分布式发电接入对配电网继电保护的影响分析-

1、第27卷第1期2010年2月供 用 电分布式发电接入对配电网继电保护的影响分析郭 铭1,2,艾 芊1(1.上海交通大学,上海 200240;2.上海市电力公司,上海 201100摘 要:分布式发电接入配电网后,对配电网系统继电保护会产生影响。针对传统单电源放射式配电网络,研究了分布式发电接入位置和接入容量对过电流保护的影响,研究结果对含分布式发电的配电网继电保护的整定有参考价值。关键词:分布式发电;继电保护;过流保护;整定中图分类号:T M773 文献标识码:B 文章编号:1006-6357(201001-4Analysis on the Influence of Connecting Dis

2、tributed Generation on theRelaying of Distribution SystemG UO M ing1,2,A I Qian1(1.Shanghai Jiao T ong U niv ersit y,Shanghai200240,Shanghai China;2.Shanghai M unicipal Electr ic Po wer Co mpany,Shang hai201100,Shang hai ChinaAbstract:T he relay ing of distribution system will be influenced due to c

3、onnecting distribution g ener ation(DG.T he paper st udies the inf luence of connect ing location and co nnect ing capacity of DG on the ov ercurr ent pr otectio n of sing le pow er source radial distr ibution sy stem.T he r esult o f study has refer ence value for pro tection set ting of t he distr

4、 ibution sy stem wit h DG connected.Key words:distributed g ener atio n(DG;pro tective r elay ing;over cur rent protectio n;setting目前电力系统主要是集中发电、远距离输电的大型互联网络系统。对于这种系统,通过复杂的功率潮流等各种控制器可对其连续调节,并对大多数干扰具有鲁棒性。但是,近年来随着电网规模的不断扩大,超大规模电力系统的弊端也日益凸现,难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。因此,为了降低电力生产和供电成本、实现资源的优化配置,智能电网成

5、为了电网发展的未来趋势,而接入分布式发电(Distrib uted Generation,DG是智能电网中一个十分重要的方面。分布式发电可以有效配置在负荷区,增加电网的稳定性、降低电网损耗、改善电网电压和负荷功率因数、延缓电网的更新速度、增加电网可靠性和经济性。但是,分布式发电的接入使得配电系统从单电源放射式网络变为双端或多端有源网络,对目前配电系统的继电保护产生影响。本文主要分析分布式发电接入位置和容量对配电网速断过电流保护的影响。1 DG接入位置对配电网继电保护的影响配电网的拓扑结构主要有放射式、树干式和环网式几种。目前,我国大多数配电系统采用放射式接线,这主要是因为这种接线运行的简单性和

6、过电流保护的经济性。本文针对这种接线配电网进行讨论。图1为DG接入前系统发生故障时的计算等值图,图中,E S为系统等值电动势,J为DG待接入点,Z S、Z k分别为系统到J、J到故障点k的阻抗。设系统为无穷大系统,取标幺值E S=1。根据图1可计算出在接入DG前,故障时系统故障电流I S为:I S=E SZ S+Z k=1Z S+Z k( 1图1 分布式发电接入前计算等值图DG接入J点后,系统故障电流I S以及故障时DG感受电流I DG可按图2所示等值电路计算。图中,E D G为DG的电动势,Z S、Z DG分别为系统到1郭 铭,等:分布式发电接入对配电网继电保护的影响分析 图2 分布式发电接

7、入后计算等值图故障点、DG 到故障点的等值阻抗。I S =E S Z S =E SZ S +(Z S /Z D G +1Z k=1Z S +(Z S /Z DG +1Z k (2I DG =E DG Z DG =E D GZ DG +(Z DG /Z S +1Z k(3式中:Z DG 为DG 至接入点J 的阻抗。因此,DG 接入对系统侧保护所流过故障电流的影响可以用电流变量 I 表示。I =I S -IS =1Z S +Z K -1Z S +(Z S /Z DG +1Z K (4式(4中,第一项为DG 未接入时系统侧保护所流过的故障电流,第二项为接入DG 后系统侧保护所流过的故障电流,令a =

8、Z S /Z DG ,b =Z S /Z K ,则式(4变为I =a(b +1(b+1+a(5式中:a 反映出分布式发电接入系统的相对位置;b 反映出分布式发电接入点至故障点之间的位置关系。1.1 故障发生在DG 接入点下游 1如图3所示,B1、B2、B3为继电保护动作电流检测点,当故障发生在DG 下游k1处时, I 为正数,所以此时B1处检测到的故障电流小于DG 未接入时的故障电流,从而会降低保护的灵敏性,甚至有可能导致保护拒动。为此,当DG 接入后,DG 下游k1处发生短路故障时,B1处检测到的最小短路电流I kB1应能使B1处的电流速断保护可靠动作,以满足其故障瞬时切断的特性,即I kB

9、1 I B1(6式中:I B1为B1处的时限电流速断保护整定值。2当故障发生在k2、k3处时,相对于发生在k1处,a 不变,但b 变小, I 则变大,因此对于B1来说,流过其的故障电流越来越小,保护灵敏图3 故障在DG 接入点下游系统示意图性也越来越差。但是由于DG 的接入,会导致流过B2和B3的故障电流增大,增加了保护范围。如果DG 容量足够大,就有可能在k3处发生故障时,导致B2处保护误动。为此,流经B2处的短路电流I kB2应满足:I kB2!I B 2(7式中:I B2为B2处的时限电流速断保护整定值。1.2 故障发生在DG 接入点上游如图4所示,当故障发生在DG 接入点上游k 处时,

10、B1处流过的故障电流就是从系统到k的图4 故障在DG 接入点上游系统示意图故障电流,不受DG 的影响。B2处会受到分布式电源向故障点产生短路电流的影响,而故障点离分布式电源离越近时,由于a 不变,而b 变大,因此 I 变小,则流过B2处故障电流I kB2增大,有可能导致B2处保护动作。为此,短路电流Ik B2应满足:I kB2!I B2(8式中:I B2为B2处的时限电流速断保护整定值。2 DG 接入容量对配电网继电保护的影响为研究DG 不同接入容量对配电网继电保护的影响,构建含DG 的配系统如图5所示。图5 含DG 的配电系统示意图2.1 短路发生在DG 接入点上游时的影响设DG 分别接入L

11、 2上的点a 、b 、c(分别距B2点的距离为L 2长度的20%、50%、80%处,而故障发生在k 处时,改变分布式电源容量(S DG 的大小,计算流过B2处的故障电流I kB2,结果如图6所示。2郭 铭,等:分布式发电接入对配电网继电保护的影响分析 图6 DG 接入容量对其上游保护短路电流的影响由图6可见,当DG 接入L 2区域内,随着DG 容量的增加,经过B2处的逆向短路电流增大,当其容量增大到一定程度时,流过B2处的电流将超过其整定值,保护将动作,引起跳闸。2.2 短路发生在DG 接入点下游时的影响如图7所示,DG 接入节点1,改变DG 容量,在k2、k3发生三相短路故障时,流过B1、B

12、2、DG 的电流如图8、图9所示。 图7 含DG的系统示意图 图8 节点2发生故障时DG容量影响 图9 节点3发生故障时DG 容量影响由图8、图9可见,DG 接入容量对配电系统故障电流有显著影响。在k2处发生故障时(见图8,随着DG 容量的增加,DG 接入点处的故障电流不断增加,流过B2的故障电流也逐渐增加,但流过B1的电流是逐渐减小的。在k3处发生故障(见图9时,其故障电流分布变化情况类似。可见,与DG 接入前相比,在同一点发生故障,随着DG 接入容量的增加,经过DG 下游保护处的故障电流增大,则将使其保护范围增大和灵敏性增加,由此会发生误动;而经过DG 上、下游保护处的故障电流减小,会使保

13、护范围减小和灵敏性减小,由此可能发生保护拒动。3 DG 接入对配电网影响的结论综上所述,DG 接入配电网后,因配电网结构发生了变化,给继电保护带来如下影响。1由于分布式发电的接入,对接入点上游的所有保护都将产生逆向电流,导致这些保护对于上游和下游的故障在达到整定值时都将动作,从而失去了选择性;而此时若分布式发电接入点下游发生故障,流过保护的短路电流将减小,即分布式电源具有分流作用,当分流足够大时,将导致保护的灵敏度减小,对于时限电流速断保护而言,其保护范围可能覆盖不到全线。2当分布式发电接入点在保护上游而在保护下游发生故障时,分布式发电会产生正向的故障电流,将对配电系统的故障电流起到增流作用,

14、从而导致保护的保护范围增加。分布式发电接入的容量越大,其增流作用也越大,当增流到一定程度时,对于时限电流速断保护而言,保护范围将扩大至相邻下一级线路,保护由此也将失去选择性。3IEEE 1547标准IEEE Star dard forInterconnecting Distributed Resources w ithElectric Po w er System #对分布式电源的入网标准规定:当电力系统发生故障时,分布式电源必须马上退出运行。这就大大限制了分布式发电效能的充分发挥。而另一种思路是,由于原有的保护在方向性、选择性、灵敏度校验上不满足要求,而且随着分布式电源不断的并入电网,造成保

15、护整定值的不断改变,为此配电网的继电保护可以采用反应两端电气量的一些保护,如相差高频保护、高频闭锁方向保护、高频闭锁距离保护,但这会导致整个配电网的保护复杂化。(下转第37页3张功林,等:中压配电网元件运行可靠性评估通过算例分析,验证了本文提出的算法简单、实用,对数据要求不高,具有较强的可操作性。5 结语依据本算法开发的中压配电网在线可靠性评估系统%已成功应用于福建省某试点区域。该评估系统能良好地反应各种运行环境和运行状态的变化,能够发现影响系统安全运行的薄弱环节,达到了实时评估的需求。参考文献1 张红云,翟晓凡,吴晓蓉,等.中压配电网可靠性理论计算及分析J.中国电力,2005,38(6:28

16、 32. 2 程德才,赵书强,于 静.影响配电网可靠性相关因素的灰色关联分析J.供用电,2008,25(5:18 20. 3 R.N.Allan,R.Billinton,I.Sjar ief,et al.A RliabilityT est System For Educat ional P ur po ses&Basic D istr ibut ion System Data And R esult sJ.T r ans onPow er Sy stems,1991,6(2:813 820.4 陈文高.配电系统可靠性实用基础M.北京:中国电力出版社,1998.5 郭永基.电力系统可靠性

17、分析M.清华大学出版社,2003.6 张 巍,郑 琰,杨凤民.中压用户供电可靠性主要指标分析及应用J.供用电,2009,26(1:10 13. 7 林智敏,林 韩,温步瀛.天气条件相依失效模型的电力系统可靠性评估J.华东电力,2008,36(1:81 84.8 陈永进,任 震,黄雯莹.考虑天气变化的可靠性评估模型与分析J.电力系统自动化,2004,28(21:17 21.9 孙元章,程 林,刘海涛.基于实时运行状态的电力系统运行可靠性评估J.电网技术,2005,29(15:6 12.10 刘海涛,程 林,孙元章,等.基于实时运行条件的元件停运因素分析与停运率建模J.电力系统自动化,2007,3

18、1(7:6 11.收修改稿日期:2009年12月张功林 (1984-,硕士研究生,研究方向为配电网可靠性与经济性评估林 韩 (1958-,博士生导师,总工程师,享受国务院政府津贴专家,主要从事电力系统生产、运行和电力企业与科技管理工作,以及系统分析、继电保护、电网防灾减灾等研究工作陈 彬 (1982-,硕士,工程师,研究方向为配电网规划温步灜 (1967-,博士,副教授,研究方向为电力系统优化运行与电力市场(上接第3页微电网技术是解决分布式发电接入带来对继电保护影响的有效的概念与手段,因为微电网不仅强调有效利用分布式能源,提供高质量的供电服务,而且强调分布式电源不对接入的配电网带来不利的影响,从而解决了分布式电源的大规模接入问题,以充分发挥分布式电源的各项优势,同时为用户带来经济效益。参考文献1 L asseter R H.CERT S micro gr idC.IEEE Internatio nal Conference o n.2007.2 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答M.北京:中国电力出版社,1999.3 Kau