分布式电源对配电网保护整定计算的影响

分布式电源对配电网保护整定计算的影响
摘要：随着我国经济的飞速发展，化石能源日益短缺的现状愈发明显。

大量使
用化石能源发电会造成严重的环境污染。

在低碳经济与清洁电网理念的带动下，
以太阳能、风能等为主的清洁能源在发电技术上得到了广泛应用。

但是大量分布
式电源接人配电网可能会改变系统潮流方向，对配电网传统的过流保护产生严重
的影响，可能会造成保护灵敏性降低、误动或者拒动，严重影响了配电网的安全
稳定运行。

分布式电源(Distributed Generation，DG)可以有效地利用再生能源，节
省输变电投资，提高供电可靠性。

因此分布式电源得到了快速发展，在中低压配
电网中得到广泛应用。

然而，其接人对原有配电网的运行带来了多方面的影响，
给传统继电保护带来了诸多问题。

目前传统的配电网保护是按照单电源、辐射式
结构而设计的，广泛采用的配置是三段式电流保护，即:瞬时电流速断、限时限电
流速断和定时限过电流保护。

DG的接人改变了传统的单电源辐射式结构，网络
会遍布电源，潮流不再是单向的由变电所母线流向负载。

从而使得传统的三段式
电流保护不能适应于含DG的配电网中。

关键词：分布式电源；配电网；保护；分析
引言：以太阳能发电、风力发电、小型燃气轮机、燃料电池等为代表的分布
式电源（DistributedGenera-tion,DG）已得到了越来越多的应用．DG一般分布在
负荷附近，可以为电网带来节省投资、降低网损、提高供电可靠性等一系列经济
效益；同时，ＤＧ接入配电系统后，改变了原有配电网的单电源、放射状结构以
及系统的潮流方向，使之变为多端电源供电系统，严重影响配电网的潮流，增加
配电网的短路电流，使电压调节变得困难。

1.含分布式电源的配电网保护方案
1.1限制DG接入点故障电流
此方法是通过在DG接人点接人限流设备，如故障限流器(Fault current limiter，FCL)，来限制故障时由分布式电源提供的助增电流。

FCL是在串联阻抗器的基础上发展而来的，依靠电力电子技术对相应的传统技术进行改进。

近年来，FCL的发
展主要有两种，一种是采用功率电子器件，另一种是利用具有特殊性质的新材料，其基本原理为:使FCL在正常负载时呈现低阻抗，而在故障时呈现高阻抗，从而达
到限制故障电流的目的。

1.2分布式电源接入配电网的差动保护方案
由于DG的接人，使得传统的单电源辐射性网络变成多源的网络，传统的保
护仅能反映一侧电气量，不能够快速区分故障地点，容易导致保护拒动或误动。

将线路一端的电气量传送到另一端，并进行比较，以这种方式构成差动保护，可
以准确快速的切除线路上任意点的故障。

具体的保护原理为:线路一侧终端检测故
障的各种特征量，如电压、电流、方向等，馈线另一侧终端根据采样值与接收到
的特征量进行比较，分析故障的性质和类型，并考虑与其他速断保护及后备保护
配合，根据采样电流，启动不同的整定时间，从而达到与其他保护的配合。

差动
保护方案可以显著提高配电网保护的准确性，但对原保护系统的改动较大，且其
保护成本也较高，不太适用于在配电网中大范围使用。

1.3含分布式电源的配电网自适应保护
根据运行状况的需求，DG有时可能需要投切，同时考虑DG可能会受到天气
等状况的影响，其出力会发生变化，因此，整个配电系统将收到一定的影响。

而
传统的保护一般是预先整定好动作电流值和配合时间，不会随运行状况的变化而
改变。

自适应的保护的原理是根据系统运行方式及故障等状态的实时变化，同步
调整保护的参数。

其保护的原理和含DG的配电网的运行特点很符合，可以有效
改善含DG配电网的保护性能。

根据系统当前的运行状态或者故障状态，经在线
计算出线路末端发生短路时的短路电流值，然后按照电流保护的整定原则进行实
时的整定。

2.算例分析
2.1短路电流计算
分布式电源通过１０ｋＶ电压等级接人配电网的推荐典型接线模式为联络开
关在ＩＩ段的三分段双联络。

线路正常运行时，联络开关ａ，ｂ，ｃ，ｄ断开，相当于４条单辐射线路，每条线路采用的导线型号为ＬＧＪ－２４０。

线路
总长５ｋｍ，平均分成３段，每段的负荷为２ＭＷ。

线路Ｉ段开关为断路器，线
路ＩＩ段和ＩＩＩ段的分段开关为隔离开关。

过流保护应配置在断路器处，定值
应按照系统在最大运行方式下整定。

过流Ｉ段的整定原则是躲过本线路末端出现
的最大短路电流（三相短路电流），同时还要考虑系统正常运行时提供的最大负
荷电流，以此为依据进行过流ＩＩＩ段定值的整定。

以分布式电源接人线路Ｉ段，接入容量为１０．５ＭＷ为例，考虑不同运行方式下（较正常运行方式线路更长
或添加分支线路）线路末端发生三相短路时，流经线路出口处的短路电流。

遵循
配电网开环运行的原则，联络开关ｂ，ｃ必然断开，因此只存在闭合联络开关ａ
或者ｄ２种方式。

2.2保护定值整定及保护范围确定
不同运行方式下，线路末端发生短路故障时，因此只设定１套保护定值很难
满足所有的运行方式。

根据实际情况，当分布式电源投入或退出运行时，不应调
整保护定值，而当线路开关组合状态发生改变时，则有可能需要调整定值。

调整
的依据是过流Ｉ段的保护范围小于线路全长的５０％。

在正常运行方式的网架结
构下，线路末端发生短路故障时，馈线出口处短路电流整体较大，为满足分布式
电源投入或退出运行时保护的可靠性以及速动性，应选择其中最小的短路电流／，＝２．４６５ｋＡ进行过流丨段保护定值整定。

而将此定值应用在线路Ｉ段退出，联络开关ａ闭合的网架结构下至少能够保护线路全长的６１％；在线路ＩＩ
段退出，联络开关ａ闭合的网架结构下，至少能够保护线路全长的６１％；在线
路ＩＩＩ段退出，联络开关ｂ闭合的网架结构下至少能够保护线路全长的５５％。

而在线路Ｉ段退出，联络开关ｄ闭合的网架结构下，只能能够保护线路全长的３９％。

联络开关ｂ闭合的网架结构下，只能保护线路全长的保护范围不足４６％，均不足线路全长的５０％，因此需要重新调整定值。

总结：通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，总而言之，在配电网
中应用最为广泛的就是过流保护，为适应大量分布式电源接人配电网，进行合理
的过流保护定值整定是确保系统安全稳定运行的重要环节。

本文首先建立了分布
式电源接入后的故障等效电路，更加精确地计算短路电流。

而后根据过流保护的
整定原则，以及依据保护范围，确定了在复杂多变的配电网中过流保护定值的调
整策略。

该整定策略确保了过流Ｉ段保护至少能够保护线路全长的５０％，在一
定程度上提升了继电保护动作的可靠性以及速动性。

未来配电网保护的发展，一
方面可以继续研究不同的保护策略，使含DG的配电网保护策略更趋合理，另一
方面可以基于多agent技术，依靠智能单元和通信网络，实现智能定位和判断。

其中，采用纵联保护作为含微网的配电系统的主保护，以距离保护、电流保护等作为后备保护，将会是未来研究重点研究的方向。

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