分布式电源对配电网继电保护的影响分析_图文

1、2011年第 1期 67诊断 维护Diagnosis & Maintenance分布式电源 (DistributedGeneration, DG 在接 入配电系统后,改变了系统原有的结构和接线方式,由单电源供电变为两端供电或多电源供电,增 加了支路数量,系统故障情况变得复杂。当系统发生短 路故障时,两个以上的电源均提供短路电流,这扰乱了 原有的继电保护配置方式。本文利用 PSCAD/EMTDC 这 一电磁暂态模拟软件,对各种不同情况下的分布式电源 接入情况进行分析,从而分析了分布式发电对配网保护 的影响并提出相应的改进措施。为弥补大电网单一集中供电的缺陷,分布式发电这 种新的发电方式发展非常迅

2、速。分布式电源是一般分布 在配电网中的,功率为 10kW30MW 的小型辅助电源, 包括风能、太阳能及生物能源发电等多种多样的发电形 式。当故障发生时,多电源共同向故障点注入电流,势 必扰乱原有的保护配置方式,影响保护的可靠性、选择 性、速动性和灵敏性,引起保护和重合闸装置的拒动和 误动。本文对各种故障情况进行分析,进行仿真予以验 证并提出相关改进措施。1分布式电源自身的保护要求接入配电网的 DG 主要包括风电、太阳能发电、生物 发电、燃料电池和家用小型发电机等。其种类可以分为 三种,分别为同步发电机、异步发电机和 DC -AC 逆变 型电源(经电力电子器件连接到电网 。同步发电机对故障电流具

3、有最直接的影响,在故障 之后的第一时间,故障电流的波形基本上决定于发电机 的参数。同步发电机在发生故障时能够输出很高的短路 电流, 数值上能够达到额定电流的 3倍, 并且维持很长一 段时间。异步发电机直接连入系统,不需要额外的电力电子 装置。 在故障发生的瞬间, 三相短路电流就达到峰值, 在0.20.3s 衰减为零。分布式电源中的逆变型电源的控制方式有电压型和 电流型两种,并且这两种控制方式大都以恒定功率输出 的。其故障电流会因为内部控制方式的响应不同而衰减 周期不同,逆变型电源一般会装设欠电压保护,当电压 过低时自动切断与电网联系,所以其故障电流一般不会 超过额定值的 2倍。作为分布式电源所

4、配备的保护来说,既要考虑到发 电机自身可能造成的故障,又要考虑到由于配网外部故 障而对其可能造成的影响。所以针对分布式电源来讲需 要另外考虑到由于配网内部故障而需设置负荷不对称保 护、欠电压保护、过电压保护、频率保护以及零序过电 压保护等。2分布式发电对电流保护的影响在如图1所示配电网模型中, 假设配电网中设置三段 式电流保护,并且整定值都是在分布式电源接入之前设 置好的。假设溃线 2末端母线 C 上接入了分布式电源 S g 。(1当 K1点发生故障时,主系统和分布式电源同时 向短路点注入短路电流,即I f =I S +I g式中 I f 故障电流 ;I S 系统提供短路电流; I g 分布式

5、电源提供的短路电流。分布式电源对配电网继电保护的影响分析王振浩王平李国庆/东北电力大学电气工程学院 周丽滨 /佳木斯电业局利用 P S C A D /E M T D C 这一电磁暂态模拟软件,对各种不同情况下的分布式电源接入情况进行 分析,从而分析了分布式发电对配网保护的影响并提出相应的改进措施。 图1接入分布式电源的10kV配电网结构图 保护 6保护 5馈线 268 2011年第1期诊断 维护 Diagnosis & Maintenance流过保护 1的短路电流较接入分布式电源之前有所 增加,增加了保护 1的灵敏性和可靠性。此时保护 1能够 准确动作,即时切断故障线路。但是如果因为这种助增

6、作用而使短路电流增大过多的话, 则会引起保护2的误动 作,扩大了停电范围。(2当 K2点发生故障时,母线 A 至短路点流过的电 流 I S 与分布式电流接入之前并无太大变化,所以并未对 保护 3产生影响,保护 3能够准确动作,但此时分布式电 源仍然向短路点注入短路电流 I g ,并且单独向下游供电, 由于功率和负荷相差悬殊,有可能会因为电压急剧降低 而造成电网崩溃。所以在这种情况下,需要在母线 C 左 侧也装设断路器, 并由保护 3引发动作信号, 在故障时同 时动作以切除故障。(3当 K3点发生故障时,由分布式电源提供的短路 电流同时流过保护 3、保护 4和保护 6,如果此时短路电 流足够大就

7、会引起保护 3和保护 4的误动作。3分布式发电对重合闸装置的影响电网故障大所数都是瞬时性故障,所以大都装设有 重合闸装置,可以在瞬时故障时迅速重合,使电网恢复 正常运行。前加速重合闸主要用于 35kV 以下由发电厂 或重要变电所引出的支配线路上,配电网电压等级较低, 故主要装设前加速重合闸。 如图 2所示, 假设两条馈线始 端均装设前加速自动重合闸。1当分布式电源未接入前馈线 2上发生故障时,均 由保护 4跳动先切除故障,之后重合闸装置起动,保护 4重合。若为瞬时性故障,则重合成功。在接入分布式电 源后,则在保护重合之后,分布式电源持续向故障点注 入短路电流,故障点的电弧持续存在,则可能导致绝

8、缘 击穿,使瞬时故障发展成永久故障。2由于分布式电源的接入,馈线 AC 段两端为双端 供电。当线路 AC 段发生故障时,为彻底切除故障,线路两端断路器需要同时动作,再次重合时会涉及到检同期 问题。若两端电源两端功角摆开较大,则会产生很大的 的冲击电流,对电力系统和电气元件产生冲击。4算例分析本算例中以图 1中的10kV 配电网为例, 利用仿真软 件 PSCAD 进行仿真,系统容量 S B =100kVA ,母线 电压 U B =10.5kV,在各节点处接入恒功率负荷 S N = 6MVA,cos =0.85,选取系统的运行方式为最大运 行方式, 系统参数为 X smin =0.091, L s

9、min =0.00029H。 可得到馈线2上保护14流过的最大短路电流值, 取 K rel =1.25, K rel =1.3, 可得到速断电流速断保护和限时电 流保护的整定值,如表 1所示。分别在 D E 、 C D 、 B C 、 A B 和 A F 处的设置三相接地 短路,可以得到流过保护的短路电流,如表 2所示。对比表 1和表 2可以分析得:1当线路 DE 发生故障时,本应保护 4动作切断故 障线路,可由于分布式电源的助增作用使得故障电流增 大, 将可能触发保护 3误动作。 这种情况可以在分布式电源下方加装限流电抗或者故障限流器。2当线路 CD 发生故障时,则因为分布式电源的助 增作用

10、增大了保护 3的灵敏度。3当线路 BC 发生故障时,保护 3动作后变为分布 式电源的孤岛供电,可能会使电压急剧降低而造成系统 崩溃,所以在这种情况下应当在保护 3的对侧增加断路 器,并由保护 3引发动作信号。同理在保护 1的对侧也应 装设断路器。表1保护14流过的最大短路电流及保护整定值 保护 10.8891.1110.915保护 22.1052.6311.444保护 34.4305.5373.420保护 48.81111.0137.198表2各故障点发生三相短路时流过保护的电流D E 1.1271.3710.5510.817C D 02.9911.1871.516B D 0 04.470 4

11、.484A B 0.1450.2314.4768.634A F0.2110.5851.2231.151馈线 2分布式电源 D G图2配电网馈线首端装设自动重合闸A R D2011年第 1期 69诊断 维护Diagnosis & Maintenance4当线路 AF 发生故障时,分布式电源提供的短路 电流流经保护 4,保护 4会发生误动作。可以通过在保护 4处加装方向元件而加以改进。5相关的改进措施1以分布式电源为界,在分布式电源上游两侧加装 方向性元件,在保护的对侧加装断路器。当一段线路两 端的功率注入方向为一正一负时,则可以判定为本区域 内故障。对于分布式电源的下游线路,可以将分布式电 源当

12、作助增电源,重新进行整定保留原有的三段式电流 保护,并在每段线路。2故障限流器(FCL在电网正常运行时,阻抗为 零;而在线路发生短路故障,电流增大时,对外表现为 高阻抗。在线路中加装故障限流器,减小故障电流,可 解决这一问题。或者也可选用超导故障限流器(SFCL 等,其具有更为完善的功能。3加装以其他电气量为度量单位的保护,例如方向比较式纵联保护,即利用输电线路两端功率方向相同或 相反的特征来判断是区内故障还是区外故障。6结束语本文就分布式发电这一新兴的发电方式对配电网继 电保护所产生的影响进行了分析,提出了相应的解决方 案,并结合仿真结果对所做分析进行了验证。分布式发 电是现代电网的发展趋势,解决由此引起的相关问题具有非常重要的现实意义。 EM (收稿日期 :2010-10-28 (上接第 66页另一种情况:SFS9-12500/110,电压组合(11022.5%/38.522