分布式电源接入配电网电流保护研究

任健铭+王星星

【摘要】：分布式电源的配置方案会对配电网的可靠性和经济性产生重要影响。针对该问题，文章建立了以有功网损最小为目标的数学模型，在传统的节点电压、支路电流和容量约束的基础上增加了继电保护的约束，将其以限制短路电流大小而使保护装置不误动的形式呈现出来。同时，采用自适应遗传算法对分布式电源的选址定容进行优化。最后，通过对IEEE33节点模型进行仿真计算验证分布式电源配置过程中计及保护约束的必要性以及自适应遗传算法更好的收敛性和适应性。

【关键词】：分布式电源；配电网；电流保护

引言

目前，随着风能、太阳能等新能源的蓬勃发展，分布式电源（DistributedGeneration，DG）在配电网中的接入容量越来越大，使得配电网中潮流不再如单电源网络一般沿各辐射支路单方向流动，同时改变了故障情况下短路电流的大小和方向，传统的三段式电流保护可靠性已经无法满足要求，继电保护装置具有误动或拒动的可能性，甚至会造成故障蔓延，扩大停电范围，严重影响配电网的供电可靠性。因此，从高效利用新能源和配电网安全稳定运行综合考虑，对DG在配电网中的接入容量和接入地点的研究，具有十分重要的现实意义。

1、分布式电源概述

分布式电源（distributedgeneration，DG）的概念最早于1978年在美国公共事业管理政策法中提出。分布式电源主要包括太阳能发电、风力发电、微型燃气轮机、燃料电池及蓄电池等。这些分布式电源通常装机容量小、靠近电力用户，一般可以直接向其就近的用电负荷供电或根据需要向配电网输出电能。典型的分布式电源定义可以概括为：直接分布在用电负荷附近或布置在配电网末端的发电设施，可以经济、高效、可靠地发电，并满足特定用户的需求或支持现存配电网的经济运行的微电源。

2、DG接入配电网的电流保护方案

2.1接入点在母线处的保护方案

此保护方案按照DG的接入点，把馈线划分为两个区域：一是，DG上游，线路AB与BC构成；二是，DG下游，线路CD与DE构成。DG接入点的上游位置设置断路器和保护装置5。在区域1中保护4以及保护5位置加装方向纵联保护，如果区域中出现故障，它能够瞬时动作来保护整个区域；在保护3与保护4位置加装带方向元件的定时限过电流保护。如果区域1出现故障情况，DG输出功率较小或者停止运行，可能造成方向纵联保护5位置的方向元件灵敏度下降而无法动作，因此，在保护5位置应当安装弱馈保护。在保护4与保护5位置设置重合闸功能，如果保护4位置断路器出现跳闸，会启动保护4位置的重合闸并继续供电。因为这时保护5位置的断路器并未重合，所以保护4仅可安装普通的重合闸，不需要其具备检同期功能。保护5位置的重合闸功能仅仅在保护4判定为瞬时故障的情况下才能启动，因为DG依旧存在，所以此时重合闸需检同期。若区域1出现故障为瞬时性，重合闸动作后便可以恢复供电；若属于永久性故障，那么故障由过流保护3或4选择性切除。

2.2统购统销模式下的保护配置

（1）系统侧保护配置在系统侧10kV母线以段为单位配置故障解列保护，并与光伏电站联络线断路器进行连锁，母线故障时联络线断路器跳停；变电站与光伏电站联络线配置阶段式方向过电流保护；电网侧线路应设置具备三相一次重合闸功能的保护，重合闸时间要与光伏电站最大解列时间相配合；T接点处断路器保护配置应由当地电业局依照光伏电站容量等情况进行针对性进行，该断路器应配置常规的线路保护，并且应具备重合闸功能。（2）光伏电站侧保护配置在产权分界点处配置阶段式方向过电流保护，方向应指向升压变压器；结合限时速断电流保护与接入示意图2中断路器QF1的保护相互配合；并网断路器应具备低周、低压及高周、高压解列等功能，同时还需要配置带方向的速断过电流保护及差动保护。

2.3保护装置改造

由表3中计算数据可以看出，分布式电源并网后，原网络电流保护装置出现以下不正常运行状况：部分电流保护在配电网故障情况下发生误动（Id9）、部分电流保护灵敏度校验不合格（Id10）、部分保护在系统正常运行情况下发生误动（Id11）。针对上述问题提出保护装置改造措施：DG并网点下游故障时，对其并网点上游保护进行灵敏度校验，对不能满足要求的保护重新整定，对重新整定后速断保护范围严重缩短的保护加装电压电流联锁速断保护[16]；DG并网点上游或相邻线路故障时，为避免并网点上游保护误动，需采取措施限制分布式电源向短路点反送电流，必要时考虑为保护加装方向元件；针对系统正常运行情况下可能发生误动的保护，可依据DG并网后线路的过负荷电流对保护动作值进行重新整定。

2.4并网运行

微电网中央控制器执行并网运行的实时控制策略。为提高可再生能源利用效率，微电源一般以最大出力运行，储能装置将起到平抑微电源出力波动、削峰填谷等作用。同时，储能控制器将按照中央控制器下达的调控指令实现储能装置的充放电，确保联络线路输送功率在规定的范围之内运行。

2.5孤网运行

微电网中央控制器执行孤网运行实时控制策略。一般将可控的微电源作为微电网主电源，并以恒压恒频（U/f）控制方式运行，其他微电源和储能装置则根据微电网中央控制器下达的调控指令调节各自的运行出力，实现微电网内部电力供需平衡。當可控微电源和储能装置的调节能力不足时，微电网中央控制器将下达微电源/储能/负荷投切指令。

结语

由集中式发电向分布式发电的转变是以后电网发展的趋势，所以对分布式电源入网的研究势在必行。本文在以有功网损最小为目标，重点考虑短路电流约束的基础上用自适应遗传算法来规划了DG接入配电网的位置和容量。仿真结果表明：（1）DG接入配电网后，网络的有功损耗明显减小，说明DG的接入对网络本身是有利的；（2）在对DG进行优化配置的过程中，计及继电保护的影响是必要的；（3）自适应遗传算法相比传统的遗传算法存在收敛性和适应性上的优势。

【参考文献】：

[1]习伟，张哲，陈卫，等.光伏逆变器短路特性分析[J].电力系统保护与控制，2015，43（7）：70-75.

[2]韩富佳，王淳.基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响[J].电测与仪表，2015，52（14）：16-21.endprint