敏度隨著發(fā)電機(jī)數(shù)量的增加而升高，隨著聯(lián)絡(luò)線阻抗的增加而降低。

4 結(jié)論

分布式電源接入配電線路后，會(huì)使得線路始端保護(hù)的靈敏度大大下降，其影響程度主要取決于分布式電場(chǎng)的等值阻抗與分布式電場(chǎng)的接入位置。從算例可以看出，分布式電場(chǎng)等值阻抗越小，線路始端相間電流保護(hù)的靈敏度越低，分布式電場(chǎng)接入的位置越靠近配電線路的中點(diǎn)，線路始端相間電流保護(hù)的靈敏度越低。而當(dāng)分布式電場(chǎng)接入線路末端或始端時(shí)，對(duì)其保護(hù)裝置的靈敏度則沒(méi)有影響。

分布式電場(chǎng)接入35 kV的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)，并將分布式電場(chǎng)與配網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線接于2條配電線路之間，使得接入位置處于第1條配電線路的末端與第2條配電線路的始端。其結(jié)果是，分布式電場(chǎng)的接入會(huì)提高下游線路和相鄰線路相間電流保護(hù)的靈敏度，降低下游線路和相鄰線路相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)，但對(duì)上游配電線路保護(hù)的靈敏度和可靠系數(shù)幾乎沒(méi)有影響。

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