一種基于分布式電源系統(tǒng)的配網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)算法

曹松偉 蔣海峰 陳璐璐

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇南京211100）

0 引言

國際能源形勢愈發(fā)緊張，我國對分布式電源，如光伏、風(fēng)電、水電等的重視程度與日俱增，人們對新能源的需求也在逐年攀升。隨著新能源的不斷接入，分布式電源的優(yōu)勢更加明顯，主要體現(xiàn)在其接入的靈活性，并減少了傳統(tǒng)能源損耗和環(huán)境污染。

1 DG接入對傳統(tǒng)配網(wǎng)電流保護(hù)的影響

圖1為接有分布式電源的配電網(wǎng)簡化圖。

圖1 接有分布式電源的配電網(wǎng)簡化圖

根據(jù)圖1可以分析得出：（1）當(dāng)f1發(fā)生故障時，傳統(tǒng)保護(hù)可以有效切除故障，但是因?yàn)镈G的存在，會導(dǎo)致DG右側(cè)孤島運(yùn)行；（2）當(dāng)f2發(fā)生故障時，即使保護(hù)1及保護(hù)2動作也無法切除故障，導(dǎo)致重合閘失敗，加重了故障帶來的影響；（3）當(dāng)f3發(fā)生故障時，因整定值要考慮到DG的影響，可能會導(dǎo)致相鄰保護(hù)誤動；（4）當(dāng)f4發(fā)生故障時，因DG的接入，可能會導(dǎo)致保護(hù)4失去選擇性，進(jìn)而造成保護(hù)范圍擴(kuò)大。

綜上分析得出，因DG的接入，其對保護(hù)的影響主要為：（1）保護(hù)靈敏度下降；（2）DG下游的保護(hù)與上級保護(hù)失去配合；（3）DG上游的保護(hù)失去選擇性。

2 基于自適應(yīng)算法的電流速斷保護(hù)

為了避免傳統(tǒng)算法因整定值固定不變而不能適應(yīng)DG接入帶來的影響，本文提出了基于自適應(yīng)算法的電流速斷保護(hù)方案。其原理是通過廣域信息搜集配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)以及DG接入的信息，實(shí)時計(jì)算所保護(hù)線路末端故障電流Ifault，并根據(jù)此值整定自適應(yīng)速斷值。

式中：Zd為線路阻抗；Zs為配網(wǎng)系統(tǒng)阻抗；Kk為可靠系數(shù)；Kd為故障系數(shù)；Es為電網(wǎng)電勢為實(shí)時計(jì)算得到的線路末端短路電流。

圖2為系統(tǒng)不同狀態(tài)下的等效圖。

圖2中，Es、ED為等值電源，ΔUs為故障分量，ΔIs為電流故障分量。設(shè)定AB全長為L，α=ZAf/ZAB，0＜α＜1。當(dāng)圖2中F點(diǎn)出現(xiàn)接地故障時，自適應(yīng)速斷整定值為：

圖2 系統(tǒng)等效圖

故障電流為：

式中：Zs為系統(tǒng)等效阻抗；U1為保護(hù)1測得相電壓；I1為保護(hù)1處測得相電流；Zcf1為保護(hù)1處與故障點(diǎn)間的阻抗；EF1為保護(hù)1后側(cè)配網(wǎng)電勢；Icf為保護(hù)1處故障電流。

令I(lǐng)aop1=Icf，即正常Krel取1.1～1.3，從而α＜1，意味著自適應(yīng)過流保護(hù)范圍與取決于Krel。本文取Krel=1.1，α=0.9。

當(dāng)α′＞α?xí)r，若故障發(fā)生點(diǎn)位于保護(hù)1的保護(hù)范圍之外，保護(hù)1將可靠不動作。

因此，保護(hù)1保護(hù)線路AB全長的αL部分；相應(yīng)地，保護(hù)2保護(hù)線路BA全長的αL部分。

3 仿真驗(yàn)證

圖3為基于PSCAD/EMTDC的仿真模型，設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)部等效電抗為Lsmin=0.000 29 H，Lsmax=0.000 4 H，額定電壓為10.5 kV，容量為500 MVA。設(shè)置架空線AF全長4 km，AB、BC全長2 km，阻抗為X=0.347 Ω/km，R=0.27 Ω/km；設(shè)置電纜線路FG全長6 km，CD全長7 km，阻抗大小為X=0.093 Ω/km，R=0.259 Ω/km；DG采用受控電流源，負(fù)荷為恒阻抗模型。

圖3 基于PSCAD/EMTDC的仿真模型

若圖1中設(shè)定的DG上游f2點(diǎn)發(fā)生瞬時故障，那么傳統(tǒng)保護(hù)不能識別故障點(diǎn)是在DG上游或者下游，所以保護(hù)2的原理采用自適應(yīng)方案，保護(hù)2動作波形如圖4所示。

圖4 保護(hù)2動作波形

從仿真結(jié)果分析得出，針對DG上游故障，自適應(yīng)算法能夠可靠地動作跳閘，保證了保護(hù)的選擇性和靈敏性，并重合成功，同時還能夠確保上下級保護(hù)的有效配合。

4 結(jié)語

針對分布式電源接入系統(tǒng)后對配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，本文提出了基于廣域信息采集的自適應(yīng)整定算法，并通過建立PSCAD/EMTDC平臺仿真模型，驗(yàn)證了該算法的有效性和可靠性。