蘇虎成,譚剛?cè)?楊建華，鄭長春

(攀枝花供電公司,四川 攀枝花 617000)

一種含光伏電源的配電網(wǎng)電流保護(hù)的新方法

蘇虎成,譚剛?cè)?楊建華，鄭長春

(攀枝花供電公司,四川 攀枝花 617000)

通過分析含有光伏電源的配電網(wǎng)的故障電流特征，找到了一種僅利用故障電流的正序分量進(jìn)行故障定位的方法。首先利用無故障支路的正序故障電流分量模值較小，故障支路的故障電流正序分量模值最大，判斷出故障饋線；然后利用故障電流正序分量的增量來對(duì)含光伏電源的饋線上的故障段進(jìn)行判斷。該方法能有效對(duì)含有光伏電源的配電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。

光伏電源;正序分量;故障定位;配電網(wǎng)

1 引言

目前我國中、低壓配電網(wǎng)主要為單側(cè)電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)是單端電源供電系統(tǒng)，其電流、功率的方向是恒定的。相對(duì)于高電壓大系統(tǒng)而言，其繼電保護(hù)屬于簡(jiǎn)單保護(hù)。對(duì)于非終端線路，饋線保護(hù)采用三段式電流保護(hù)與其他保護(hù)相結(jié)合，也即電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)[1]。傳統(tǒng)的方向過流保護(hù)雖然保證了保護(hù)的選擇性，但接線復(fù)雜，投資較大，存在死區(qū)[2]。

光伏電源一般通過10kV饋線接入配電系統(tǒng)，接入光伏電源后的配電網(wǎng)由單電源轉(zhuǎn)化為多電源網(wǎng)絡(luò)，受光照強(qiáng)度和溫度的影響，光伏電源的輸出功率并不是始終恒定的，而是隨時(shí)變化的[3]。隨著大量光伏電源在電力系統(tǒng)中的滲透率越來越高，必然會(huì)改變配電網(wǎng)的潮流分布，給系統(tǒng)運(yùn)行和保護(hù)帶來一系列問題[4-8]。

本文分析了引入光伏電源并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的具體影響，提出一種新的保護(hù)方法，該方法不需要電壓的配合，只需要通過分析正序故障電流就能很好的進(jìn)行故障識(shí)別，且一條含光伏電源饋線的幾段支路只需由一套保護(hù)裝置進(jìn)行控制,節(jié)省了投資。

2 引入光伏電源后對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響

本文規(guī)定從系統(tǒng)電源往線路末端的方向?yàn)檎较?系統(tǒng)電源側(cè)為上游,線路末端為下游。

光伏電源的接入對(duì)配電網(wǎng)的故障電流以及故障切除時(shí)間產(chǎn)生影響，主要與光伏電源的容量和接入地點(diǎn)有關(guān)[9]。對(duì)不同地點(diǎn)不同容量的光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響可歸納為[10]：

(1) 相鄰饋線故障時(shí)，反向故障電流可能導(dǎo)致本饋線保護(hù)誤動(dòng)；

(2) 光伏電源下游故障時(shí)，流過光伏電源下游保護(hù)的故障電流增加，有利于保護(hù)的動(dòng)作，但可能使下游保護(hù)的電流速斷保護(hù)范圍延伸至下一條線路，使電流速斷保護(hù)失去選擇性；

(3) 光伏電源上游故障時(shí)，流過光伏電源上游保護(hù)的故障電流只由系統(tǒng)提供，此時(shí)光伏電源的接入不對(duì)上游保護(hù)構(gòu)成影響。

光伏逆變器在白天直流母線滿足并網(wǎng)要求時(shí)，輸出功率按最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)輸出，在夜間一般處于停運(yùn)狀態(tài)。光伏電站的輸出功率隨機(jī)變化，提供給外部故障時(shí)的故障電流也隨機(jī)變化，因而給三段過流保護(hù)定值的整定造成極大困難。若采用距離保護(hù)或是縱差保護(hù)等其它原理的保護(hù)，又會(huì)大大的增加投資而限制光伏發(fā)電的發(fā)展[11]。

3 加入光伏電源后配網(wǎng)保護(hù)新方法

本文以一個(gè)10kV配電網(wǎng)模型(如圖1所示)為例，通過研究整個(gè)配網(wǎng)中僅一條含光伏電源饋線上的故障時(shí)對(duì)傳統(tǒng)三段過電流保護(hù)的影響，針對(duì)傳統(tǒng)三段過電流保護(hù)的不足提出解決方案。所建立的配電網(wǎng)模型由多條饋線構(gòu)成，圖中饋線3為無故障線路，用于等效于該配網(wǎng)的其他正常并聯(lián)運(yùn)行的饋線。圖中IED為智能電子裝置，具有與配電網(wǎng)自動(dòng)化主站端通信并執(zhí)行動(dòng)作命令的能力[12]，但不具備保護(hù)功能。本文中IED安裝于含有光伏電源的饋線支路和母線A的各條出線上，IED采集的電流量輸送給變電站饋線1的保護(hù)裝置，其他不含光伏電源的饋線可由傳統(tǒng)保護(hù)配置保護(hù)也可由如饋線1由一套保護(hù)集中控制。

針對(duì)上述加入光伏電源后對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)影響，本方法要解決兩個(gè)問題。

第一：當(dāng)在K4點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)經(jīng)光伏電源反送的電流可能使饋線1處的保護(hù)誤動(dòng)，為解決這一缺陷，在饋線1的保護(hù)裝置處在沒有PT的情況下需能對(duì)故障進(jìn)行選線判斷。

第二：當(dāng)在K3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，要防止光伏電源的助增作用使得BC段的保護(hù)可能誤動(dòng)的情況，由于光伏電源功率和負(fù)荷的隨機(jī)變化，要準(zhǔn)確下達(dá)過電流保護(hù)各段的定值幾乎不可能，因而必須尋找其他方法來解決這一問題。

3.1 故障定位原理

3.1.1 基于正序故障電流的故障定位原理

正序故障分量具有以下三個(gè)突出特點(diǎn)：

(1)正序故障分量不受系統(tǒng)電源電勢(shì)影響，即與負(fù)荷情況無關(guān)；

(2)正序故障分量在任何故障類型下均存在，利用它能反映各種短路；

(3)正序故障分量電壓在故障點(diǎn)處最大，在系統(tǒng)中性點(diǎn)處為零。正序故障分量的上述特點(diǎn)使它更適合用作繼電保護(hù)中的檢測(cè)量[13]。

設(shè)一個(gè)母線有n條支路，設(shè)系統(tǒng)側(cè)短路阻抗為Z0，系統(tǒng)側(cè)正序故障電流分量為ΔI0。各支路的短路阻抗為Zi正序故障電流分量為ΔIi，負(fù)載阻抗Z，負(fù)載正序故障電流分量為ΔI，為方便說明此時(shí)考慮各線路為空載的情況，即Z為無窮大，ΔI等于0。當(dāng)?shù)趇(i=0,1,…，n)條支路發(fā)生故障時(shí)，正序故障分量原理圖(如圖2所示)，ΔU為母線電壓正序故障分量。

則各支路正序電流故障分量關(guān)系式如下：

(1)

(2)

因系統(tǒng)各正序阻抗之間的夾角為銳角，由式(1)(2)可推得：

(3)

由式(3)可見，當(dāng)母線上某一支路發(fā)生短路故障時(shí)，故障線路電流故障分量的模值最大，由此可以區(qū)分故障線路和非故障線路，從而實(shí)現(xiàn)故障定位。

當(dāng)母線發(fā)生短路時(shí)，有關(guān)系式。

(4)

(5)

在帶光伏電源的配電網(wǎng)故障分析中，可以利用正序故障電流分量模值的大小來判斷故障支路，且此方法不受故障類型和故障位置的影響，簡(jiǎn)單可靠。

3.2 基于正序故障電流突變量比較的下游故障定位原理

以圖1中10kV饋線模型進(jìn)行分析，分別考慮當(dāng)含光伏電源饋線1下游故障的BC段和CD段發(fā)生短路故障時(shí)的情況。

K3點(diǎn)發(fā)生故障，此時(shí)AB、BC、和CD段的正序故障突變量電流都會(huì)增大，由上面的分析有

(6)

4 實(shí)例分析

以圖1中10kV配電網(wǎng)的模型為例，當(dāng)故障點(diǎn)發(fā)生在光伏電源接點(diǎn)的上游如K4點(diǎn)故障時(shí)，通過IED裝置上傳饋線1、饋線2、饋線3的電流量到保護(hù)裝置，經(jīng)故障分析計(jì)算，由于AE段正序故障電流最大因而可以判斷故障發(fā)生在AE上，即使AB段光伏電源的反送電流很大，饋線1的保護(hù)不動(dòng)作；饋線2的保護(hù)由常規(guī)過流保護(hù)去動(dòng)作。

若故障發(fā)生在AB段，由于故障AB段正序故障電流最大，此時(shí)判斷故障發(fā)生在AB段，保護(hù)能正確定位故障發(fā)生在饋線1上，有程序判斷故障是否發(fā)生在AB段，若是，直接發(fā)令給AB段的IED跳閘。若故障發(fā)生在BC段，此時(shí)由IED上傳的電流經(jīng)故障分析計(jì)算比較，AB段的故障電流大于同級(jí)的饋線2、饋線3的正序故障電流，此時(shí)可以判斷故障發(fā)生在饋線1上，又由于AB、BC段正序故障電流同時(shí)增大，此時(shí)可判斷故障發(fā)生在BC段，同理若故障發(fā)生在CD段也能正確判斷，不會(huì)因?yàn)楣夥娫吹拇嬖诙贡Ｗo(hù)發(fā)生誤判的行為。這樣就能利用很少的保護(hù)裝置來完成了對(duì)含光伏電源配網(wǎng)的保護(hù)。

含光伏電源的保護(hù)方案流程圖如圖4所示。

5 結(jié)論

目前，對(duì)含光伏電源的配電網(wǎng)保護(hù)的研究尚處于探索階段。本文提出的新型的基于正序故障電流的保護(hù)方法，從光伏電源高滲透條件下的配電網(wǎng)故障時(shí)的故障電流的特點(diǎn)出發(fā)，通過對(duì)各饋線正序故障電流的大小進(jìn)行判斷，從而能準(zhǔn)確定位故障饋線；對(duì)于故障發(fā)生在光伏電源下游時(shí)的情況，通過比較各段支路正序故障電流增量來判斷故障發(fā)生在哪一段。該保護(hù)方法原理清晰,對(duì)于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有一定的自適應(yīng)性。

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A New Method of Current Protection for Distribution Networks with Photovoltaic Power

SUHu-cheng,TANGang-ran,YANGJian-hua,ZHENGChang-chun

(Panzhihua Electric Power Supply Company,Panzhihua 617000,China)

By analyzing the characteristics of short-circuit current when fault occurs in distributi-on system with photov-oltaic power ,a method of fault location using only positive sequence com ponent with fault current is proposed.It shows that the modular of positive sequence component with fault current of non-fault branch is smaller and the modular of pos-itive sequence component with fault curr-ent of fault branch is the largest.First,according to that the fault feeder can be dis-tinguished.Then by analyzing positive sequence component of fault current increment,the fault section of the fault feeder with photovoltaic power can be distinguished.The method can effecti-vely protect the distribution network with photovoltaic power.

photovoltaic power;positive sequence component;fault location;distributed generation

1004-289X(2015)01-0030-04

TM72

B

2014-10-07

蘇虎成(1980-)，男，湖北荊州人，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方面的工作。