袁剛++陳奎

摘 要：隨著分布式電源的接入，傳統(tǒng)單電源輻射性配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必然發(fā)生改變。按照傳統(tǒng)單電源輻射性配電網(wǎng)保護與定位方法，已不能完全適用于含分布式電源的配電網(wǎng)。在研究分布式電源接入對現(xiàn)有保護和定位方法影響的基礎(chǔ)上，提出了基于電流方向法的分布式電源接入配電網(wǎng)保護與定位的方法。通過構(gòu)建仿真模型，仿真驗證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；保護與定位；電流方向法；電力系統(tǒng)故障

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）18-0125-04

1 前言

分布式電源作為一種清潔環(huán)保，安裝靈活的發(fā)電技術(shù)，在各個國家都獲得了迅速的發(fā)展。近年來，在國家戰(zhàn)略的大力支持下，我國分布式電源得以迅猛發(fā)展，裝機容量躍居世界首位。此外，當下我國的配電系統(tǒng)多為傳統(tǒng)的單福射結(jié)構(gòu)，接納能力有限，不適合分布式電源的大規(guī)模自由接入，這在某種程度上阻礙了分布式電源在配電網(wǎng)層面的推廣應(yīng)用。因此也得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。

廣大繼電保護工作者根據(jù)分布式電源接入配電網(wǎng)的特征，分別提出了加裝電壓互感器和方向元件來實現(xiàn)的電流保護；考慮DG分流，采用雙整定方法，適用于系統(tǒng)運行方式變化較小的保護方法；光纖保護、縱聯(lián)保護、廣域保護等方法。上述這些方法有效地提高了分布式電源接入配電網(wǎng)的保護準確性、靈敏性和可靠性。但是在應(yīng)用中還存在一定的局限性，有必要進行更進一步的研究。本文在借鑒上述方法的基礎(chǔ)上，通過分析分布式電源接入對傳統(tǒng)三段式電流保護不同影響的基礎(chǔ)上，提出利用各線路電流綜合比向的方法來實現(xiàn)分布式電源接入配電網(wǎng)的保護，且該方法不受分布式電源滲透率、接入位置等因素的影響。并經(jīng)仿真驗證了本方法的有效性。

2 分布式電源接入對現(xiàn)有保護與定位方法的影響

傳統(tǒng)單電源輻射性配電網(wǎng)的保護方法主要是電流保護。即當線路發(fā)生故障時，流過電流保護的電流增大整定電流和整定時間時保護就會動作，切除發(fā)生故障的線路。目前電流保護主要是是三段式電流保護，它們之間相互配合共同完成對配網(wǎng)的保護任務(wù)。但是隨著分布式電源的接入原有單電源輻射性配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也就發(fā)生了改變。必然對三段式電流保護產(chǎn)生一定的影響。圖1是原有配電網(wǎng)接入分布式電源后的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，當線路AB的f1點發(fā)生故障時，按照繼電保護的選擇性來講，保護1應(yīng)立即動作切斷故障線路AB，但是該配網(wǎng)含分布式電源，這樣，BC線路仍然會流過短路電流，可能會導致保護2的誤動作。通過分析流過保護2的故障電流可知當故障電流大于其整定值，那么保護2就會誤動，當故障電流小于其整定值，保護2就不會誤動。這主要與分布式電源提供短路電流的大小有關(guān)。

當線路BF的f3點發(fā)生故障時，如果分布式電源的容量過大，那么流過保護6的電流就會變大，而BC線路也會流過由分布式電源提供的短路電流。這樣也可能導致保護2、保護1的誤動作。

當改變DG接入的位置，如圖3所示，這個時候DG位于保護裝置3的下游，這樣的話，流過3處保護的故障電流值就會變小，這樣導致的結(jié)果很可能就是保護3不動作。

當分布式電源位于配電網(wǎng)末端時如圖4所示。當f1點發(fā)生故障時DG相當于沒有接入配電網(wǎng)。這樣的話圖中的配電網(wǎng)就變成了傳統(tǒng)的單電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。我們觀察各個保護安裝點的情況，其中另一條支路的保護6和保護7不會受影響，因為它們不會感受到故障電流。本支路的保護4雖然流過了短路電流，但是接入DG與未接入DG，對于流過保護4的短路電流來講，基本沒有什么變化（所以在f1點短路的情況發(fā)生時，保護4能正確切除故障線路。

當f3點發(fā)生故障時，另一條支路的保護6和保護7不會受影響，因為它們無故障電流流過。保護3有故障電流流過，但接入DG與未接入DG相比影響很小可以忽略不計。而保護4會流過DG提供的短路電流，有可能造成保護4會誤動作。

當f2點發(fā)生故障時，由原系統(tǒng)電源和DG提供的短路電流會流過保護6。這樣保護3有可能準確動作。但是，DG提供的短路電流會流過保護2和3，這樣保護2和3都有可能誤動作。

綜上所述，在接入DG之后，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。當DG接入配網(wǎng)的位置固定時。對不同位置發(fā)生故障時，分布式電源對其上游線路有分流的作用，對其下游線路有助增的作用。這樣會導致保護拒動或者誤動，不利于配電網(wǎng)的安全。當分布式電源在不同位置接入配電網(wǎng)時，分布式電源接入配電網(wǎng)會造成配電網(wǎng)保護的不正確動作。因此，我們需要尋求更好的方法來解決分布式電源接入配電網(wǎng)的繼電保護問題。

3 基于電流方向搜索法的分布式電源接入配電網(wǎng)故障保護與定位

一個含分布式電源的配電網(wǎng)如圖5所示，當線路發(fā)生故障時，其等效電路如圖6所示。

圖中Zs是系統(tǒng)阻抗，Z1….Zk，Zn是各分支線路的阻抗。是故障短路電流的故障電流分量，是發(fā)生故障時母線電壓正序故障分量，因此可得：

（1）

由式（1）可知電流之間的關(guān)系主要取決于、之間的關(guān)系。在配電網(wǎng)線路阻抗角一般為，也就是說Zs，Zi之間的阻抗角約為，那么、之間的角度約為。由于、之間的夾角小于，所以也位于之間，并且其幅值大于每一個向量的模值，即滿足：

（2）

當母線發(fā)生故障時根據(jù)基爾霍夫電流定律可得：

（3）

根據(jù)公式（2）可以發(fā)現(xiàn)故障支路故障分量電流的幅值大于未發(fā)生故障支路的故障分量電流，并且故障分量電流的相位也與其余未發(fā)生故障支路的電流相位差異較大，所以，我們可以根據(jù)這些特征制定出故障方向判據(jù)。

4 實例仿真與結(jié)論

如圖7所示，一較復(fù)雜多個分布式電源接入配電網(wǎng)。

如圖7所示，首先規(guī)定電流由線路流向母線為正方向，電流由母線流向線路為負方向。每一級的母線上的智能電力監(jiān)測裝置IED負責比較采集的故障分量電流的大小，比如對于第一級母線IED來講，需要將采集的各支路故障分量電流值進行比較確定出故障支路。沿著該支路正方向，向前搜索。endprint

當進行完第一級故障分量電流幅值比較后，立即進行第二級故障分量電流幅值比較（故障線路進行，非故障線路不用進行比較），如果IED對第二級故障分量電流進行分析比較后發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在母線時，則故障區(qū)域落在第一級母線與第二級母線之間。

如果IED對第二級故障電流分量幅值進行分析比較后發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生在支路上則繼續(xù)進行搜索，直到確定故障位置。

當線路EF發(fā)生故障時，首先IED對支路AB、AH、AK支路進行故障電流檢測，發(fā)現(xiàn)AB支路故障電流分量值最大，那么沿著AB支路正方向繼續(xù)向前尋找故障。IED對BC、BE支路進行故障電流檢測發(fā)現(xiàn)BE支路故障電流分量值最大。那么系統(tǒng)則判斷AB支路未發(fā)生故障，繼續(xù)沿著BE支路正方向繼續(xù)向前搜索。IED對EF和含分布式電源支路的故障電流進行檢測，發(fā)現(xiàn)EF支路的故障電流分量值最大，并且利用判據(jù)得出表1的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)判斷故障發(fā)生在母線F的上游。此時，系統(tǒng)可以確定故障發(fā)生在EF處，停止向前搜索。系統(tǒng)確定故障位置在EF處，控制保護裝置動作切斷線路EF，起到保護線路的作用。

從表中的數(shù)據(jù)可以看出利用式（2）可以準確的判斷出故障方向的，利用式（3）可以準確的幫助系統(tǒng)確定故障點位置。且離故障點越近，故障特征越明顯，所以離電源越近的地方對電力智能檢測裝置的精度要求也越高。同樣模擬其它位置的故障都可以有效地定位故障區(qū)間。當改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、分布式電源接入的位置等，徑仿真都可以準確實現(xiàn)故障定位。

綜上所述該方法可對分布式電源接入配電網(wǎng)故障實現(xiàn)有效定位，為解決分布式電源接入配電網(wǎng)的保護和故障定位提供有效地幫助。

參考文獻

[1]韓奕，張東霞.含逆變型分布式電源的微網(wǎng)故障特征分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（10）：147-152.

[2]鮑薇.分布式電源并網(wǎng)標準研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（11）：46-52.

[3]徐丙垠，李天友，薛永端.智能配電網(wǎng)建設(shè)中的繼電保護問題講座六有源配電網(wǎng)保護技術(shù)[J].供用電，2012（6）：15-25.

[4]Yiming Mao.Protection system design for distribution systemsin the presence of distributed generation[D].China：PHD dissertation，2005.

[5]丁明，王偉勝，王秀麗，等.大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響綜述[J].中國電機工程學報，2014，34（1）：1-13.

[6]張艷霞，代鳳仙.含分布式電源配電網(wǎng)的饋線保護新方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2009（12）：71-74.

[7]劉穎.DG并網(wǎng)條件下配電網(wǎng)繼電保護問題研究[D].河南理工大學，2001.

[8]EI-Khattam W，Salama M M A.Distributed generation technologies，definitions and benefits.Electric Power System Research，2004，71：119-128.

[9]許促軒，陸于平，章憤，等.分布式發(fā)電配電網(wǎng)新型充分式保護原理及方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014（9）：2532-2537.

[10]徐巖，衛(wèi)狐張銳.距離保護在含分布式電源配網(wǎng)中的應(yīng)用[J].華北電力技術(shù)，2013（6）：31-35.

[11]謝臭，夏冬平，盧繼平.距離保護在具有分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用.2006（12）：56-60.

[12]Willis Scott. Distributed power generation planning and evaluation[M].New York：Marcel Dekker，2007.

[13]Firouz Y，F(xiàn)arhadkhani S，Lobry J.Numerical comparison of the effects of different types of distributed generation units on overcurrent protection systems in MV distribution grids[J].Renewable Energy，2014， 69（3）：271-283.

[14]Javadian S A M，Haghifam M R，Bathaee S M T.Adaptive centralized protection scheme for distribution systems with DG using risk analysis for protective devices placement[J].International Journal of Electrical Power & Energy Systems，2013，44（1）：337-345.

[15]張立梅，唐巍，趙云軍.分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)后對系統(tǒng)電壓及損耗的影響分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39（5）：91-94.

[16]BenjaminKroposki，Thomas Basso，Richard DeBlasio.Microgrid standards and technologies[C]，IEEE Power and Energy Society General Meeting-Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century，2008：14.endprint