含風(fēng)力發(fā)電的配網(wǎng)電流保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王增平，戴志輝

（華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

0 引言

常規(guī)配電網(wǎng)為了保證供電可靠性，往往是環(huán)網(wǎng)建設(shè)、開(kāi)環(huán)運(yùn)行，一般不允許長(zhǎng)期多電源環(huán)網(wǎng)供電。因此其正常運(yùn)行時(shí)主要呈輻射狀結(jié)構(gòu)，線(xiàn)路潮流單向流動(dòng)。分布式電源（DG）接入后，配網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，并產(chǎn)生了一系列亟待解決的保護(hù)問(wèn)題[1-4]，例如雙向潮流、保護(hù)靈敏度的降低或保護(hù)范圍的縮小和擴(kuò)大、保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)、線(xiàn)路故障但DG未跳開(kāi)時(shí)可能產(chǎn)生的非同期重合閘問(wèn)題。系統(tǒng)故障時(shí)迅速切除DG機(jī)組的措施雖可避免非同期重合閘和常規(guī)保護(hù)的協(xié)調(diào)問(wèn)題，但可能造成DG不必要的切除，對(duì)配電系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)不利影響。對(duì)此，目前多數(shù)文獻(xiàn)從定值整定的優(yōu)化校驗(yàn)、保護(hù)原理或邏輯的改進(jìn)、增加保護(hù)的協(xié)調(diào)配合策略、增加DG控制手段等方面進(jìn)行了大量分析。確定性方法一般考慮最可信、最嚴(yán)重的情況，對(duì)于之前未予考慮的情形，這樣的原則往往會(huì)表現(xiàn)出一些不足。尤其在復(fù)雜配網(wǎng)中，隨著DG的接入，電流保護(hù)需要考慮的可能情況增加，確定性分析方法的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮，甚至可能顧此失彼。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率及其造成的影響和損失進(jìn)行量化分析的工作，是確定性分析方法和概率分析方法的延伸。其主要任務(wù)包括識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)、評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)概率和可能帶來(lái)的負(fù)面影響、確定對(duì)象承受風(fēng)險(xiǎn)的能力等[5]。電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估已經(jīng)取得很多成果[6-7]，部分研究也考慮了繼電保護(hù)因素，但保護(hù)可靠性模型還較粗糙。而專(zhuān)門(mén)針對(duì)繼電保護(hù)可靠性的研究主要集中在系統(tǒng)軟硬件、保護(hù)系統(tǒng)最優(yōu)檢修周期[8-10]，以及與電網(wǎng)運(yùn)行方式相關(guān)性較大的保護(hù)原理、配置方案及離線(xiàn)整定的定值引起的失效、隱性故障及其對(duì)電網(wǎng)安全的影響等方面[11-13]。目前，專(zhuān)門(mén)針對(duì)繼電保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究[14-15]還較少。究其原因，一是輸電系統(tǒng)中繼電保護(hù)的高可靠性及保護(hù)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題本身的復(fù)雜性；二是保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，如何準(zhǔn)確衡量失效后果，如保護(hù)系統(tǒng)對(duì)一次系統(tǒng)的影響還缺乏共識(shí)。此外，傳統(tǒng)可靠性評(píng)估中使用的設(shè)備狀態(tài)概率是通過(guò)長(zhǎng)期的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的期望值，是平穩(wěn)狀態(tài)概率。而運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更多地需要面向調(diào)度，它的時(shí)間尺度短，應(yīng)具有一定的時(shí)效性，考慮設(shè)備的實(shí)時(shí)變化及系統(tǒng)運(yùn)行工況的影響。

在DG引入配電網(wǎng)后，常規(guī)電流保護(hù)已非十分“可靠”，而風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的多數(shù)特點(diǎn)正適合于分析DG引入配網(wǎng)后給繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)的影響。本文結(jié)合風(fēng)力發(fā)電等DG的隨機(jī)性特點(diǎn)，從概率和風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，通過(guò)利用非確定性方法分析既有電流保護(hù)的可靠運(yùn)行能力，對(duì)改善復(fù)雜配網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行有益嘗試。

1 風(fēng)險(xiǎn)定義及保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估構(gòu)成

電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，廣泛使用的風(fēng)險(xiǎn)定義如下所示：

其中，Xt，f為t時(shí)刻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可通過(guò)最近一次狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果及狀態(tài)估計(jì)時(shí)刻到t時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)的變化情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，其受諸多因素影響，如系統(tǒng)規(guī)模、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電源和負(fù)荷的分布情況、保護(hù)與控制策略、天氣及環(huán)境等；Xt，j為第j種可能的系統(tǒng)狀態(tài)；Ei為第 i個(gè)事件，其發(fā)生的概率表示為 P（Ei）；S（Ei，Xt，j）表示在第 j種系統(tǒng)狀態(tài)下發(fā)生第 i個(gè)事件的后果，可由過(guò)負(fù)荷、低電壓等表征。

不難看出以下2點(diǎn)：

a.建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型時(shí)需要考慮的因素很多，如系統(tǒng)參數(shù)、元件失效和恢復(fù)過(guò)程、負(fù)荷的隨機(jī)性、氣候條件的影響等，但對(duì)于繼電保護(hù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，將這些因素全部考慮在一個(gè)模型中既不現(xiàn)實(shí)、也無(wú)必要；

b.運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是從現(xiàn)在時(shí)刻的電網(wǎng)和保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)出發(fā)，預(yù)測(cè)最近時(shí)段內(nèi)遭遇失效的可能性及其嚴(yán)重程度，因此，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的掌握和理解是提高評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性的基本要求和重要保障，對(duì)于含DG的配電網(wǎng)而言，隨著DG的接入，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、元件更多、運(yùn)行或故障中呈現(xiàn)的狀態(tài)更難確定，及時(shí)、準(zhǔn)確、同步地采集復(fù)雜配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息對(duì)后續(xù)分析至關(guān)重要。

綜上分析，本文首先給出配網(wǎng)保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的框架，包含以下4個(gè)環(huán)節(jié)：保護(hù)系統(tǒng)可靠性模型及相關(guān)概率的求解；不同失效的后果及其嚴(yán)重程度的評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及其計(jì)算；合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程。具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 電流保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估構(gòu)成框圖Fig.1 Block diagram of risk assessment composition for current protection system

2 電流保護(hù)失效概率模型

本節(jié)綜合考慮保護(hù)特性、保護(hù)定值及一次系統(tǒng)運(yùn)行狀況，采用非確定性分析方法建立電流保護(hù)元件的瞬時(shí)失效概率模型，定量反映保護(hù)動(dòng)作特性與特定故障或運(yùn)行狀態(tài)的匹配程度[16]，為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供概率信息。

2.1 電流保護(hù)的瞬時(shí)不啟動(dòng)概率

繼電保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)采集電壓、電流等模擬量及少數(shù)開(kāi)關(guān)量信息進(jìn)行故障區(qū)域或不正常運(yùn)行狀態(tài)的判別，為了對(duì)其失效的可能性進(jìn)行定量分析，應(yīng)盡可能地貼近保護(hù)實(shí)際，加之更關(guān)注其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，因此風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)據(jù)來(lái)源也是實(shí)時(shí)測(cè)量到的電壓、電流量（對(duì)于電流保護(hù)而言是電流量），而風(fēng)電接入對(duì)于電流保護(hù)的影響，最終也應(yīng)反映在接入保護(hù)系統(tǒng)的電流模擬量及其蘊(yùn)含的方向等信息中。

以電流保護(hù)特性曲線(xiàn)為參考邊界，根據(jù)定值和實(shí)測(cè)的電流特征量，可計(jì)算保護(hù)元件的運(yùn)行失效概率。由于三段式電流保護(hù)的判據(jù)一般采用幅值比較，因此，選取保護(hù)測(cè)量電流的大小和由保護(hù)定值確定的最小、最大及邊界啟動(dòng)概率參照點(diǎn)，結(jié)合保護(hù)特性確定其瞬時(shí)不啟動(dòng)概率。

具體地，其I段瞬時(shí)不啟動(dòng)概率pIref按如下原則計(jì)算。

a.當(dāng)保護(hù)測(cè)量的全電流 Im（t）滿(mǎn)足 Im（t）＞IImax時(shí)，不啟動(dòng)概率最小，記為 P′J.min，其值可取為 0。IImax稱(chēng)為I段上限電流，其值可取1.3倍的電流保護(hù)I段定值IIset。

b.當(dāng) Im（t）＜IImin時(shí)，不啟動(dòng)概率最大，記為 P′J.max，其值可取1。IImin為最大運(yùn)行方式下本線(xiàn)路末端發(fā)生各種短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流，稱(chēng)為下限電流。

c.當(dāng) Im（t）=IIset時(shí)，不啟動(dòng)概率記為 P′J.mid，可取值0.5。

I段不啟動(dòng)概率可按式（2）計(jì)算，其不啟動(dòng)的概率分布如圖2所示。

圖2 I段運(yùn)行不啟動(dòng)概率分布Fig.2 Probability distribution of fail-to-operate of zone I

Ⅱ段、Ⅲ段瞬時(shí)不啟動(dòng)概率 pⅡref、pⅢref的計(jì)算思路同I段。電流保護(hù)Ⅱ段的瞬時(shí)不啟動(dòng)概率對(duì)應(yīng)的邊界確定：下限電流取最大運(yùn)行方式下相鄰下級(jí)線(xiàn)路Ⅰ段保護(hù)范圍末端發(fā)生各種短路時(shí)流過(guò)保護(hù)的最大電流；上限電流取1.3倍的Ⅱ段定值。Ⅲ段的瞬時(shí)不啟動(dòng)概率對(duì)應(yīng)的上限電流和下限電流分別按最大負(fù)荷電流或Ⅲ段定值的1.3倍、70%選取。

2.2 電流保護(hù)的瞬時(shí)誤動(dòng)概率

誤動(dòng)概率是指區(qū)內(nèi)無(wú)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的概率，或相鄰設(shè)備故障且其保護(hù)未拒動(dòng)的情況下，本設(shè)備保護(hù)動(dòng)作的概率。它表征了在某一系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和保護(hù)定值情況下，保護(hù)誤動(dòng)的可能性[16]。對(duì)于三段式電流保護(hù)，每段也各有一個(gè)對(duì)應(yīng)的誤動(dòng)概率：pⅠw（j）、pⅡw（j）和 pⅢw（j）。各誤動(dòng)概率求解如下。

Ⅰ段：電流保護(hù)Ⅰ段在被保護(hù)線(xiàn)路的第j條相鄰（不考慮方向元件；若有方向元件則為相鄰下一級(jí)）線(xiàn)路短路且其電流保護(hù)未拒動(dòng)情況下動(dòng)作屬于誤動(dòng)，其概率如式（3）所示。

其中，pⅠref.j、pⅡref.j、pⅢref.j為第 j條相鄰線(xiàn)路保護(hù)各段的不啟動(dòng)概率；pⅠref.i表示本保護(hù)（保護(hù)i）Ⅰ段的不啟動(dòng)概率。

Ⅱ段：其動(dòng)作時(shí)間大于被保護(hù)線(xiàn)路及其第j條相鄰線(xiàn)路Ⅰ段的動(dòng)作時(shí)間，只有在后2段保護(hù)拒動(dòng)的情況下啟動(dòng)才能動(dòng)作于跳閘，且只有當(dāng)?shù)趈條相鄰線(xiàn)路的Ⅱ、Ⅲ段不同時(shí)拒動(dòng)，被保護(hù)線(xiàn)路的電流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作才為誤動(dòng)，其概率如式（4）所示。

Ⅲ段：考慮系統(tǒng)無(wú)故障情況下由于風(fēng)力電源等因素導(dǎo)致的誤動(dòng)或Ⅲ段時(shí)間定值低的鄰線(xiàn)故障時(shí)本保護(hù)Ⅲ段的誤動(dòng)，誤動(dòng)概率按式（5）計(jì)算。

其中，pⅢref.ij=pIref.jpⅡref.jpⅢref.jpIref.ipⅡref.i，pⅡref.i為本保護(hù)（保護(hù) i）Ⅱ段的不啟動(dòng)概率；Im為當(dāng)前保護(hù)的電流測(cè)量值；IⅢset為保護(hù)Ⅲ段定值。當(dāng)本保護(hù)無(wú)相鄰線(xiàn)或相鄰線(xiàn)測(cè)量電流為0的時(shí)候，取消不啟動(dòng)概率相關(guān)的限制項(xiàng)，即pⅢref.ij（2-pⅡref.jpⅢref.j）。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)

有了概率信息，在確定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)之前還需確定能反映保護(hù)失效后果的嚴(yán)重程度的量度。

目前電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的后果函數(shù)一般同時(shí)反映事故和負(fù)荷條件，應(yīng)用的指標(biāo)體系主要有適用于系統(tǒng)充裕性評(píng)估的指標(biāo)及適用于系統(tǒng)安全性評(píng)估的指標(biāo)，如電量不足期望值（EENS）、負(fù)荷切除期望值（ELC）、平均穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間（MTTIS）等。這些指標(biāo)可在一定程度上反映系統(tǒng)或者元件的運(yùn)行狀況，但它們面向的是一次系統(tǒng)，多是對(duì)其所有故障行為的一種綜合統(tǒng)計(jì)，常用于規(guī)劃，并不完全適合于從運(yùn)行的角度評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，更不完全適合作為保護(hù)失效后果的量度。針對(duì)電力系統(tǒng)安全性問(wèn)題，還有一些其他的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)。如EPRI提出的PRI（Probabilistic Reliability Index）評(píng)價(jià)指標(biāo)，其定義為事故概率與受損程度的乘積，受損程度分別采用過(guò)負(fù)荷、電壓越界、電壓穩(wěn)定性及甩負(fù)荷表征，并形成相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前電力系統(tǒng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，一般采用上述幾種指標(biāo)，或進(jìn)一步考慮頻率異常等，它們重點(diǎn)考慮事故對(duì)一次系統(tǒng)所有可能的影響，因此務(wù)必全面。但面向保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，其失效后果的量度應(yīng)結(jié)合保護(hù)失效的特點(diǎn)，盡可能避免引入非直接源于保護(hù)失效的受損，以降低風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的復(fù)雜度和誤差。

因此，本文從負(fù)荷孤立、電源孤立、電網(wǎng)解列3個(gè)方面出發(fā)，從負(fù)荷損失的角度描述保護(hù)系統(tǒng)失效造成的后果。并由此定義了電流保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的2個(gè)指標(biāo)，以綜合衡量保護(hù)失效的可能性和后果。

a.絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo) ARI（Absolute Risk Index）。

其中，I1為第m個(gè)電流保護(hù)系統(tǒng)的失效模式（拒動(dòng)和誤動(dòng)）集合；Pi和Si分別為第i種失效模式的發(fā)生概率與相應(yīng)的損失負(fù)荷量。

絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)反映了一個(gè)電流保護(hù)系統(tǒng)失效造成負(fù)荷損失的期望值，單位與功率單位一致。負(fù)荷損失主要包括由于保護(hù)動(dòng)作使得進(jìn)線(xiàn)開(kāi)斷導(dǎo)致被孤立的負(fù)荷；由于出線(xiàn)開(kāi)斷導(dǎo)致被孤立的電源；由于系統(tǒng)解列并形成孤島運(yùn)行狀態(tài)、DG由其防孤島保護(hù)跳開(kāi)而損失的負(fù)荷。

b.風(fēng)險(xiǎn)重要度指標(biāo) RII（Risk Importance Index）。

其中，I2為待評(píng)估電流保護(hù)系統(tǒng)的集合。

該歸一化指標(biāo)反映的是待評(píng)估保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)嚴(yán)重程度，可直接用于各保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)比和排序。

4 繼電保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

電流保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)可根據(jù)需要進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)、采用電流突變量等啟動(dòng)元件啟動(dòng)或特征信息啟動(dòng)，如開(kāi)關(guān)變位信息、跳閘信號(hào)、DG的接入/退出信息、主電源供電中斷信息等。

評(píng)估流程上，本文將保護(hù)失效計(jì)算和相關(guān)一次系統(tǒng)計(jì)算相結(jié)合，分別在不同模塊中實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)計(jì)算周期內(nèi)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，遍歷待評(píng)估保護(hù)系統(tǒng)集合，重復(fù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的計(jì)算過(guò)程，即得所有保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。

對(duì)于任一評(píng)估對(duì)象，其風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算過(guò)程如圖3所示。根據(jù)失效概率模型求得待評(píng)估保護(hù)的失效概率后，分誤動(dòng)和拒動(dòng)分別進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：待評(píng)估保護(hù)以一定概率誤動(dòng)后切除其所在線(xiàn)路進(jìn)行N-1分析，確定由此造成的負(fù)荷損失，可求得誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；保護(hù)以一定概率拒動(dòng)后，由其遠(yuǎn)后備保護(hù)切除故障雖屬遠(yuǎn)后備正確動(dòng)作，但擴(kuò)大了事故范圍，故計(jì)算遠(yuǎn)后備動(dòng)作概率及其動(dòng)作后損失的負(fù)荷。最后，綜合誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)和拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)即得該保護(hù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

在評(píng)估結(jié)果的利用方面，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)能反映各電流保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)嚴(yán)重程度，較之只關(guān)注概率值不會(huì)忽視那些發(fā)生概率低但后果嚴(yán)重的事件；對(duì)于具有相同風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的事件，為了區(qū)別高概率-低損失事件和低概率-高損失事件之間的相對(duì)重要性，遵循不僅看風(fēng)險(xiǎn)而且看后果的原則。例如，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，一個(gè)發(fā)生概率為0.001、失負(fù)荷量為100 MW的事件與一個(gè)概率為0.01、失負(fù)荷量為10 MW的事件具有相同的風(fēng)險(xiǎn)值，但是從風(fēng)險(xiǎn)壓力的角度來(lái)看，顯然前者更易受到重視。

圖3 保護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程Fig.3 Flowchart of risk assessment for protection system

5 算例分析

采用圖4所示某10 kV配電網(wǎng)為例驗(yàn)證算法的有效性。其中，架空線(xiàn)路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-120，長(zhǎng)度分別為 lAB=15 km，lAC=10 km，lBD=10 km，lCE=12 km，lEF=8 km；系統(tǒng)A最大、最小運(yùn)行方式下等值阻抗分別為 ZA.min=0.09∠80°Ω 和 ZA.max=0.13∠80°Ω；各線(xiàn)路最大負(fù)荷電流為200 A，BD線(xiàn)路的負(fù)荷為5 MW，EF線(xiàn)路的負(fù)荷為4 MW。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量為100 MV·A。

雙饋風(fēng)電機(jī)組額定功率3 MW，通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)接入10 kV母線(xiàn)。風(fēng)力機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)為4.54 s，額定運(yùn)行風(fēng)速為11 m/s?；鶞?zhǔn)值下發(fā)電機(jī)組定、轉(zhuǎn)子電阻為0.11 p.u.，定、轉(zhuǎn)子電抗為1.48 p.u.，發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)為0.5 s，極對(duì)數(shù)為3。

圖4 系統(tǒng)拓?fù)銯ig.4 System topology

各線(xiàn)路電流保護(hù)各段定值分別按如下原則整定。Ⅰ段：躲本線(xiàn)路末端三相短路最大電流，可靠系數(shù)取1.3。Ⅱ段：與相鄰線(xiàn)路保護(hù)的速動(dòng)段/延時(shí)段配合；保證線(xiàn)路末端故障靈敏度不小于1.3。Ⅲ段：躲本線(xiàn)路最大負(fù)荷電流，返回系數(shù)0.9；相鄰線(xiàn)路末端故障靈敏度1.3。其中線(xiàn)路BD和EF只配置過(guò)電流保護(hù)。各電流保護(hù)定值：I1Ⅰ.set=1219.6 A，IⅠ3.set=1815.2 A，IⅠ4.set=834.6 A；IⅡ1.set=625 A，IⅡ3.set=930.2 A；IⅢ1.set=236 A，IⅢ3.set=260 A，IⅢ4.set=223 A，IⅢ2.set=IⅢ5.set=266.7 A。

配網(wǎng)故障時(shí)，若考慮風(fēng)電機(jī)組滿(mǎn)足條件（機(jī)組失穩(wěn)、低壓穿越能力等）后脫網(wǎng)，則脫網(wǎng)時(shí)間越小，對(duì)常規(guī)保護(hù)產(chǎn)生的影響可能越低。例如脫網(wǎng)時(shí)間小于保護(hù)Ⅲ段時(shí)間則對(duì)保護(hù)Ⅲ段的影響較低。為分析全面，后續(xù)假設(shè)脫網(wǎng)時(shí)間大于電流保護(hù)Ⅲ段時(shí)間定值。暫不考慮重合閘作用，進(jìn)行如下分析。

（1）風(fēng)電機(jī)組退出或投入、系統(tǒng)正常運(yùn)行、保護(hù)定值不變的情況下，求得該系統(tǒng)中電流保護(hù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為0。

（2）EF線(xiàn)路中點(diǎn)發(fā)生金屬性相間故障，各電流保護(hù)的測(cè)量電流及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)如表1所示。其中，EF線(xiàn)路只配置了過(guò)流保護(hù)5，根據(jù)概率模型求得風(fēng)險(xiǎn)為0，與其能正確切除故障相符合。保護(hù)3、4的誤動(dòng)概率均為0，它們的Ⅲ段除在系統(tǒng)A處于大方式下的不啟動(dòng)概率為0.875外，其他情況各段不啟動(dòng)概率均為1、但遠(yuǎn)后備保護(hù)動(dòng)作的概率為0，故風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為0。保護(hù)1、2的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)也為0。

表1 EF線(xiàn)路中點(diǎn)故障時(shí)各保護(hù)測(cè)量電流及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)Tab.1 Current measurements and operational risk of protections when fault occurs in middle of line EF

系統(tǒng)A為最小運(yùn)行方式下，當(dāng)EF線(xiàn)路中點(diǎn)經(jīng)5Ω過(guò)渡電阻發(fā)生相間故障時(shí)，AC、CE線(xiàn)路電流降為116.9A，EF線(xiàn)路電流1 162.9 A，仍能保證其保護(hù)可靠動(dòng)作。各保護(hù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)值同表1。

（3）其他2種不同地點(diǎn)、不同故障類(lèi)型對(duì)應(yīng)的各保護(hù)測(cè)量電流及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)如表2所示。其中，BD線(xiàn)路中點(diǎn)發(fā)生金屬性相間故障時(shí)，保護(hù)2的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為0。根據(jù)式（5）求得保護(hù)1的Ⅲ段誤動(dòng)概率為0；保護(hù)1的Ⅱ段（若配置）在系統(tǒng)A為大方式（小方式）下不啟動(dòng)概率為0.849（0.973），Ⅱ段存在以極小概率誤動(dòng)的可能，結(jié)合式（4）、式（6）求得保護(hù) 1的絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為0.76（0.135）MW。將風(fēng)電機(jī)組退出，重新計(jì)算上述指標(biāo)，結(jié)果接近相等，故該保護(hù)失效的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源并非風(fēng)電機(jī)組的接入，但風(fēng)電機(jī)組可能影響部分保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏度，且不全是消極的。若保護(hù)1的Ⅱ段時(shí)間定值較保護(hù)2的過(guò)流保護(hù)時(shí)間定值長(zhǎng)（保護(hù)2只配過(guò)流保護(hù)），則保護(hù)1的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為0。保護(hù)3、4的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果均為0，即無(wú)需方向元件它們也不會(huì)誤動(dòng)。

表2 不同故障時(shí)各保護(hù)測(cè)量電流及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)Tab.2 Current measurements and operational risk of protections for different faults

當(dāng)BD線(xiàn)路中點(diǎn)發(fā)生經(jīng)25 Ω過(guò)渡電阻的相間故障時(shí)，系統(tǒng)A大方式（小方式）下，流經(jīng)AB、BD線(xiàn)路的短路電流為 258.8（248.9）A，流經(jīng) AC、CE 線(xiàn)路的電流為58（82）A。各保護(hù)的誤動(dòng)概率為0。但是，保護(hù)2的拒動(dòng)概率為0.56（0.62），保護(hù)1作為遠(yuǎn)后備會(huì)以概率0.65（0.61）切除此故障，雖然是遠(yuǎn)后備保護(hù)的正確動(dòng)作，但擴(kuò)大了停電范圍，因此計(jì)算保護(hù)2的拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)為1.82（1.89）MW。

另外不難發(fā)現(xiàn)，由于DG的接入，不同短路點(diǎn)故障時(shí)，系統(tǒng)A最大運(yùn)行方式下，有些保護(hù)的測(cè)量電流未必大于其在系統(tǒng)A處于最小運(yùn)行方式下的測(cè)量電流，與輻射狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)特征不一致，也是保護(hù)優(yōu)化時(shí)不能忽略的因素。

（4）系統(tǒng)A為最小運(yùn)行方式下，當(dāng)AB線(xiàn)路A側(cè)出口發(fā)生三相短路時(shí)，流經(jīng)AC、CE線(xiàn)路的電流為566.7 A，若Ⅲ段時(shí)間定值以保護(hù)5為起點(diǎn)按照階梯原則配合，取消不啟動(dòng)概率相關(guān)的限制項(xiàng)按式（5）求得保護(hù)4的過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)概率為1，絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為4 MW，風(fēng)電機(jī)組導(dǎo)致過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)是風(fēng)險(xiǎn)的主要來(lái)源。按式（5）求得保護(hù)3的誤動(dòng)概率為0。這種情況體現(xiàn)了時(shí)間定值對(duì)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響，本例中其他條件接近的情況下，動(dòng)作時(shí)間小的過(guò)流保護(hù)具有更高的誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

由上述分析可知：

a.系統(tǒng)故障會(huì)加劇DG對(duì)配網(wǎng)電流保護(hù)的影響，系統(tǒng)運(yùn)行方式、故障位置、故障類(lèi)型、過(guò)渡電阻及過(guò)流保護(hù)的定值都可能成為影響因素，科學(xué)的保護(hù)配置、定值整定校驗(yàn)和協(xié)調(diào)策略對(duì)于復(fù)雜配網(wǎng)意義重大；

b.分析表明靠近故障點(diǎn)的保護(hù)一般具有更高的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可靠的方向元件對(duì)于降低DG對(duì)電流保護(hù)的影響具有一定的積極意義；

c.DG容量和系統(tǒng)容量的相對(duì)大?。ò◤谋Ｗo(hù)的角度權(quán)衡限制DG接入容量的利弊）、DG并網(wǎng)模式等也應(yīng)作為優(yōu)化保護(hù)時(shí)要考慮的因素。

對(duì)于配網(wǎng)管理人員而言，保護(hù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)具有以下參考意義：

a.風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)能間接反映系統(tǒng)運(yùn)行方式、系統(tǒng)故障時(shí)DG對(duì)電流保護(hù)的影響等因素，是保護(hù)原理與特定故障或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)匹配程度的定量表示，可能利用其發(fā)現(xiàn)一些常規(guī)系統(tǒng)難以反映的問(wèn)題；

b.風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)為保護(hù)系統(tǒng)的監(jiān)控、分析提供冗余信息，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)數(shù)值高的保護(hù)需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)并采取相應(yīng)措施保證其可靠運(yùn)行，指標(biāo)亦可作為保護(hù)定值在線(xiàn)校驗(yàn)系統(tǒng)的冗余信息或啟動(dòng)信息之一。

6 結(jié)論

電流保護(hù)受系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素的影響較大，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在以一定概率誤動(dòng)或拒動(dòng)的可能。隨著配電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電等DG形式的介入，這種隨機(jī)性特征更加明顯。電流保護(hù)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型體現(xiàn)了保護(hù)特性、保護(hù)定值及包含DG的配網(wǎng)運(yùn)行狀況，可定量計(jì)算短期內(nèi)電流保護(hù)的拒動(dòng)和誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，也可作為監(jiān)測(cè)保護(hù)運(yùn)行的參考手段，幫助找出既有保護(hù)可能存在的問(wèn)題，為評(píng)估和提高含DG的配電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠運(yùn)行能力提供參考信息。