柳想 王芳祿

摘要：階段式電流保護(hù)常用于配電網(wǎng)繼電保護(hù)中，但分布式電源接入配電網(wǎng)后，會改變其短路電流大小及方向，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)拒動(dòng)等。以ETAP軟件為平臺搭建含光伏電源的10 kV配電網(wǎng)模型，研究一定容量的光伏電源接入后對傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)及反時(shí)限過電流保護(hù)動(dòng)作配合的影響，并在不改變原有保護(hù)方案的基礎(chǔ)上，仿真并驗(yàn)證限制光伏電源接入容量的保護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：光伏電源;ETAP軟件;配電網(wǎng)保護(hù);影響

中圖分類號：TM615? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）05-0037-04

分布式光伏發(fā)電具有不會對空氣造成污染、有太陽就能發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，已成為重要的可再生能源之一。但是光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)后，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)會改變短路電流的大小及方向，從而對配電網(wǎng)原有繼電保護(hù)的正常運(yùn)行造成影響。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，越來越多的軟件可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)計(jì)算及仿真。本課題利用ETAP 12.6.0建立光伏電源接入10 kV配電網(wǎng)的模型，對含光伏電源的配電網(wǎng)進(jìn)行較為精確的仿真分析。

1 光伏電源接入對配電網(wǎng)保護(hù)的影響

1.1 仿真系統(tǒng)模型及參數(shù)

利用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP（Enterprise Software Solutions for Electrical Power Systems）對分布式光伏電源并入配電網(wǎng)進(jìn)行建模仿真分析。結(jié)合東北電網(wǎng)具體情況，設(shè)計(jì)10 kV典型配電網(wǎng)仿真模型（如圖1所示）。

由圖1可以看出：該10 kV配電網(wǎng)仿真模型由兩線饋線組成，母線Bus3和母線Bus5分別位于饋線末端，直接與負(fù)荷相連。將等效電網(wǎng)系統(tǒng)容量設(shè)置為100 MVA，X/R設(shè)置為20，ETAP軟件直接計(jì)算出等效電網(wǎng)短路阻抗的正序阻抗、負(fù)序阻抗、零序阻抗數(shù)值。傳輸線Line的導(dǎo)體類型為AAAC，阻抗值為0.859 Ω/km，AB線路長2.641 km，BC線路長1.497 km，DE線路長2.815 km，EF線路長1.000 km。

繼電器Realy1～Relay4均選用ALSTOM的P121模型。電流互感器的變比均為2500/5。Iset′為電流速斷保護(hù)的整定值，t′為電流速斷保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間（0 s）;Iset′′′為反時(shí)限過電流保護(hù)的整定值，t′′′為其動(dòng)作時(shí)間，動(dòng)作時(shí)限滿足逐級配合關(guān)系。具體參數(shù)設(shè)置見表1。

ETAP軟件的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列和逆變器構(gòu)成。根據(jù)實(shí)際太陽能電池陣列輸出的總功率，配置不同串并聯(lián)型式的光伏電池組合。設(shè)置光伏電源PVA1的容量為10.7 MW，逆變器直流額定電壓為220 V，將其通過BC線路上H點(diǎn)接入配電網(wǎng)。

1.2 不同線路故障時(shí)光伏電源對保護(hù)的影響

1.2.1 當(dāng)BC線路末端K1點(diǎn)短路 如圖2所示，當(dāng)BC線路上K1點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，流過保護(hù)Relay1的短路電流雖然僅由系統(tǒng)電源提供，但由于光伏電源的汲流作用，導(dǎo)致流過Relay1的短路電流值減小。由仿真結(jié)果可知，此時(shí)流過Relay1的短路電流為0. 685 kA，電流速斷保護(hù)不會動(dòng)作，過電流保護(hù)也不會動(dòng)作。而仿真PVA1未接入配電網(wǎng)時(shí)K1點(diǎn)短路時(shí)的故障電流情況，流過Relay1的短路電流為1.217 kA。說明光伏電源的接入使得流過Relay1的短路電流明顯減小，嚴(yán)重時(shí)Relay1甚至?xí)軇?dòng)。

1.2.2 當(dāng)AB線路中間位置K2點(diǎn)短路 如圖3所示，在PVA1的容量與接入點(diǎn)均不變的情況下，當(dāng)AB線路上K2點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，Relay2與Relay1的電流速斷保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。流過Relay2的短路電流僅由系統(tǒng)電源提供，其并未受到光伏電源的影響，所以Relay2的電流速斷保護(hù)能夠正確動(dòng)作。而此時(shí)光伏電源對Relay1提供了2.400 kA的反向故障電流，達(dá)到了Relay1電流速斷保護(hù)的整定值，所以Relay1與Relay2的電流速斷保護(hù)同時(shí)動(dòng)作。說明光伏電源的接入導(dǎo)致保護(hù)Relay1誤動(dòng)作。

1.2.3 當(dāng)DE線路首端K3點(diǎn)短路 如圖4所示，在PVA1的容量與接入點(diǎn)位置均不變的情況下，當(dāng)其他分支DE線路首端K3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，流過Relay3的短路電流僅由系統(tǒng)電源流向故障點(diǎn)的電流所提供，所以Relay3的電流速斷保護(hù)能夠正常運(yùn)行，切除故障。而此時(shí)在光伏電源的作用下，流過Relay1的反向故障電流突然增大，達(dá)到Relay1的電流速斷保護(hù)整定值，所以其電流速斷保護(hù)動(dòng)作，使保護(hù)失去了可靠性。

2 改進(jìn)方法

由以上分析可知，光伏電源接入配電網(wǎng)會使傳統(tǒng)電流保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)。在不改變原有電流保護(hù)方案的前提下，可以通過限制配電網(wǎng)中光伏電源接入容量來保證繼電保護(hù)裝置的可靠動(dòng)作。為此，針對光伏電源接入后DE線路上K3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的具體情況，仿真驗(yàn)證減小光伏電源接入容量的保護(hù)策略。

DE線路上K3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，PVA1提供的流過Relay1與Relay2的反向短路電流相同，而保護(hù)裝置越靠近線路末端，保護(hù)的整定值越小，保護(hù)越容易誤動(dòng)，因此只需要考慮Relay1的動(dòng)作情況即可。并且PVA1對流過Relay3的電流具有助增作用。K3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，流過Relay1的短路電流值為IK3，其電流速斷保護(hù)整定值為Iset1′，只有當(dāng)IK3

取原光伏電源容量的一半，將5.3 MW的光伏電源接入線路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。首先將PVA1容量設(shè)置為5.3 MW，其他元件參數(shù)不變，再將PVA1接入原來的位置。如圖5所示，此時(shí)Relay3的電流速斷保護(hù)動(dòng)作，切除故障。光伏電源提供的助增電流為1.100 kA，流過Relay1的短路電流值并未達(dá)到Relay1的電流速斷保護(hù)整定值，故Relay1不動(dòng)作。繼電保護(hù)恢復(fù)了快速、準(zhǔn)確動(dòng)作，保護(hù)正常運(yùn)行。

減少光伏電源的接入容量后，線路上發(fā)生三相短路故障時(shí)PVA1所提供的短路電流相應(yīng)減小，未達(dá)到Relay1的電流速斷保護(hù)整定值，所以其不動(dòng)作。而Relay3的電流速斷保護(hù)在t=0 s時(shí)動(dòng)作，如果Relay3的電流速斷保護(hù)拒動(dòng)，則由其反時(shí)限過電流保護(hù)在t=0.482 s時(shí)動(dòng)作，切除故障，保護(hù)仍然可以可靠動(dòng)作?？梢姡尤肱潆娋W(wǎng)的光伏電源的容量是影響保護(hù)裝置正常運(yùn)行的重要因素之一。接入光伏電源的容量越大，線路上發(fā)生故障時(shí)由其提供的短路電流越大，保護(hù)裝置誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。因此，適當(dāng)限制光伏電源的接入容量，可以有效解決故障電流對保護(hù)裝置的影響。

3 結(jié)論

采用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP建立典型的配電網(wǎng)模型，對10.7 MW的光伏電源PVA1接入線路上同一位置而不同線路發(fā)生故障時(shí)光伏電源對短路電流的影響進(jìn)行仿真。當(dāng)故障發(fā)生在光伏電源接入點(diǎn)上游時(shí)，故障點(diǎn)距其接入點(diǎn)越近，其提供的短路電流越大，保護(hù)裝置越容易誤動(dòng)。光伏電源接入配電網(wǎng)的容量越大，其對短路電流的影響越大，當(dāng)其容量足夠大時(shí)，會引起保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)，對配電網(wǎng)帶來危害。以K3點(diǎn)短路時(shí)光伏電源對保護(hù)裝置的具體影響情況為例，在不改變原有保護(hù)方案的前提下，仿真驗(yàn)證了限制光伏電源接入容量的保護(hù)策略，避免了保護(hù)誤動(dòng)作，并且未對原有配電網(wǎng)保護(hù)做出改動(dòng)，經(jīng)濟(jì)性較好，是一種相對優(yōu)化的方案。

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