浅析DG并网对配电网电流保护的影响

关乃夫 韦志培

摘 要：分布式电源（Distributed Generation，DG）与大电网的结合被当今世界众多能源专家认为是21世纪电力行业需不断研究的方向，这是一种既能并网又可以解列运行的发电方式。本文概述了DG并网后对配电网的影响，以含DG的简单配电网为例，用MATLAB仿真定量研究DG并网对配电网电流保护的影响。结果表明，该影响与DG容量及安装位置有关。

关键词：DG并网；电流保护；配电网；MATLAB

中图分类号：TM77 文献标志码：A

0 引言

分布式电源是近年来新兴的新能源发电，指发电量就近消纳的中小型发电设施。DG并网可以补偿传统大电网供配电，削峰填谷，实现边远地区独立发电；另外，大电网是DG的强大后盾，倘若DG故障，前者可及时为该区域供电，保证电能质量，同时有助于DG技术推广应用。DG并网，有助于抵御自然灾害的不良影响，对国民经济意义重大。DG大量并入配电网时，系统结构从简单的无源网络变成复杂的有源网络，对继电保护产生一定影响。为解决对DG接纳能力有限而引起的问题，本文从电流保护方向入手，分析其并网影响。

1 传统配电网的特点

配电网根据电压等级，可以划分为高压配电网（35kV～110kV）、中压配电网（6kV～10kV）、低压配电网（220/380V）。在我国10kV配电网较为常见，多呈树状辐射型，闭环设计开环运行，电流、功率的方向具有单一确定性，通常配置三段式电流保护，且无需配置方向性电流保护。10kV配电网多采用供电可靠性高的小电流接地系统，单相接地短路后仍能运行一段时间。

2 DG并网对配电网的影响

由于电网与DG特性，DG并网对配电网的影响也有消极的一面，主要有影响潮流方向、短路电流与重合闸等多方面。

（1）影响潮流方向

传统配电网潮流方向较确定，保护整定较易。随着DG大容量、大数量并入配电网，网架结构变得复杂，潮流方向不再从高压母线定向流向负荷。故障时，继电保护原先整定不再可靠灵敏。

（2）影响短路电流

当DG尚未并网时，各保护能可靠配合。而DG并入配电网后，一旦发生故障，由于DG电源状态的助增电流和负荷状态的汲流作用，可能会使保护点失去可靠性、选择性、灵敏性，进而引发继电保护误动作。实际中接入电网的DG种类和数量之多，使配电网短路电流的分析更复杂，DG并网会受到更多制约。

（3）影响重合闸

系统运行经验表明，发生瞬时性故障后，由保护动作迅速切除故障，待电弧自动熄灭，大部分情况下故障处的绝缘性可自动恢复，实现重合闸，提高系统暂态稳定性。但DG并网后形成多源网络，需对重合闸重新考虑。

（4）其他影响

DG并网故障时的助增电流会影响线路及用电设备的热稳定性，这对设备厂家提出更高要求；在削峰填谷方面，需综合考虑DG所能提供的功率；偏远地区不易采集DG实时信息，不利于电网调度。

3 DG并网对配电电流保护影响算例

为定量研究DG并网对电流保护的影响，通过短路电流的计算，分析各保护点的选择性、灵敏性和可靠性。以图1所示10kV简单配电网为例，用MATLAB搭建仿真图。为分析DG容量多保护的影响，DG在母线B处接入。例中系统基准电压选取10.5kV，基准容量100MVA，末端母线处接入等效负荷有功2MW、无功0.4MVar，架空线路单位长度阻抗z=（0.027+j0.35）Ω/km。

正常运行状态下，配电网各测量点电流，见表1。

（1）分析DG对下游保护的影响

假设BC末端发生三相短路，取KI

K=1.2，通过计算得出保护2的电流Ⅰ段整定值为0.57kA。逐渐增加DG的容量，查看保护2的短路电流值，见表2。

由表2可知，当DG的容量大于8MW，保护2的短路电流大于整定值0.57kA，将与保护3的Ⅰ、Ⅱ段失去配合。若在母线B的出口處发生故障就无法保证继电保护的选择性。

（2）分析DG对上游保护的影响

假设BC出口两相短路，逐渐增加DG容量，查看保护1的短路电流，见表3。

由表3可知，保护1的电流值随DG容量的增大而减小的。当发生故障时，保护1的短路电流往往达不到整定值而拒动，这会影响其灵敏性。

（3）分析DG对相邻馈线的影响

假设EF出口发生两相短路，逐渐增加DG的容量，查看保护1的短路电流值，见表4。

由表4可知，保护1的短路电流随DG容量增大而增大。当发生故障时，保护1和4的故障电流因DG的助增作用而增大，保护4的保护范围将延伸至下一级线路，与保护5失去配合。而且，只在AB线路首段装设保护1是不能完全保护线路的，DG的接入会带来反向故障电流，会对线路造成危害。需要在AB线路末端加设一个保护6，当AB电路中任何一点发生故障，保护1、6同时跳开，才能真正起到保护线路的作用。

结语

本文就潮流方向、短路电流、重合闸3个方面概述了DG并网对配电网的影响。利用MATLAB建立了以DG并网的模型，从继电保护的“四性”出发，改变分布式电源的注入容量大小来分析DG并网的影响，考虑DG助增与汲流作用，分析DG并网对各保护点的影响。仿真结果表明，DG容量与安装位置都会对DG并网产生影响，据此调整定值，对继电保护工作具有重大意义。

参考文献

[1]卫波.分布式电源接入对配电网继电保护的影响及对策的研究[D].华北电力大学，2013.

[2]吴武赞.接入分布式电源的配电网继电保护分析[J].中国新技术新产品，2014（11）：46.