刍论含分布式电源的配电网智能电流保护策略

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇刍论含分布式电源的配电网智能电流保护策略范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：分布式电源（DG）的短路电流会对配电网继电保护配合产生一定影响，并且一些DG的故障电流特性较为复杂，且易受自然条件的影响，这些都会给配电网故障处理带来一定困难。本文旨在分析DG对配电自动化系统故障定位的影响，探索含DG配电网电流保护的解决策略

关键词：分配式电源；配电网；电流保护

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：

一、DG的故障电流特性

DG包括热电联产（CHP）发电、微型燃气轮机发电、小型水力发电、风力发电、光伏发电、太阳能发电、生物质能发电、燃料电池等。按照DG与配电网的接口方式不同，DG可分为变流器类电源和电机类电源。

1.电机类DG

通过同步发电机或异步发电机直接连接到配电网的DG属于电机类DG。通常，CHP发电和小型水力发电等采用同步发电机直接并网，而风力发电一般采用SCIG或DFIG直接并网。根据文献，在并网点发生短路时，同步发电机输出的起始短路电流可达额定电流的7倍左右。如果短路点距离DG安装点较远，考虑到线路阻抗和非理想金属性短路，实际短路电流会小一些。根据文献，在并网点发生短路时，SCIG提供的起始短路电流约为额定电流的5~7倍，此后经过约3~10个周期逐渐衰减到零。根据文献，在并网点发生短路时，DFIG会产生8~10倍于额定电流的起始短路电流，然后逐渐衰减。若在短路期间，DFIG的转子功率控制器仍维持有效，则DFIG会提供持续的短路电流，但其值会限制在略高于负荷电流。但若发生短路时，Crowbar电路起作用，将转子绕组短接，则DFIG的短路电流特性与SCIG类似，稳态短路电流趋于零。

2.变流器类DG

通常，燃料电池、光伏电池、直驱式风力发电、微型燃气轮机和储能装置等都是通过变流器并网的。变流器类DG的限流特性取决于变流器的控制与保护策略。接入到配电网运行的变流器类电源基本上采用三相电压源变流器（VSC），其直流母线接收来自DG或储能装置的直流电，由VSC将直流电逆变为与电网电压同步的交流电，经过连接电抗器的缓冲和滤波后接入配电网中。VSC存在直接电流控制和间接电流控制2种基本控制策略，其短路电流特性显著不同。直接电流控制方式可以实时控制交流电流的瞬时值］。在并网点发生短路时，DG向短路点提供的短路电流始终可以控制在设定的允许过电流范围（一般为1.2~1.5倍的额定电流）之内。对于间接电流控制，由于存在调节过程，在配电网发生短路时，将会出现一个暂态过程。次暂态短路电流的大小取决于变流器的电路参数，一般不超过４倍额定电流，稳态短路电流将限制在过电流设定值范围（一般为1.2~1.5倍的额定电流）之内。

二、含DG配电网的短路电流计算

含DG配电网的短路电流计算依赖于配电网结构、DG接入位置，以及所有无源和有源元件的等值模型。配电网的短路电流在短路期间是一个动态变化过程，要求一个模型能够反映短路全电流的变化过程非常困难，因此，短路电流特性常用一个最大的次暂态短路电流（起始短路电流）和一个最小的稳态短路电流来表征。而对配电自动化系统故障定位影响较大的主要是次暂态短路电流。含DG配电网的短路电流计算一般遵循以下步骤：首先建立DG的等效电路，电机类和采用间接电流控制的变流器类DG等效为电压源和次暂态电抗的串联形式，而采用直接电流控制策略的变流器类DG等效为电流源；之后将DG的等效模型、配电网各元件以及系统侧等效电源按照元件之间的电路连接关系连接起来，形成配电网的短路分析模型；再根据电路连接关系，求取各电源点（包括配电网的系统等效电源）单独在网络中引起的短路电流，即该电源对短路电流的贡献；所有电源产生的短路电流之和即为系统的总短路电流。上述短路电流没有包含非周期分量，馈线终端、配电终端中故障电流检测虽然采用傅里叶算法，但由于存在互感器和采样误差，以及非周期分量影响难以完全排除，在设置电流定值时需采取乘系数的方式加以考虑。

三、DG配电网电流保护的解决策略

DG接入配电网后，会改变配电网的短路电流水平和方向。由于DG容量一般较小，提供的短路电流也较小，而且短路电流会受到光照和风速等自然因素影响，因此，增加了继电保护配合的困难。但也由于DG提供的短路电流较小，对配电自动化系统的故障定位一般不会造成较大影响，利用这个特点，完全有可能采用附录Ａ所述的基于故障电流的传统故障定位规则或者是对其稍加改进就能实现故障定位。

1.DG接入的相关限制

为了减少DG对配电网的影响，对DG的接入一般有以下限制。1）国家电网公司标准Q/GDW480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求，DG总容量原则上不超过上一级变压器所供区域负荷的25％。2）IEEE起草的DG并网标准Std 1547.2中，定义了刚性系数（SR）的概念。SR定义为公共连接点（PCC）含DG的配电网短路容量与DG短路容量之比，并要求SR不能低于20。SR反映了DG对PCC处短路电流的贡献。

2.DG接入上游母线的情形

对于DG接入上游母线的情形，无论接入数量多少，在SR满足Std 1547.2标准要求的情况下，根据故障电流信息，采用基于故障电流的传统故障定位规则就能实现故障定位。但是，需要将DG接入点开关和DG出口断路器处的配电终端的故障电流信息上报阈值均根据主电源的短路电流设置，使流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，但流过DG所提供的短路电流时不超过该阈值而不上报故障电流信息。

3.DG接入馈线的情形

对于DG接入馈线的情形，当某个区域发生故障时，除了该区域的主电源侧端点会流过主电源所提供的短路电流以外，对于该区域与DG连接的端点也会流过相应DG提供的短路电流。若主电源提供的短路电流与DG提供的短路电流相差较大时，可以设置故障电流上报阈值，当流过主电源所提供的短路电流时超过该阈值而上报故障电流信息，而流过DG提供的短路电流时未超过该阈值而不上报故障电流信息，从而根据故障电流信息依靠传统故障定位规则就可以进行故障定位。但是，若主电源所提供的短路电流与DG提供的短路电流相差不大时，则难以使设置故障电流上报阈值达到上述目的，根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位会发生误判。

四、结束语

1）选择含DG配电网的配电自动化系统故障定位策略的一般原则是：如果可以找到一个阈值，能可靠地将来自主电源的短路电流和来自DG的短路电流区分开来，只有流过来自主电源的短路电流时配电自动化终端才上报故障电流信息，则可以根据故障电流信息采用传统故障定位规则进行故障定位。2）当限制分散接入每条馈线的DG总容量不超过该馈线最严酷情形下所带负荷的25％时，城市电缆配电网根据故障电流信息依靠传统故障定位规则基本上都能正确进行故障定位，对于架空配电网在供电距离较短时，也可以根据故障电流信息依靠传统故障定位规则进行故障定位，在供电距离较长、接纳DG尤其是电机类DG的容量偏高时，则须采用改进的故障定位策略。

参考文献：

[1]梁才浩，段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响[J].电力系统自动化，2001，25(6).

[2]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].3 版.北京：中国电力出版社，2003.