DG容量对配电网保护影响的算例仿真

黄小珈

(广州供电局有限公司,广东广州 510000)

DG容量对配电网保护影响的算例仿真

黄小珈

(广州供电局有限公司,广东广州 510000)

对含分布式电源的配电网继电保护展开研究,文中针对DG容量对传统过流保护的影响进行了MATLAB仿真。分析了分布式电源并入配电网后在线路不同位置发生短路故障时DG对短路电流产生的助增、汲流和反方向电流的影响。

分布式发电 DG配电网 电流保护 Matlab仿真

我国对分布式电源的研究尚处于起步阶段，计划在2020年将我国的风电装机容量提高到2000万千瓦，占到我国发电总装机容量的2%。在分布式发电中目前应用较为广泛的主要有小水电、风力发电、光伏发电和热电冷联产技术。所谓分布式电源(Distribution Generation，简称DG)，既指传统的分散独立小型电源，更指未来采用分布式技术联网上网的一“群”或成组的小型分散电源。

在研究分布式电源的配电网过电流保护时，DG模型通常用一个电源串联电抗的模型来表示，DG对三段式电流保护的影响主要表现在以下三个方面：

(1)对流过保护的电流产生助增作用，导致线路对应保护电流测量值增大，使保护失去选择性，导致保护误动作。

(2)对流过保护的电流产生汲流作用，减小流过保护的短路电流，降低保护的灵敏度，严重时甚至拒动。

(3)分布式电源向邻母线反方向提供短路电流，超过保护整定值，导致保护误动作。

1 仿真分析

对以上分析进行MATLAB/simulink仿真，建立配电网仿真模型，通过实际算例分析DG容量对配电网保护的影响。

1.1 确定模型参数

采用10kV配电网进行算例仿真，系统网络结构如图1。线路参数：

额定电压：11kV，4个节点(A，B，C，D)。

每段线路阻抗：R=0.12 Ω，X=0.029H，长度为2km。整个系统的电压降落不超过额定电压的10%。

负荷：每个母线上接的负荷都是1MW，功率因数是0.95。总的负荷是2MW。

系统电源：额定电压为11kV。

DG：额定电压为11kV，所有DG均以0.95的功率因数运行。

1.2 建立仿真模型

采用10kV放射状配电网进行算例仿真，以同步发电机作为分布式电源，建立仿真模型。根据三段式电流保护，即瞬时电流速度、限时电流速断一起作为本线路相间短路的主保护；定时限过电流保护则作为本线路相间短路的近后备和相邻线路的远后备保护，计算该系统的各段继电保护定值、灵敏度，以及动作时限。

2 仿真结果分析

DG接入点不变，其容量发生改变，对配电网进行短路计算，同时，考虑到最为恶劣的短路条件对配电网继电保护有着更大的影响，下面的短路计算与分析都是在系统以最大运行方式下发生三相短路的情况下进行的。

2.1 DG下游处发生三相短路

在C点故障时，随着分布式电源容量的增加，分布式电源注入故障点的电流逐渐增大，流过R2的故障电流也逐渐增大，但是流经R1的故障电流却是逐渐减小的；在D点发生故障时的故障电流分布情况也是一样。

当分布式电源容量达到0.8MVA时，在C点发生三相短路故障时，流过R2的故障电流达到428.9A，而本线路速断电流保护的整定值为428.2A，在此种情况下，本段线路的电流速断保护将动作。当分布式电源容量大于0.8MVA时，R2的I段速断保护范围将伸到下一线路L3。当L3首端发生故障时，R2、R3都达到电流速断保护的整定值，2个保护都将跳闸，继电保护将失去选择性。当分布式电源容量大于某一值时，继电保护的保护范围将伸入下一级线路，随着容量的增加，分布式电源的助增能力越大，伸入下一段保护的范围越大，继电保护的选择性将得不到满足。

仿真结果表明，在不改变分布式电源接入位置的情况下，随着分布式电源容量的改变，在配电网中发生故障时，分布式电源下游保护流经的故障电流增大，上游保护流经的故障电流减小，这将使下游保护的保护范围增大，而上游保护范围缩小。

2.2 A处发生三相短路

DG接入点不变，改变连接在母线B上的DG容量，母线A处发生三相短路时流过保护1的故障电流，仿真结果如图4所示，随着分布式电源容量的增加，分布式电源注入故障点的电流逐渐增大，流过R1的故障电流也逐渐增大。

仿真结果表明，随着DG容量的增大，它提供的短路电流逐渐增大，DG上游的保护R1流过的反向电流逐渐增大；DG容量增大到一定程度时，会使其上游的保护R1过的反向电流大于Ⅱ段定值，甚至会大于Ⅰ定值，保护可能会误动作。

3 结语

由于DG的助增作用，流过DG下游及相邻馈线保护的故障电流会增大，保护的灵敏度相应的增大；由于DG的分流作用，流过DG上游保护的故障电流会减小，保护的灵敏度相应的减小。

DG对三段式电流保护动作行为的影响主要表现如下：导致本馈线保护的灵敏度降低及拒动；导致本馈线保护的灵敏度提高及失去选择性；导致本馈线保护误动；在DG并入配电网后，DG下游发生短路故障时，对下游的保护测量电流产生助增作用，对上游的保护测量电流产生汲流作用，这样可能会导致下游保护误动作，而上游保护拒动。

由于分布式电源的并入电网还需要综合考虑其他因素，因此分布式电源的准入容量需要进一步分析，同时未来的分布式发电保护控制应该从整个系统的全局出发，全面考虑电网、DG和用户三方利益，充分发挥分布式发电的积极作用，尽量避免分布式发电对电力系统稳定和安全的不利影响，使电力系统更加高效、可靠、和谐地运行。