DG接入下的配電網(wǎng)保護(hù)方案研究

金洪聲　張凱

【摘 要】分布式電源接入配電網(wǎng)后，繼電保護(hù)方案需要調(diào)整，本文考慮分布式電源容量和負(fù)荷容量相匹配，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有計(jì)劃的孤島優(yōu)化劃分；針對(duì)不同位置的故障，分析分布式電源對(duì)短路電流的影響，并合理調(diào)整保護(hù)方案?；诮K端之間對(duì)等交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的閉鎖式廣域電流保護(hù)，并使之與重合閘前加速想配合實(shí)現(xiàn)故障元件的快速切除。

【關(guān)鍵詞】分布式電源；繼電保護(hù)；孤島；廣域電流保護(hù)

中圖分類號(hào)： TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）26-0076-002

Study on Distribution Network Protection Scheme with DG Access

JIN Hong-sheng ZHANG Kai

（State Grid Zhengzhou Power Company，Zhengzhou Henan 450000，China）

【Abstract】After the distributed power supply is connected to the distribution network，the relay protection scheme needs to be adjusted.In this paper，the distributed power capacity and load capacity are considered to be matched，and the planned islanding optimization is planned during the planning and design stage.In view of the fault of different locations，Analysis of distributed power on the short-circuit current，and adjust the protection program.Real-time data based on the exchange of peer-to-peer latching wide-area current protection，and make it with the acceleration before reclosing to cooperate to achieve rapid removal of faulty components.

【Key words】Distributed power supply；Relay protection；Isolated island；Wide area current protection

配電網(wǎng)接入DG后將變成一種遍布電源和負(fù)荷的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的潮流、故障電流及結(jié)構(gòu)都發(fā)生了變化[1]。IEEE Standard 1547標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：如果故障發(fā)生在DG所在饋線，DG應(yīng)當(dāng)停止向配電網(wǎng)供電。這樣雖然能夠消除DG接入配電網(wǎng)后對(duì)保護(hù)及自動(dòng)重合閘裝置的不良影響，但難以發(fā)揮DG的作用。

目前，不少專家、學(xué)者對(duì)DG接入配網(wǎng)后保護(hù)方案的進(jìn)行了創(chuàng)新性研究[2-3]，一般分為兩類：一類是輸電網(wǎng)的保護(hù)方案應(yīng)用于配電網(wǎng)；另一類是基于目前配網(wǎng)的配置，提出保護(hù)整定的新算法，包括采用自適應(yīng)保護(hù)原理、加裝方向元件等。第一種保護(hù)方案在較高程度上依賴主站和通信網(wǎng)絡(luò)，一旦主站或者通信失效，整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)也隨之失效，況且就目前我國(guó)配網(wǎng)實(shí)際建設(shè)情況而言，若要實(shí)現(xiàn)發(fā)達(dá)可靠性的通信網(wǎng)絡(luò)，需要投入大量財(cái)力、物力，需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此，此方法在當(dāng)前并不實(shí)用。第二種方案較第一種方案具有更好的實(shí)用性，但需要關(guān)鍵在于方向元件，傳統(tǒng)方向元件需要利用電壓信息來(lái)判斷，這樣會(huì)導(dǎo)致保護(hù)接線復(fù)雜，并且存在“電壓死區(qū)”。

1 孤島優(yōu)化劃分模型

在檢測(cè)到系統(tǒng)電源發(fā)生故障后，需要切斷負(fù)荷與系統(tǒng)電源的聯(lián)系，DG通過(guò)孤島穩(wěn)定的對(duì)負(fù)荷供電。要達(dá)到此目的，需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段對(duì)孤島運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化劃分。劃分時(shí)，需根據(jù)鄭州航空港區(qū)配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DG容量和類型以及負(fù)荷情況綜合分析及合理規(guī)劃，要滿足以下兩個(gè)方面：一是確保故障時(shí)停電范圍盡可能的小，需在相鄰的兩個(gè)區(qū)域的邊界需要加裝智能開關(guān)；二是滿足孤島內(nèi)分布式電源與負(fù)荷的匹配關(guān)系。孤島優(yōu)化劃分時(shí)，從接入DG的母線開始向該分支下游延伸，直到滿足區(qū)域內(nèi)負(fù)荷與DG容量匹配為止。因此，配電網(wǎng)被劃分為兩類區(qū)域：一類是包含DG的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)應(yīng)滿足功率平衡方程，并至少配置一臺(tái)具有頻率和電壓調(diào)整能力的DG以滿足孤島運(yùn)行時(shí)調(diào)頻和調(diào)壓要求；另一類是不含DG的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷由主電源或者相鄰區(qū)域電源供電。

2 相鄰線路或下游故障的整定方案

當(dāng)分布式電源容量接入時(shí)，在相鄰線路或者下游故障時(shí)，分布式電源會(huì)向故障點(diǎn)提供故障電流，有可能造成保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)，此時(shí)，不需要改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)的硬件部分，只需對(duì)整定值進(jìn)行修正。

電流速斷保護(hù)的原整定值為：

對(duì)于分布式電源有影響的限時(shí)電流速斷保護(hù)修正為：

式中，分支系數(shù)Kb為故障線路短路電流與前一級(jí)保護(hù)所在線路短路電流之比。

3 饋線出口處到DG的線路保護(hù)方案

當(dāng)故障點(diǎn)處于饋線出口處到分布式電源之間的線路上，可能不能有效切除故障或者保護(hù)失去選擇性，需要調(diào)整配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與保護(hù)方案：在分布式電源與系統(tǒng)相連的線路的首末端裝設(shè)智能開關(guān)，該開關(guān)具有對(duì)等交換實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的智能終端單元，在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)廣域電流差動(dòng)保護(hù)。

如圖所示，當(dāng)分布式電源通過(guò)C母線接入時(shí)，需要將1處開關(guān)更換為智能開關(guān)，并在線路BC段末端加裝一個(gè)智能開關(guān)6。除了保護(hù)1、2、6之外，其余的保護(hù)均需修正整定值（考慮分布式電源的助增電流）。在系統(tǒng)側(cè)和分布式電源側(cè)的開關(guān)1、6構(gòu)成廣域電流差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)線路故障時(shí)，故障判定框圖如下：

4 多個(gè)DG接入配網(wǎng)的保護(hù)方案

當(dāng)多個(gè)分布式電源接入配網(wǎng)時(shí)，如下圖所示：

每個(gè)DG接入側(cè)均需要加裝智能開關(guān)，如智能開關(guān)3和5，并均與保護(hù)1構(gòu)成廣域電流差動(dòng)保護(hù)，動(dòng)作原理與單個(gè)大容量分布式電源接入配網(wǎng)的故障判定相同，并利用重合閘前加速進(jìn)行對(duì)永久性故障進(jìn)行有選擇性的切除。

5 結(jié)論

大量的分布式電源接入配電網(wǎng)后，將會(huì)根本改變配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使其故障后的電氣量特征發(fā)生巨大變化，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)模式難以滿足運(yùn)行安全要求。本項(xiàng)目就解決這一問(wèn)題提出了研究思路和方法，首先在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，根據(jù)分布式電源容量和負(fù)荷大小，將配電網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)孤島，以實(shí)現(xiàn)孤島內(nèi)功率平衡；然后分析分布式電源對(duì)不同位置故障的影響，合理配置保護(hù)方案：當(dāng)分布式電源下游或者相鄰線路故障時(shí)，分布式電源對(duì)故障電流起助增作用，需對(duì)保護(hù)整定值進(jìn)行修正；當(dāng)饋線出口處到DG接入處線路故障時(shí)，考慮投資成本約束，在饋線出口處、DG接入處、以及孤島區(qū)域劃分處加裝智能開關(guān)和智能終端單元，借用通信手段，靈活采用主站的集中控制和智能終端分布式智能控制方式，利用當(dāng)?shù)仉娏骱凸β史较蛐畔⒑拖噜徯畔ⅲ焖俣ㄎ还收蠀^(qū)域，實(shí)現(xiàn)分布式電源廣域電流差動(dòng)保護(hù)，并與重合閘前加速配合，實(shí)現(xiàn)故障的有選擇性的快速切除。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳寧，許揚(yáng)，陸于平.分布式發(fā)電條件下配電網(wǎng)故障區(qū)段定位新算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（14）：77-82.

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