分布式電源在配網保護中的作用和改進

引言

分布式電源在接入配電系統(tǒng)后，改變了系統(tǒng)原有的結構和接線方式，由單電源供電變?yōu)閮啥斯╇娀蚨?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電源">電源供電，增加了支路數量，系統(tǒng)故障情況變得復雜。當系統(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行分析，分析了分布式發(fā)電對配網保護的影響并提出相應的改進措施。

為彌補大電網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中的，功率為10 kW～30 MW 的小型輔助電源，包括風能、太陽能及生物能源發(fā)電等多種多樣的發(fā)電形式。當故障發(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配置方式，影響保護的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性，引起保護和重合閘裝置的拒動和誤動。本文對各種故障情況進行分析，進行仿真予以驗證并提出相關改進措施。

1 分布式電源自身的保護要求

接入配電網的DG 主要包括風電、太陽能發(fā)電、生物發(fā)電、燃料電池和家用小型發(fā)電機等。其種類可以分為三種，分別為同步發(fā)電機、異步發(fā)電機和DC - AC 逆變型電源(經電力電子器件連接到電網)。

同步發(fā)電機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)電機的參數。同步發(fā)電機在發(fā)生故障時能夠輸出很高的短路電流，數值上能夠達到額定電流的3 倍，并且維持很長一段時間。

異步發(fā)電機直接連入系統(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部控制方式的響應不同而衰減周期不同，逆變型電源一般會裝設欠電壓保護，當電壓過低時自動切斷與電網聯系，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來說，既要考慮到發(fā)電機自身可能造成的故障，又要考慮到由于配網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內部故障而需設置負荷不對稱保護、欠電壓保護、過電壓保護、頻率保護以及零序過電壓保護等。

2 分布式發(fā)電對電流保護的影響

在如圖1所示配電網模型中，假設配電網中設置三段式電流保護，并且整定值都是在分布式電源接入之前設置好的。假設潰線2 末端母線C 上接入了分布式電源Sg。

(1)當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1 的靈敏性和可靠性。此時保護1 能夠準確動作，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2的誤動作，擴大了停電范圍。

(2)當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3 產生影響，保護3 能夠準確動作，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，由于功率和負荷相差懸殊，有可能會因為電壓急劇降低而造成電網崩潰。所以在這種情況下，需要在母線C 左側也裝設斷路器，并由保護3 引發(fā)動作信號，在故障時同時動作以切除故障。

(3)當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3、保護4 和保護6，如果此時短路電流足夠大就會引起保護3 和保護4 的誤動作。