接入光伏电源对保护灵敏度影响的研究

韩天博

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海519000）

接入光伏电源对保护灵敏度影响的研究

韩天博

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海519000）

智能配电网的主要特征之一支持分布式电源（DER）的大量接入，分布式电源的接入改变系统的故障电流水平、持续时间及方向，影响继电保护可靠性和安全性，对灵敏度的改变尤为明显。以珠海3C智能电网的光伏发电电源为依托，对电源特性进行分析的基础上，提出了一种随分布式电源出力的变化，故障电流整定值相应变化的整定方案，从而消除对灵敏度降低的不良影响，并通过实际算例加以佐证其方案的可行性。

智能配电网；光伏电源；灵敏度

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.010

0　引言

在日益发展的新能源应用中，太阳能是重要的能源之一。它的安全、清洁和用之不尽等特点得到了世界各国学者的青睐。目前，和太阳能息息相关的光伏发电产业也得到了有效推广，已成为发展最迅速的高科技产业之一。

琴韵变电站是珠海横琴新区第一个220 kV变电站，在珠海首次采用220/20 kV电压层级方案，按即3C绿色电网标准建设。采用光伏发电接入的方式，电站安装功率为79.12 kW，太阳能电板方阵所产生的直流电通过并网逆变器变成380V三相/50 Hz或220 V单相/50Hz的交流电，并连接至# 1站用变低压侧总进线。由于光伏发电系统具有良好的环境效益，不会造成温室气体的排放，是建设环境友好型智能变电站的首选方案［1］。

但是，光伏发电接入后，由于对原有拓扑结果产生不可避免的影响，因此该智能配电网的潮流方向、短路电流等参数均发生了变化，孤岛效应也对母线自投切装置和重合闸产生不利影响［2］，因此有必要对传统配网保护装置进行适当的调整和改造。

1　光伏发电对继电保护灵敏度的影响分析

假设光伏电源为IIDG，其容量为Sg。其接入系统后分析模型如图1所示。

若d1处发生短路，故障点由系统电源Es和并入电源Eg同时提供，然而由于Eg具有分流作用，流过保护1的故障电流将减小［3-5］。DG容量越大，分流作用越明显，流过保护1的故障电流就越小，可能小于保护1的整定值，使其灵敏度降低甚至拒动。

Eg和ES分别为光伏分布式电源和系统电源的等效电动势；Zs和ZL分别为两个电源的等效阻抗；Sg为接入电源的容量。U为母线电压。在最大和最小运行方式下系统侧的等效阻抗为Zmax和Zmin。

图1　含分布式电源的继电保护特性模型

于是分布式电源的等效电动势为：

即分布电源的容量是短路电流Ik的二次函数。由于现实中容量取值范围小，因此可以看作Sg和Ik成正比的关系。即可令ΔIk=mΔSg，m为常数。

2　提高含光伏电源的配网保护灵敏性的方法

由上面分析可知，当接入电源容量减少时，保护感受的电流成正比例的减少。如在t时间后接入电源退出运行，那么保护的电流由Ik降到了Ik-Ig，有可能造成保护灵敏度不足而拒绝动作［3-6］。

由于分布式电源的容量是固定的，即在接入和退出之间的ΔSg=Sg，即容量本身。即在接入和退出光伏发电后保护的短路电流的减小是一个常数。于是对Ⅰ段保护而言，可令

新的保护整定值为：

即速断保护的定值减少量和故障电流的减少量成正比，比例系数为Ⅰ段保护的可靠系数，一般取1.2。

系统的Ⅱ段限时电流保护整定值则随着下级线路的定值调整。即：

3　算例验证

下面通过一个算例验证。图2为接入分布式电源的配网模型。

取系统的最大运行方式下阻抗为：Xmax=0.13 Ω，Xmin=0.01 Ω，lAB=10 km，lBC=6 km，末端负荷阻抗均为（30+j15.7）Ω。设光伏电源容量为8 MVA。

如表1，由于电源出力的范围在0～8之间，当d1发生短路时，故障位置为70%，可靠系数取1.2，则有于是电流差和出力差的比值接近0.0012，为一个常数。即当出力减少的时候，保护3的速断保护定值也在不断降低。

图2　接入光伏电源的配网模型

光伏电源的出力在0～8 MVA的范围变化，通过仿真看到保护3的整定值和保护范围的变化如表2。

可知整定值与故障电流大小关系为：

即保护定值要以灵敏度为大小的变化速度减小，这样无论接入的分布式电源的输出大小如

表1　R电源出力值与故障电流差的对比

表2　R保护3的整定值与保护范围的变化情况对比

何，都能使保护的最小范围在73%以上，从而使接入分布式电源后保护灵敏度降低的问题得到有效解决。

4　小结

本论文在珠海3C智能电网采用的逆变型分布式电源的背景下，对电源特性进行分析的基础上，提出了一种随分布式电源出力的变化，故障电流整定值相应变化的整定方案，从而消除对灵敏度降低的不良影响。经算例分析得出了此方案在理论上是可行的。

［1］钱科军，袁越，石晓丹，等.分布式发电的环境效益分析［J］.中国电机工程学报，2008，28（29）：11-15.

［2］梁有伟，胡志坚，陈允平.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述［J］.电网技术，2003，27（12）：71-75，88.

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［4］马宏亮，杨进.分布式电源对配电网距离保护影响的分析［J］.机电工程技术，2010（10）：82-85.

［5］王鑫，徐习东，琚军，等.基于层次分析法的继电保护消缺优化研究［J］.机电工程，2013（12）：1540-1545.

［6］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理：第四版［M］.北京：中国电力出版社，2009.

（编辑：阮毅）

Protection Research of the Distribution Network with Photovoltaic Power

HAN Tian-bo
（Zhuhai Board，Guangdong Power Grid Corporation，Zhuhai 519000，China）

Large intervention of distributed generation is the feature of Smart Distribution Grid，while it can make change of the load flow，and impacts the power system security，especially for the sensitivity.This paper raises a program of alter current setting by the altering of contribution of the distributed generation，on the base of the“3C Green Grid”in Zhuhai and the analysis of current characteristic，which can eliminate ill effects.Finally，the feasibility is checked through an actual example.

smart distribution grid；photovoltaic inverter；sensitivity

TM72

J

1009-9492（2015）01-0041-02

2014-03-06

韩天博，女，1988年生，黑龙江黑河人，大学本科，助理工程师。研究领域：继电保护。