PSCAD 分布式发电对自动重合闸的影响分析
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Abstract: Due to the introdution of distributed power,the single radial chain structrue of esisting power system has been changed.It must has a certain impact to the original relay protection.It reduces the success rate of the reclosing.This passage will built distributed simulation model in the distributed network with the software PSCAD,simulates under the same period and under quasi-reclosing work,,obtain the impact of the current waveform and the best closing time and the best closing way. Key words: distributed generation automation reclosing surge current
分布式发电对自动重合闸的影响分析
王振浩 1 ，王平 1 ,白旭光 2
（1 东北电力大学电气工程学院 吉林省吉林市 132012 2 广东核电集团大亚湾核电站 广东省深圳市 518000 ） 摘要:由于分布式电源的引入改变了原有电力系统单一的放射状链式结构，必定对原有 的继电保护和自动重合闸装置产生一定的影响，降低了重合闸的成功率，本文将使用仿 真软件 PSCAD 搭建含分布式电源的配电网仿真模型， 在自同期和准同期情况下对重合闸 工作情况进行仿真，得出冲击电流波形图，计算最佳合闸时间，得到最佳合闸方式。 关键词：分布式发电 自动重合闸 冲击电流
引言：电力系统的故障有瞬时性故障和永久性故障之分，运行经验表明，绝大多数故障 都属于瞬时性故障， 在遇到瞬时性故障时如果把断开的线路断路器再合上， 输电线路就能够 恢复正常的供电， 纠正了误动作和误跳闸， 大大提高了供电的可靠性以及电力系统运行的稳 定性， 为此在电力系统中广泛采用当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的自动重 合闸装置。近年来，分布式发电技术作为一种新兴的电力能源发电技术得到了大力的发展， 但是分布式电源的引入却改变了原来系统单电源的放射状链式结构，使潮流流向变得复杂， 这必定会对原有的重合闸装置产生一定的影响。
2 基于 PSCAD 的仿真模型
图 3 中为基于 PSCAD 软件搭建的配电网模型，系统电源和分布式电源汇合到同一母线 上对负荷进行供电，且分布式电源自带有一定的负荷，系统电源带有保护装置 1，分布式电 源带有保护装置 2，保护装置中含有检无压和检同步装置，当线路 1 中发生短路故障时，保 护装置 3 断开，解列分布式电源，分布式电源与自带负荷保持功率平衡。 图 2 中的保护装置 1 应带有同步重合闸功能，当线路 1 不存在故障而保护 1 误跳闸时， 检无压装置会检测到电压而导致无法进行重合， 此时保护装置 1 的同步合闸功能能够使系统 电源在分布式电源在供电的情况下依然能够合闸，恢复系统电源供电。在时间的设定方面， 含分布式电源的配电网与不含分布式电源的配电网比较， 应加以考虑 DG 侧有足够灵敏系数
[5] K Kauhaniemi,L Knmpnlained, Impact of distributed generation on the protection of distribution networks. Eighth IEEE International Conference onDevelopments in PowerSystem Protection,2004,1:315~318. [6] 雷金勇,黄伟,夏翔,等.考虑相间短路影响的分布式电源准入容量计算.电力系统自动化,2008,32(3): 82-86. LEI Jinyong, HUANG Wei, XIA Xiang, et al. Penetration level calculation with considerations of phase-to-phase short circuit fault. Automation of Electric Power Systems, 2008,32(3): 82-86. [7] 黄伟,雷金勇,夏翔,等.分布式电源对配电网相间短路保护的影响.电力系统自化,2008,32(1):93-97. HUANG Wei, LEI Jinyong, XIA Xiang, et al. Influence of distributed generation on phase-to-phase short circuit protection in distribution network. Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(1): 93-97. [8] 王建,李兴源,邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述.电力系统自化,2005,29(24):90-97. WANG Jian, LI Xingyuan, QIU Xiaoyan. Power system research on distributed generation penetration. Automation of Electric Power Systems, 2005, 29(24): 90-97.
考虑到三相重合闸的经济性，在配电网中一般装设三相重合闸，即发生故障时三相同时 动作跳闸，没有选相元件。 1.2 含 DG 的配电网重合闸工作情况及其影响 正常情况下，重合闸的动作时间应该考虑负荷电动机向故障点反馈电流的时间，故障点 的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间等， 而配电网中含有分布式电源时， 则应 加以考虑两侧保护的时间配合问题和两侧电源的同步问题。 如果不考虑的话， 未断开的电源 会依然向故障点提供故障电流， 则重合闸会重合与故障线路。 而如果重合闸动作时间设置过 长，则增长了供电中断时间，并且经历较长时间后两侧电源会失去同步，不利于重合闸的进 行 [ 3] 。 如图所示， 以下图中所示的配电网为例， 具体分析当分布式电源接入配电网时所带来的 影响，如果先对 DG 侧进行合闸时，则电源的供给量和负荷需求相差悬殊时，则会导致功率 的不平衡，系统长时间功率不平衡时会崩溃。因此合闸时一般先对系统侧的电源进行合闸， 再对分布式电源侧进行合闸。对系统侧进行合闸时，一般会采用无压检定重合闸，而对分布 式电源侧进行合闸时， 如果由于两个电源非同步所产生的冲击电流在允许的承受范围内， 则 可以采用非同步重合闸； 如果超出冲击电流的承受范围的话， 则需要采用检同步的重合闸方 式。
THE IMPACT OF DISTRIBUTED GENERATION FOR AUTOMATIC RECLOSING
WANG Zhenhao 1 , WANG Ping1,BAI Xuguang2
(1.School of Electrical Engineering,Northeast Dianli University,Jilin province,China 2 Guangdong Nuclear Power Group Dayabay Nuclear Station,Guangdong province,China)
的延时段保护的时间， 在本文的仿真中， 暂不考虑切除故障之后的熄弧时间等实际设备需要 考虑的因素。
图 2 基于 PSCAD 搭建的含有分布式电源的配电网模型
当线路 1 中发生的是永久性故障时，重合闸装置将重合于永久性故障时，配电网中安 装的是重合闸前加速保护， 重合闸会再次跳闸， 而在重合闸第二次跳闸时带有一定时间的延 时，这将对整个系统造成严重的冲击。
1 配电网自动重合闸
1.1 配电网自动重合闸的特点 前加速保护主要用于 35KV 以下由发电厂或重要变电所引出的支配线路上，由于配电网 的电压等级一般比较低， 所以在配电网中主要装设重合闸前加速保护。 前加速保护能够快速 地切除瞬时性故障， 使部分永久性故障来不及发展成为永久性故障， 并且能够保证发电厂和 重要变电所的母线电压在 0.6-0.7 倍额定电压以上，保证用户的电能质量。但其断路器的工 作环境表恶劣，动作次数多 [1][ 2] 。
5 参考文献
[1] 程玲,吴剑波.自适应单相重合闸的研究现状及展望[J].继电器,2007,35(刊):246-250. CHENG Ling,WU Jian-bo.Present archievements and prospects of single-pole adaptive reclosure[J]. Relay, 2007,35(supplement):246-250. [2] 孙鸣,余娟,邓博.分布式发电对配电网线路保护影响的分析[J].电网术,2009,33(8) :104-107. SUN Ming,YU Juan,DENG Bo. Analysis of impact of DGs on line protection of distribution networks [J].Power System Technology,2009,33(8):104-107. [3] 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2001. [4] Philip P.BARKER，Robert W.de MELLO．Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems：Part 1-Radial Distribution Systems[Z]，Power Engineering Society Summer Meeting ， Piscataway,2000.
击电流为最小，亦可通过求暂态能量函数的方法求得最优动作时间。
图 4 分布式电源未切除时并入系统电源的母线电压波形图
图 5 分布式电源未切除时并入系统电源的母线电流波形图
4 结束语
分布式发电在近年来得到迅速发展，但是随着分布式电源的引入，也由之而来许多新 的问题， 对继电保护及其重合闸的影响只是其中的一个方面。 本文从理论角度针对分布式电 源对配电网的影响进行了分析， 并搭建相应模型对冲击电流等进行了仿真， 提出最佳合闸时 间和合闸方式，对分布式电源及其影响的进一步研究有一定的意义。
母线2 母线1
AAR
1 A 3
负 荷 4
系统电源
AAR
分布式电源 2
图 1 含分布式电源的配电网模型
图 1 中 AAR 代表着继电保护中的重合闸装置，系统电源与分布式电源侧都装有重合闸 装置，两个电源都通过母线 2 对负荷进行供电。当线路 1 中的 A 点发生短路故障时，线路 1 的重合闸装置跳闸，紧接着，线路 2 的重合闸装置也跳闸，在系统侧会进行无压检定，系统 电源先进行合闸，然后再分布式电源侧进行检同步合闸。
Leabharlann Baidu
图 3 重合于永久性故障时的电流波形
3 重合闸的无压检定和同步检定
当线路发生故障而断开系统侧电源，若此时分布式电源仍然在为两条支路供电，那么 必定输出功率与负荷会相差悬殊，造成功率不平衡，母线电压必定会低于原有水平，假设系 统能够持续运行的话，得到图 4 和图 5，即当未断开分布式电源时对系统电源进行合闸，负 荷母线上的电流和电压的波形图。 对于重合闸的动作时间整定可依下式进行，设 t min 为重合闸的最小动作时间， t d 为对 侧保护的动作时间， t D 为故障点的电弧熄灭和绝缘介质恢复时间， t y 为裕度时间，则有下 式： t min t d t D t y 。最优动作时间必须要大于等于最小动作时间，然后要求合闸时冲
分布式发电对自动重合闸的影响分析
王振浩 1 ，王平 1 ,白旭光 2
（1 东北电力大学电气工程学院 吉林省吉林市 132012 2 广东核电集团大亚湾核电站 广东省深圳市 518000 ） 摘要:由于分布式电源的引入改变了原有电力系统单一的放射状链式结构，必定对原有 的继电保护和自动重合闸装置产生一定的影响，降低了重合闸的成功率，本文将使用仿 真软件 PSCAD 搭建含分布式电源的配电网仿真模型， 在自同期和准同期情况下对重合闸 工作情况进行仿真，得出冲击电流波形图，计算最佳合闸时间，得到最佳合闸方式。 关键词：分布式发电 自动重合闸 冲击电流
引言：电力系统的故障有瞬时性故障和永久性故障之分，运行经验表明，绝大多数故障 都属于瞬时性故障， 在遇到瞬时性故障时如果把断开的线路断路器再合上， 输电线路就能够 恢复正常的供电， 纠正了误动作和误跳闸， 大大提高了供电的可靠性以及电力系统运行的稳 定性， 为此在电力系统中广泛采用当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的自动重 合闸装置。近年来，分布式发电技术作为一种新兴的电力能源发电技术得到了大力的发展， 但是分布式电源的引入却改变了原来系统单电源的放射状链式结构，使潮流流向变得复杂， 这必定会对原有的重合闸装置产生一定的影响。
2 基于 PSCAD 的仿真模型
图 3 中为基于 PSCAD 软件搭建的配电网模型，系统电源和分布式电源汇合到同一母线 上对负荷进行供电，且分布式电源自带有一定的负荷，系统电源带有保护装置 1，分布式电 源带有保护装置 2，保护装置中含有检无压和检同步装置，当线路 1 中发生短路故障时，保 护装置 3 断开，解列分布式电源，分布式电源与自带负荷保持功率平衡。 图 2 中的保护装置 1 应带有同步重合闸功能，当线路 1 不存在故障而保护 1 误跳闸时， 检无压装置会检测到电压而导致无法进行重合， 此时保护装置 1 的同步合闸功能能够使系统 电源在分布式电源在供电的情况下依然能够合闸，恢复系统电源供电。在时间的设定方面， 含分布式电源的配电网与不含分布式电源的配电网比较， 应加以考虑 DG 侧有足够灵敏系数
[5] K Kauhaniemi,L Knmpnlained, Impact of distributed generation on the protection of distribution networks. Eighth IEEE International Conference onDevelopments in PowerSystem Protection,2004,1:315~318. [6] 雷金勇,黄伟,夏翔,等.考虑相间短路影响的分布式电源准入容量计算.电力系统自动化,2008,32(3): 82-86. LEI Jinyong, HUANG Wei, XIA Xiang, et al. Penetration level calculation with considerations of phase-to-phase short circuit fault. Automation of Electric Power Systems, 2008,32(3): 82-86. [7] 黄伟,雷金勇,夏翔,等.分布式电源对配电网相间短路保护的影响.电力系统自化,2008,32(1):93-97. HUANG Wei, LEI Jinyong, XIA Xiang, et al. Influence of distributed generation on phase-to-phase short circuit protection in distribution network. Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(1): 93-97. [8] 王建,李兴源,邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述.电力系统自化,2005,29(24):90-97. WANG Jian, LI Xingyuan, QIU Xiaoyan. Power system research on distributed generation penetration. Automation of Electric Power Systems, 2005, 29(24): 90-97.
考虑到三相重合闸的经济性，在配电网中一般装设三相重合闸，即发生故障时三相同时 动作跳闸，没有选相元件。 1.2 含 DG 的配电网重合闸工作情况及其影响 正常情况下，重合闸的动作时间应该考虑负荷电动机向故障点反馈电流的时间，故障点 的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间等， 而配电网中含有分布式电源时， 则应 加以考虑两侧保护的时间配合问题和两侧电源的同步问题。 如果不考虑的话， 未断开的电源 会依然向故障点提供故障电流， 则重合闸会重合与故障线路。 而如果重合闸动作时间设置过 长，则增长了供电中断时间，并且经历较长时间后两侧电源会失去同步，不利于重合闸的进 行 [ 3] 。 如图所示， 以下图中所示的配电网为例， 具体分析当分布式电源接入配电网时所带来的 影响，如果先对 DG 侧进行合闸时，则电源的供给量和负荷需求相差悬殊时，则会导致功率 的不平衡，系统长时间功率不平衡时会崩溃。因此合闸时一般先对系统侧的电源进行合闸， 再对分布式电源侧进行合闸。对系统侧进行合闸时，一般会采用无压检定重合闸，而对分布 式电源侧进行合闸时， 如果由于两个电源非同步所产生的冲击电流在允许的承受范围内， 则 可以采用非同步重合闸； 如果超出冲击电流的承受范围的话， 则需要采用检同步的重合闸方 式。
THE IMPACT OF DISTRIBUTED GENERATION FOR AUTOMATIC RECLOSING
WANG Zhenhao 1 , WANG Ping1,BAI Xuguang2
(1.School of Electrical Engineering,Northeast Dianli University,Jilin province,China 2 Guangdong Nuclear Power Group Dayabay Nuclear Station,Guangdong province,China)
的延时段保护的时间， 在本文的仿真中， 暂不考虑切除故障之后的熄弧时间等实际设备需要 考虑的因素。
图 2 基于 PSCAD 搭建的含有分布式电源的配电网模型
当线路 1 中发生的是永久性故障时，重合闸装置将重合于永久性故障时，配电网中安 装的是重合闸前加速保护， 重合闸会再次跳闸， 而在重合闸第二次跳闸时带有一定时间的延 时，这将对整个系统造成严重的冲击。
1 配电网自动重合闸
1.1 配电网自动重合闸的特点 前加速保护主要用于 35KV 以下由发电厂或重要变电所引出的支配线路上，由于配电网 的电压等级一般比较低， 所以在配电网中主要装设重合闸前加速保护。 前加速保护能够快速 地切除瞬时性故障， 使部分永久性故障来不及发展成为永久性故障， 并且能够保证发电厂和 重要变电所的母线电压在 0.6-0.7 倍额定电压以上，保证用户的电能质量。但其断路器的工 作环境表恶劣，动作次数多 [1][ 2] 。
5 参考文献
[1] 程玲,吴剑波.自适应单相重合闸的研究现状及展望[J].继电器,2007,35(刊):246-250. CHENG Ling,WU Jian-bo.Present archievements and prospects of single-pole adaptive reclosure[J]. Relay, 2007,35(supplement):246-250. [2] 孙鸣,余娟,邓博.分布式发电对配电网线路保护影响的分析[J].电网术,2009,33(8) :104-107. SUN Ming,YU Juan,DENG Bo. Analysis of impact of DGs on line protection of distribution networks [J].Power System Technology,2009,33(8):104-107. [3] 贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2001. [4] Philip P.BARKER，Robert W.de MELLO．Determining the Impact of Distributed Generation on Power Systems：Part 1-Radial Distribution Systems[Z]，Power Engineering Society Summer Meeting ， Piscataway,2000.
击电流为最小，亦可通过求暂态能量函数的方法求得最优动作时间。
图 4 分布式电源未切除时并入系统电源的母线电压波形图
图 5 分布式电源未切除时并入系统电源的母线电流波形图
4 结束语
分布式发电在近年来得到迅速发展，但是随着分布式电源的引入，也由之而来许多新 的问题， 对继电保护及其重合闸的影响只是其中的一个方面。 本文从理论角度针对分布式电 源对配电网的影响进行了分析， 并搭建相应模型对冲击电流等进行了仿真， 提出最佳合闸时 间和合闸方式，对分布式电源及其影响的进一步研究有一定的意义。
母线2 母线1
AAR
1 A 3
负 荷 4
系统电源
AAR
分布式电源 2
图 1 含分布式电源的配电网模型
图 1 中 AAR 代表着继电保护中的重合闸装置，系统电源与分布式电源侧都装有重合闸 装置，两个电源都通过母线 2 对负荷进行供电。当线路 1 中的 A 点发生短路故障时，线路 1 的重合闸装置跳闸，紧接着，线路 2 的重合闸装置也跳闸，在系统侧会进行无压检定，系统 电源先进行合闸，然后再分布式电源侧进行检同步合闸。
Leabharlann Baidu
图 3 重合于永久性故障时的电流波形
3 重合闸的无压检定和同步检定
当线路发生故障而断开系统侧电源，若此时分布式电源仍然在为两条支路供电，那么 必定输出功率与负荷会相差悬殊，造成功率不平衡，母线电压必定会低于原有水平，假设系 统能够持续运行的话，得到图 4 和图 5，即当未断开分布式电源时对系统电源进行合闸，负 荷母线上的电流和电压的波形图。 对于重合闸的动作时间整定可依下式进行，设 t min 为重合闸的最小动作时间， t d 为对 侧保护的动作时间， t D 为故障点的电弧熄灭和绝缘介质恢复时间， t y 为裕度时间，则有下 式： t min t d t D t y 。最优动作时间必须要大于等于最小动作时间，然后要求合闸时冲