谐波电流对低压配电网的影响分析
程金牛+倪呈祥+邓金华
[摘 要]在介绍了配电网结构及其传统保护配置的基础上，以包含单个分布式电源（DG）的配电系统为模型，详细了分析推导了当馈线上不同位置发生短路时，单个DG接入后对原电流保护的影响，并通过PSCAD/EMTDC进行了仿真验证。为后续进一步研究含DG的配电网保护提供了一定的理论依据。
[关键词]分布式电源；配电网；电流保护；短路电流
中图分类号：TM773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0279-01
引言
在智能电网的背景下，分布式发电（Distributed Generation， DG）作为一种新兴的高效的、清洁的发电方式，已在电力系统中得到了比较广泛的应用。由于DG的容量较小，一般是通过配电网接入电力系统，其接入将影响配电系统的结构以及配电网中的短路电流大小、流向和分布，从而给配电网原有的继电保护产生一定的影响。
1 配电网结构及其传统保护的配置
继电保护的配置与网络拓扑结构直接相关。DG通常接入10～110kV公共配电网络，其接入会给配电网的保护带来一定的影响，因此有必要先对配电网的结构及其原有保护的配置情况加以介绍。
我国配电网结构通常为单电源辐射状网络，该结构具有接线可靠、保护整定容易、易扩充等优点。我国配电网的继电保护也是以此为基础设计和配置的，其典型的继电保护配置为：线路保护装设在变电站内靠近母线的线路断路器处，配置三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。其中，瞬时电流速断保护按照躲过线路末端故障产生的最大三相短路电流的方法整定，不能保护线路全长；定时限电流速断保护按照线路末端故障有灵敏度并与相邻线路的瞬时电流速断保护配合的方法整定，能够保护本线路全长；过电流保护按照躲线路最大负荷电流并与相邻线路的过电流保护配合的方法整定，作为相邻线路保护的远后备，能够保护相邻线路的全长。除此之外，对非全电缆线路，配置三相一次重合闸，保证在线路发生瞬时性故障时快速恢复供电。对于不存在与相邻线路配合问题的终端线路，为简化保护配置，一般采用瞬时电流速断保护加过电流保护组成的二段式保护，再配以三相一次重合闸的保护方式，其中电流速断保护按照线路末端故障有灵敏度的方法整定，能够保护线路全长。
2 单个DG接入对配电网电流保护影响的理论分析
2.1 含单个DG的配电系统
DG对配电网电流保护产生的影响与DG的容量和类型、保护安装位置以及短路点位置有很大关系。本文选取如图1所示的典型配电网模型作为研究对象，推导出不同位置发生短路情况下流过保护装置的短路电流计算公式，并分析DG对配电网电流保护产生的影响
图1所示配电系统含有2条馈线和6条线路，其中Es为系统电源，DG为分布式电源，各线路始端均装有电流保护，DG通过母线C接入配电系统。设系统阻抗为Zs，分布式电源的阻抗为ZDG，对应线路的阻抗分别为ZAB，ZBC，ZCD，ZAF等。下面具体分析不同位置（选取具有代表性的f1，f2，f3点，其中f1，f2，f3分别为线路AB，CD，AF末端短路点）发生短路情况下流过保护的短路电流及其对电流保护的影响。
3 仿真验证
3.1 模型参数及电流速断保护定值
利用PSCAD/EMTDC建立图1所示的含单个DG的配电系统模型。系统基准容量500MVA， 基准电压10.5kV。系统最大运行方式下的阻抗Xsmin=0.0918，最小运行方式下的阻抗Xsmax=0.1268；架空线路AB，BC，AF的参数为：R=0.278，X=0.3478， 长度分别为2km，2km，4km；电缆CD，DE，FG的参数为：R=0.2598， X=0.0938，长度分别为7km，14km，6km；末端负荷阻抗均为（30+j15.7）。
在DG未接入的情况下，原配电网电流保护定值是按系统在最大运行方式下发生三相短路时整定的。根据上述参数可得出系统在最大运行方式下馈线上各段线路末端发生三相短路故障时的短路电流如表1所示：
根据表1得出的短路电流按照电流保护整定公式进行各保护的电流速断保护整定（取可靠系数=1.2）。由于电流保护保护范围随系统运行方式的变化而变化，一般按系统最小运行方式下两相短路来校驗保护范围，可以得出各保护电流速断保护整定值及保护范围
3.2 DG接入前后短路电流的变化情况
当线路CD末端，即f2点发生短路时，DG接入前后流过保护1和3的短路电流值如表2所示。
通过上表，可以明显的发现，由于DG的接入，流过保护1的短路电流由接入前的1688A增加到接入后的2545A，而流过保护3的短路电流却由接入前的1688A减小到32A。为了进一步说明DG接入前后短路电流的变化情况，下面给出了DG接入前后短路电流变化的对比曲线。
f2点发生短路时，DG接入前流过保护1和3的短路电流相等，最大值为2KA左右；而当DG接入后，流过保护1的短路电流减小，最大值在0.04KA左右，但流过保护3的短路电流增大，最大值超过4KA。故和前面的理论分析一致，即：DG接入后，在其下游发生短路时，流过DG上游保护的短路电流减小而流过DG下游保护的短路电流增大。
3.3 DG提供助增电流导致保护误动的情况
设f2点在0.5s时发生瞬时性三相短路故障，由于f2点位于线路CD的末端，而由3.1小节知，保护3的速断保护定值为2025A，保护范围为线路长度的48%，所以此时f2点发生的故障不在保护3的速断保护范围内，保护3的速断保护不应动作。
发现0.5s时，在f2点发生瞬时性三相短路故障后保护3的速断保护发生了误动。因而验证了前面的理论分析，DG提供的助增电流可能使保护范围扩大，导致保护误动的正确性。
通过仿真验证，其他情况下，前面就单个DG接入对配电网电流保护影响的理论分析也是正确的。由于篇幅限制，在此不一一给出仿真验证过程。
4 结语
本文就单个DG接入对配电网电流保护的影响进行了理论分析和仿真验证。文中针对单个DG接入后，配电网不同位置发生短路时，推导出含单个DG配电网短路电流的计算公式，得出单个DG的接入会对短路电流产生助增、汲流及反向电流的影响。然而DG接入对配电网保护的影响还有很多地方需要进一步研究，如多个DG接入的情况，接入DG容量的影响等以及含DG配电网保护的研究将是今后重要的研究内容。
参考文献
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