DG接入对微电网电流保护的影响

丁婧，王欣，郑淑文，陈宇，孙仕奇



DG接入对微电网电流保护的影响

丁婧1，王欣1，郑淑文2，陈宇3，孙仕奇1

（1．国网湖北省电力有限公司鄂州供电公司，湖北省 鄂州市 436000；2．国网河南省电力有限公司平顶山供电公司，河南省 平顶山市 467000；3．湖北华电西塞山发电有限公司，湖北省 黄石市 435001）

分布式电源(DG)接入微电网后，微电网由单源变为多源系统，会改变原有网络的潮流分布以及故障短路电流流向，造成原有保护的灵敏度下降，出现误动拒动等现象。分析DG接入位置与接入容量的不同对微电网保护的影响，并在PSCAD软件上搭建微电网模型，接入DG，验证DG接入位置不同以及接入容量不同对微电网电流保护的影响。

分布式电源；微电网；电流保护

0 引言

微电网是为了满足用户的需求而在用户侧安装分布式电源(distributed generator，DG)的低压配电网，主要由DG、负荷、储能及控制装置组成，与大电网结合具有能源利用率高、兼容环境、适应可再生能源等优点[1-5]。根据经济性和实用性，我国中低压配网一般采用传统三段式电流保护。微电网与大电网并网运行时，与传统配电网类似，但由于其含有高渗透率的DG，而DG“即插即用”的特性使得微电网的拓扑结构复杂多变，微电网中的潮流分布及故障时的电流大小和方向也受DG影响发生了根本性变化。DG对微网中的故障电流分布和传统电流保护之间的整定配合关系都会产生影响，这些与DG的接入位置、接入容量和接入方式等有关[6-12]。

DG对微电网电流保护的影响由下列因素决定[13-15]：

1）DG接入位置。DG接入位置的不同导致DG与故障点的位置之间不同，线路阻抗不同导致提供的故障电流不同。

2）DG接入容量。DG接入容量不同导致DG接入阻抗不同，提供的短路电流不同。

3）DG接入方式。DG直接并网和通过电力电子装置并网2种接入方式。通过电力电子设备并网的DG受限制故障时提供的短路电流很小，直接并网的DG故障时提供的短路电流大。

1 DG接入对微电网保护影响的理论分析

1.1 DG对微电网保护产生的影响与DG位置的关系

如图1所示，S为大电网等效电源，DG为分布式电源，系统等效电源与分布式电源分别通过降压变压器与升压变压器接入微电网。母线电压为10kV，线路保护装置均采用电流保护。微电网末端接有负荷PQ1与PQ2。

图1 简单微电网结构示意图

图2 微电网等效电路图

1）DG从母线C接入。

线路CD上f1点发生故障时，流过保护1、2、3的短路电流为：

2）DG从母线E接入。

线路CD上f1点发生故障时，保护3上的短路电流值：

仅由系统电源向故障点提供短路电流，保护3可准确切除保护范围内的故障。

同时，保护4上的短路电流值：

DG提供的短路电流流过保护4，当其超过正向整定值时，有可能造成保护4误动。

3）DG从母线F接入。

线路CD上f1点发生故障时，保护6上的短路电流值：

DG向故障点提供反向短路电流，当其超过正向整定值时，保护6有可能误动作。保护1、2、3上的短路电流值：

通过保护1、2、3的故障电流由系统和DG同时提供，对故障电流起到了助增作用，电流速断保护范围将增大，甚至延伸至下一段，导致保护失去选择性而误动。

4）DG从母线B接入。

线路CD上f1点发生故障时，流过保护3的短路电流为

综上所述，DG接入后对电流保护的影响主要包括4个方面：1）DG产生的助增作用。当DG在故障点上游时，线路的短路电流将由系统电源和DG共同提供，其短路电流值将增大，电流速断保护范围也随之增大，可能导致保护装置失去选择性而误动；2）DG产生的汲流作用。当DG在故障点上游时，DG将影响上游短路电流的分布，使上游线路的短路电流值减小，电流限时速断保护范围随之减小，可能导致保护装置因灵敏度降低而拒动；3）DG产生的反向作用。当DG在故障点下游或在相邻馈线时，DG将向上游保护装置提供反向短路电流，使其失去方向性而误动；4）DG离故障点越近，对电流保护的影响越大。

1.2 DG对微电网保护产生的影响与DG容量的关系

1）线路CD发生故障。

线路CD上f1点发生故障时，流过保护3的短路电流值：

流过保护1和保护2的短路电流值：

2）线路DE发生故障。

线路DE上f1点发生故障时，DG向保护4提供反向电流，流过保护4的短路电流为

综上所述，DG对微电网保护产生的影响与DG容量的关系主要表现在DG的容量将影响其阻抗的大小，从而短路电流值也随之改变，对电流保护间的整定与配合关系间存在一定的影响。

2 DG接入对微电网保护影响的仿真分析

2.1 仿真模型的建立

图3 简单微电网模型

10kV的含两馈线简单微电网模型如图3所示，系统额定电压和额定容量为10.5kV和100MV×A，大电网电压为110kV，变压器采用D-yn11接线，变比为110/10.5kV，并通过PCC连接点与微网相连。DG额定容量均为8MV×A，输出电压为0.69kV。线路1、线路2和线路3为架空线(LGJ-120/25钢芯铝绞线)，线路阻抗单位长度的标幺值为0.245+j0.304，长度分别为3、3、4km；线路4、线路5为地下电缆(YJLV21-150/60铜芯交联聚氯乙烯电缆)，线路阻抗单位长度的标幺值为0.254+j0.0717，长度分别为12、10km，相邻馈线上线路6和线路7为架空线路，其阻抗单位长度标幺值为0.245+j0.304，长度分别为3、3km。线路负荷为4+j3MV×A。在各线路上装设传统电流保护装置CB1—CB8。

2.2 DG接入对微电网保护影响的仿真结果分析

2.2.1 线路的传统保护配置

首先考虑DG未接入微网时的保护配置，根据所搭建的微电网模型与系统参数，对各线路进行短路故障仿真，各线路的I段整定电流值如 表1所示。

由于线路的II段整定值需与下一级线路I段整定值相配合，根据表1的I段整定值计算出各线路的II段整定值如表2所示。

表2 各线路II段整定电流值与灵敏度

以上数据为所搭建微电网模型的各线路保护装置参数要求。

2.2.2 DG接入位置不同对传统保护的影响

为了研究DG接入位置不同对传统保护的影响，保持DG容量不变，故障点位置固定，改变DG位置，对所搭建模型进行短路故障仿真。

假设DG分别从母线B2、B3、B4接入，当线路4末端发生三相短路时，各线路电流测量值如表3所示。

表3 各线路电流测量值

由表3可知，DG接入微电网后，微电网各线路上短路电流的分布将发生变化，DG上游的短路电流减小，DG下游的短路电流增大。在DG容量不变，故障位置固定，DG接入位置不同时，DG越接近故障位置，DG提供的故障电流越大。

线路4发生故障时，应由保护4切除故障，则线路4的电流保护I段整定值与保护范围如 表4所示。

表4 线路4的故障电流整定值与保护范围

由表4可知，DG接入后线路4末端短路电流值增大，且DG距离故障点越近，保护4测量的短路电流值越大。DG接入后保护4测量的短路电流增大，而传统电流保护I段整定值相对较小，使保护4的保护范围发生变化，DG接入母线4时尤为明显，导致保护4的电流保护I段在线路5故障时因失去选择性而误动。

DG接入后对上游装置的影响主要体现在电流II段保护上。为了研究DG对II段保护的影响，保持DG容量不变，改变DG和故障点位置，对所搭建模型进行短路仿真。

假设DG分别从母线B2、B3、B4接入，同时线路2、线路3、线路4分别发生故障，各线路电流测量值如表5所示。

表5 各线路电流测量值

由表5可知，DG的接入改变了故障电流的分布，受电流助增作用影响DG下游故障线路电流增大，而上游非故障线路电流比故障线路电流小。传统II段整定值按限时电流速断范围不超过下一级线路电流速断保护范围整定。DG接入后各线路的传统电流保护II段整定值与灵敏度如表6所示。

表6 各线路的电流保护II段整定值与灵敏度

由表6可知，传统电流II段保护未涉及DG的汲流作用，DG下游故障线路电流增大，I段整定值增大，上游线路II段整定值相应增大，而实际流过上游非故障线路的短路电流小于流过下游故障线路的电流，导致传统II段保护灵敏度降低，可能拒动而不满足保护要求。

2.2.3 DG接入容量不同对传统保护的影响

为了研究DG接入容量不同对传统保护的影响，保持DG位置不变，故障点位置固定，改变DG容量，对所搭建模型进行短路故障仿真。

假设容量为4、6、8、10MV×A的DG分别从B4接入，线路4末端发生短路故障时，保护4测量的故障电流值与其对应的保护范围见表7。

表7 保护4测量的故障电流值与其对应的保护范围

由表7可知，当线路4末端发生短路故障时，在不改变DG接入位置情况下，DG接入的容量越大，保护4测量的故障电流越大，其保护范围随之增大甚至延伸至下一级线路，导致线路5故障时，保护4失去选择性而误动。

保护3的限时速断保护范围不应超过保护4的电流速断保护范围，保护3的II段保护整定值应大于保护4的I段保护整定值。保护3的II段整定值和各线路电流测量值如表8所示。

表8 保护3的II段整定值和各线路电流测量值

当线路4末端发生短路故障时，在不改变DG接入位置情况下，DG接入的容量越大，DG接入的容量越大，保护4测量的故障电流越大，保护3测量的故障电流越小，保护3的II段整定值按大于保护4的I段整定值进行计算，忽略了DG的汲流作用，使II段整定值偏高，灵敏度降低，导致保护3可能因灵敏度不足而拒动，且DG接入容量越大，此现象越为明显。

综上所述，在DG容量一定，故障点位置不变的情况下，改变DG的位置，或在DG位置一定，故障点位置不变的情况下，改变DG的容量，都将导致馈线上故障电流的分布发生了改变，DG下游线路因DG电流助增作用而导致故障电流增大，DG上游线路因DG电流汲流作用而导致故障电流减小，影响下游线路的I段保护和上游线路的II段保护，导致下游保护失去选择性而误动，上游保护灵敏度降低而拒动，对保护之间的整定配合关系造成了很大地影响，且此现象在DG越靠近故障点位置或DG容量越大时尤为明显。

3 结论

分别从DG的接入位置和接入容量个方面分析微电网短路故障时，DG接入对微电网传统电流保护所产生的影响，并通过PSCAD/EMTDC仿真软件搭建简单的微电网模型对所述理论分析进行仿真验证。1）DG的接入改变了微电网短路电流水平，对下游线路的短路电流具有助增作用，使DG下游I段保护范围增大，导致微电网传统电流I段保护因选择性降低而误动。同时DG离故障点位置越近，且DG容量越大，短路电流增大越明显，对I段保护的影响越严重。2）DG下游故障时，DG上游线路的短路电流由于分流作用保护范围将减小，导致传统电流II段保护灵敏度降低而拒动。DG容量越大，短路电流减小的越多，II段保护拒动情况越明显，II段保护的灵敏度越小。

因此传统电流保护亟需改进，以适应拓扑结构多变的微电网。自适应电流保护的出现为解决上述问题提供了一些思路[12]。自适应电流保护能够根据微电网运行状态的改变而自适应调整电流保护定值，使其保护区域不受微电网运行状态的影响。1）利用信息共享的方法实时获取分布式电源的状态信息在线计算并调整各保护装置的定值；当本地保护单元检修或拒动时，由保护中心替代其保护功能，实现远程后备保护。2）利用线路在微电网内部故障与故障切除过程中电流存在的明显差异特征，实现对负荷自启动过程的准确识别：当连续两次检测到电流突变量大于设定门限值时，即认为负荷产生自启动过程。可根据负荷变化而做出动态调整，从而构建自适应过电流保护方案。

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The Impact of DG Access on Microgrid Current Protection

DING Jing1, WANG Xin1, ZHENG Shuwen2, CHEN Yu3, SUN Shiqi1

(1. State Grid Hubei Electric Power Co., LTD., Ezhou Power Supply Company, Ezhou 436000, Hubei Province, China; 2. State Grid Henan Electric Power Co., LTD., Pingdingshan Power Supply Company, Pingdingshan 467000, Henan Province, China; 3. Hubei Huadian Xisaishan Power Generation Supply Company, Huangshi 435001, Hubei Province, China)

When distributed generator (DG) is connected to the microgrid, the microgrid will change from single source system to multiple source system, which will change the power flow distribution and fault short-circuit current flow of the original network, the sensitivity will decrease, and the phenomenon of false rejection will occur. In this paper, the influence of DG on the protection of microgird is analyzed, and the model is built on the PSCAD. The effect of DG on the protection of microgird is verified.

distributed generator; microgird; current protection

10.12096/j.2096-4528.pgt.18192

2018-11-05。

丁婧(1992)，女，硕士，研究方向为电力系统继电保护，503673557@qq.com。

丁婧

(责任编辑 辛培裕)