分布式電源在配網(wǎng)保護(hù)中的作用和改進(jìn)

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(jié)構(gòu)和接線方式，由單電源供電變?yōu)閮啥斯╇娀蚨?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電源">電源供電，增加了支路數(shù)量，系統(tǒng)故障情況變得復(fù)雜。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，兩個(gè)以上的電源均提供短路電流，這擾亂了原有的繼電保護(hù)配置方式。本文利用PSCAD/EMTDC，對(duì)各種不同情況下的分布式電源接入情況進(jìn)行分析，分析了分布式發(fā)電對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

為彌補(bǔ)大電網(wǎng)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(wǎng)中的，功率為10 kW～30 MW 的小型輔助電源，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能及生物能源發(fā)電等多種多樣的發(fā)電形式。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，多電源共同向故障點(diǎn)注入電流，勢(shì)必?cái)_亂原有的保護(hù)配置方式，影響保護(hù)的可靠性、選擇性、速動(dòng)性和靈敏性，引起保護(hù)和重合閘裝置的拒動(dòng)和誤動(dòng)。本文對(duì)各種故障情況進(jìn)行分析，進(jìn)行仿真予以驗(yàn)證并提出相關(guān)改進(jìn)措施。

1 分布式電源自身的保護(hù)要求

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

同步發(fā)電機(jī)對(duì)故障電流具有最直接的影響，在故障之后的第一時(shí)間，故障電流的波形基本上決定于發(fā)電機(jī)的參數(shù)。同步發(fā)電機(jī)在發(fā)生故障時(shí)能夠輸出很高的短路電流，數(shù)值上能夠達(dá)到額定電流的3 倍，并且維持很長(zhǎng)一段時(shí)間。

異步發(fā)電機(jī)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(huì)因?yàn)閮?nèi)部控制方式的響應(yīng)不同而衰減周期不同，逆變型電源一般會(huì)裝設(shè)欠電壓保護(hù)，當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)自動(dòng)切斷與電網(wǎng)聯(lián)系，所以其故障電流一般不會(huì)超過(guò)額定值的2 倍。

作為分布式電源所配備的保護(hù)來(lái)說(shuō)，既要考慮到發(fā)電機(jī)自身可能造成的故障，又要考慮到由于配網(wǎng)外部故障而對(duì)其可能造成的影響。所以針對(duì)分布式電源來(lái)講需要另外考慮到由于配網(wǎng)內(nèi)部故障而需設(shè)置負(fù)荷不對(duì)稱保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、頻率保護(hù)以及零序過(guò)電壓保護(hù)等。

2 分布式發(fā)電對(duì)電流保護(hù)的影響

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

(1)當(dāng)K1 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，主系統(tǒng)和分布式電源同時(shí)向短路點(diǎn)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(guò)保護(hù)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(hù)1 的靈敏性和可靠性。此時(shí)保護(hù)1 能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，即時(shí)切斷故障線路。但是如果因?yàn)檫@種助增作用而使短路電流增大過(guò)多的話，則會(huì)引起保護(hù)2的誤動(dòng)作，擴(kuò)大了停電范圍。

(2)當(dāng)K2 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，母線A 至短路點(diǎn)流過(guò)的電流IS 與分布式電流接入之前并無(wú)太大變化，所以并未對(duì)保護(hù)3 產(chǎn)生影響，保護(hù)3 能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，但此時(shí)分布式電源仍然向短路點(diǎn)注入短路電流Ig，并且單獨(dú)向下游供電，由于功率和負(fù)荷相差懸殊，有可能會(huì)因?yàn)殡妷杭眲〗档投斐呻娋W(wǎng)崩潰。所以在這種情況下，需要在母線C 左側(cè)也裝設(shè)斷路器，并由保護(hù)3 引發(fā)動(dòng)作信號(hào)，在故障時(shí)同時(shí)動(dòng)作以切除故障。

(3)當(dāng)K3 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由分布式電源提供的短路電流同時(shí)流過(guò)保護(hù)3、保護(hù)4 和保護(hù)6，如果此時(shí)短路電流足夠大就會(huì)引起保護(hù)3 和保護(hù)4 的誤動(dòng)作。