柳想 王芳祿
摘要:階段式電流保護常用于配電網(wǎng)繼電保護中,但分布式電源接入配電網(wǎng)后,會改變其短路電流大小及方向,導致保護誤動拒動等。以ETAP軟件為平臺搭建含光伏電源的10 kV配電網(wǎng)模型,研究一定容量的光伏電源接入后對傳統(tǒng)電流速斷保護及反時限過電流保護動作配合的影響,并在不改變原有保護方案的基礎上,仿真并驗證限制光伏電源接入容量的保護策略。
關鍵詞:光伏電源;ETAP軟件;配電網(wǎng)保護;影響
中圖分類號:TM615? ? 文獻標識碼:A? ? 文章編號:1674-1161(2020)05-0037-04
分布式光伏發(fā)電具有不會對空氣造成污染、有太陽就能發(fā)電等優(yōu)點,已成為重要的可再生能源之一。但是光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)后,當線路發(fā)生故障時會改變短路電流的大小及方向,從而對配電網(wǎng)原有繼電保護的正常運行造成影響。隨著計算機仿真技術的發(fā)展,越來越多的軟件可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護計算及仿真。本課題利用ETAP 12.6.0建立光伏電源接入10 kV配電網(wǎng)的模型,對含光伏電源的配電網(wǎng)進行較為精確的仿真分析。
1 光伏電源接入對配電網(wǎng)保護的影響
1.1 仿真系統(tǒng)模型及參數(shù)
利用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP(Enterprise Software Solutions for Electrical Power Systems)對分布式光伏電源并入配電網(wǎng)進行建模仿真分析。結合東北電網(wǎng)具體情況,設計10 kV典型配電網(wǎng)仿真模型(如圖1所示)。
由圖1可以看出:該10 kV配電網(wǎng)仿真模型由兩線饋線組成,母線Bus3和母線Bus5分別位于饋線末端,直接與負荷相連。將等效電網(wǎng)系統(tǒng)容量設置為100 MVA,X/R設置為20,ETAP軟件直接計算出等效電網(wǎng)短路阻抗的正序阻抗、負序阻抗、零序阻抗數(shù)值。傳輸線Line的導體類型為AAAC,阻抗值為0.859 Ω/km,AB線路長2.641 km,BC線路長1.497 km,DE線路長2.815 km,EF線路長1.000 km。
繼電器Realy1~Relay4均選用ALSTOM的P121模型。電流互感器的變比均為2500/5。Iset′為電流速斷保護的整定值,t′為電流速斷保護的動作時間(0 s);Iset′′′為反時限過電流保護的整定值,t′′′為其動作時間,動作時限滿足逐級配合關系。具體參數(shù)設置見表1。
ETAP軟件的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列和逆變器構成。根據(jù)實際太陽能電池陣列輸出的總功率,配置不同串并聯(lián)型式的光伏電池組合。設置光伏電源PVA1的容量為10.7 MW,逆變器直流額定電壓為220 V,將其通過BC線路上H點接入配電網(wǎng)。
1.2 不同線路故障時光伏電源對保護的影響
1.2.1 當BC線路末端K1點短路 如圖2所示,當BC線路上K1點發(fā)生三相短路故障時,流過保護Relay1的短路電流雖然僅由系統(tǒng)電源提供,但由于光伏電源的汲流作用,導致流過Relay1的短路電流值減小。由仿真結果可知,此時流過Relay1的短路電流為0. 685 kA,電流速斷保護不會動作,過電流保護也不會動作。而仿真PVA1未接入配電網(wǎng)時K1點短路時的故障電流情況,流過Relay1的短路電流為1.217 kA。說明光伏電源的接入使得流過Relay1的短路電流明顯減小,嚴重時Relay1甚至會拒動。
1.2.2 當AB線路中間位置K2點短路 如圖3所示,在PVA1的容量與接入點均不變的情況下,當AB線路上K2點發(fā)生三相短路故障時,Relay2與Relay1的電流速斷保護同時動作。流過Relay2的短路電流僅由系統(tǒng)電源提供,其并未受到光伏電源的影響,所以Relay2的電流速斷保護能夠正確動作。而此時光伏電源對Relay1提供了2.400 kA的反向故障電流,達到了Relay1電流速斷保護的整定值,所以Relay1與Relay2的電流速斷保護同時動作。說明光伏電源的接入導致保護Relay1誤動作。
1.2.3 當DE線路首端K3點短路 如圖4所示,在PVA1的容量與接入點位置均不變的情況下,當其他分支DE線路首端K3點發(fā)生短路故障時,流過Relay3的短路電流僅由系統(tǒng)電源流向故障點的電流所提供,所以Relay3的電流速斷保護能夠正常運行,切除故障。而此時在光伏電源的作用下,流過Relay1的反向故障電流突然增大,達到Relay1的電流速斷保護整定值,所以其電流速斷保護動作,使保護失去了可靠性。
2 改進方法
由以上分析可知,光伏電源接入配電網(wǎng)會使傳統(tǒng)電流保護發(fā)生拒動或誤動。在不改變原有電流保護方案的前提下,可以通過限制配電網(wǎng)中光伏電源接入容量來保證繼電保護裝置的可靠動作。為此,針對光伏電源接入后DE線路上K3點發(fā)生短路故障時的具體情況,仿真驗證減小光伏電源接入容量的保護策略。
DE線路上K3點發(fā)生短路故障時,PVA1提供的流過Relay1與Relay2的反向短路電流相同,而保護裝置越靠近線路末端,保護的整定值越小,保護越容易誤動,因此只需要考慮Relay1的動作情況即可。并且PVA1對流過Relay3的電流具有助增作用。K3點發(fā)生短路故障時,流過Relay1的短路電流值為IK3,其電流速斷保護整定值為Iset1′,只有當IK3 取原光伏電源容量的一半,將5.3 MW的光伏電源接入線路進行仿真驗證。首先將PVA1容量設置為5.3 MW,其他元件參數(shù)不變,再將PVA1接入原來的位置。如圖5所示,此時Relay3的電流速斷保護動作,切除故障。光伏電源提供的助增電流為1.100 kA,流過Relay1的短路電流值并未達到Relay1的電流速斷保護整定值,故Relay1不動作。繼電保護恢復了快速、準確動作,保護正常運行。 減少光伏電源的接入容量后,線路上發(fā)生三相短路故障時PVA1所提供的短路電流相應減小,未達到Relay1的電流速斷保護整定值,所以其不動作。而Relay3的電流速斷保護在t=0 s時動作,如果Relay3的電流速斷保護拒動,則由其反時限過電流保護在t=0.482 s時動作,切除故障,保護仍然可以可靠動作??梢?,接入配電網(wǎng)的光伏電源的容量是影響保護裝置正常運行的重要因素之一。接入光伏電源的容量越大,線路上發(fā)生故障時由其提供的短路電流越大,保護裝置誤動作的風險也就越大。因此,適當限制光伏電源的接入容量,可以有效解決故障電流對保護裝置的影響。 3 結論 采用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP建立典型的配電網(wǎng)模型,對10.7 MW的光伏電源PVA1接入線路上同一位置而不同線路發(fā)生故障時光伏電源對短路電流的影響進行仿真。當故障發(fā)生在光伏電源接入點上游時,故障點距其接入點越近,其提供的短路電流越大,保護裝置越容易誤動。光伏電源接入配電網(wǎng)的容量越大,其對短路電流的影響越大,當其容量足夠大時,會引起保護誤動和拒動,對配電網(wǎng)帶來危害。以K3點短路時光伏電源對保護裝置的具體影響情況為例,在不改變原有保護方案的前提下,仿真驗證了限制光伏電源接入容量的保護策略,避免了保護誤動作,并且未對原有配電網(wǎng)保護做出改動,經濟性較好,是一種相對優(yōu)化的方案。 參考文獻 [1] 商春雷.含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護技術研究[D].青島:山東科技大學,2018. [2] 于淼,湯亞芳,黃亦欣,等.雙饋風機控制方式對繼電保護影響的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2020,48(2):180-187. [3] 王震.分布式光伏對配電網(wǎng)的影響及應對措施[J].通信電源技術,2019,36(12):246-247. [4] 梁波,王旭東,馮延坤.分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響及應對措施[J].電世界,2019,60(12):9-13.(下轉第43頁)