分布式电源接入配电网故障保护
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编辑：admin
时间：2017-10-27
2 分布式電源接入对现有保护与定位方法的影响
传统单电源辐射性配电网的保护方法主要是电流保护。即当线路发生故障时，流过电流保护的电流增大整定电流和整定时间时保护就会动作，切除发生故障的线路。目前电流保护主要是是三段式电流保护，它们之间相互配合共同完成对配网的保护任务。但是随着分布式电源的接入原有单电源辐射性配电网的结构也就发生了改变。必然对三段式电流保护产生一定的影响。图1是原有配电网接入分布式电源后的配电网结构。
如图2所示，当线路AB的f1点发生故障时，按照继电保护的选择性来讲，保护1应立即动作切断故障线路AB，但是该配网含分布式电源，这样，BC线路仍然会流过短路电流，可能会导致保护2的误动作。通过分析流过保护2的故障电流可知当故障电流大于其整定值，那么保护2就会误动，当故障电流小于其整定值，保护2就不会误动。这主要与分布式电源提供短路电流的大小有关。
当线路BF的f3点发生故障时，如果分布式电源的容量过大，那么流过保护6的电流就会变大，而BC线路也会流过由分布式电源提供的短路电流。这样也可能导致保护2、保护1的误动作。
当改变DG接入的位置，如图3所示，这个时候DG位于保护装置3的下游，这样的话，流过3处保护的故障电流值就会变小，这样导致的结果很可能就是保护3不动作。
当分布式电源位于配电网末端时如图4所示。当f1点发生故障时DG相当于没有接入配电网。这样的话图中的配电网就变成了传统的单电源网络结构。我们观察各个保护安装点的情况，其中另一条支路的保护6和保护7不会受影响，因为它们不会感受到故障电流。本支路的保护4虽然流过了短路电流，但是接入DG与未接入DG，对于流过保护4的短路电流来讲，基本没有什么变化（所以在f1点短路的情况发生时，保护4能正确切除故障线路。
当f3点发生故障时，另一条支路的保护6和保护7不会受影响，因为它们无故障电流流过。保护3有故障电流流过，但接入DG与未接入DG相比影响很小可以忽略不计。而保护4会流过DG提供的短路电流，有可能造成保护4会误动作。
当f2点发生故障时，由原系统电源和DG提供的短路电流会流过保护6。这样保护3有可能准确动作。但是，DG提供的短路电流会流过保护2和3，这样保护2和3都有可能误动作。
综上所述，在接入DG之后，配电网的结构发生了变化。当DG接入配网的位置固定时。对不同位置发生故障时，分布式电源对其上游线路有分流的作用，对其下游线路有助增的作用。这样会导致保护拒动或者误动，不利于配电网的安全。当分布式电源在不同位置接入配电网时，分布式电源接入配电网会造成配电网保护的不正确动作。因此，我们需要寻求更好的方法来解决分布式电源接入配电网的继电保护问题。
3 基于电流方向搜索法的分布式电源接入配电网故障保护与定位
一个含分布式电源的配电网如图5所示，当线路发生故障时，其等效电路如图6所示。
图中Zs是系统阻抗，Z1….Zk，Zn是各分支线路的阻抗。是故障短路电流的故障电流分量，是发生故障时母线电压正序故障分量，因此可得：
（1）
由式（1）可知电流之间的关系主要取决于、之间的关系。在配电网线路阻抗角一般为，也就是说Zs，Zi之间的阻抗角约为，那么、之间的角度约为。由于、之间的夹角小于，所以也位于之间，并且其幅值大于每一个向量的模值，即满足：
（2）
当母线发生故障时根据基尔霍夫电流定律可得：
（3）
根据公式（2）可以发现故障支路故障分量电流的幅值大于未发生故障支路的故障分量电流，并且故障分量电流的相位也与其余未发生故障支路的电流相位差异较大，所以，我们可以根据这些特征制定出故障方向判据。
4 实例仿真与结论
如图7所示，一较复杂多个分布式电源接入配电网。
如图7所示，首先规定电流由线路流向母线为正方向，电流由母线流向线路为负方向。每一级的母线上的智能电力监测装置IED负责比较采集的故障分量电流的大小，比如对于第一级母线IED来讲，需要将采集的各支路故障分量电流值进行比较确定出故障支路。沿着该支路正方向，向前搜索。
传统单电源辐射性配电网的保护方法主要是电流保护。即当线路发生故障时，流过电流保护的电流增大整定电流和整定时间时保护就会动作，切除发生故障的线路。目前电流保护主要是是三段式电流保护，它们之间相互配合共同完成对配网的保护任务。但是随着分布式电源的接入原有单电源辐射性配电网的结构也就发生了改变。必然对三段式电流保护产生一定的影响。图1是原有配电网接入分布式电源后的配电网结构。
如图2所示，当线路AB的f1点发生故障时，按照继电保护的选择性来讲，保护1应立即动作切断故障线路AB，但是该配网含分布式电源，这样，BC线路仍然会流过短路电流，可能会导致保护2的误动作。通过分析流过保护2的故障电流可知当故障电流大于其整定值，那么保护2就会误动，当故障电流小于其整定值，保护2就不会误动。这主要与分布式电源提供短路电流的大小有关。
当线路BF的f3点发生故障时，如果分布式电源的容量过大，那么流过保护6的电流就会变大，而BC线路也会流过由分布式电源提供的短路电流。这样也可能导致保护2、保护1的误动作。
当改变DG接入的位置，如图3所示，这个时候DG位于保护装置3的下游，这样的话，流过3处保护的故障电流值就会变小，这样导致的结果很可能就是保护3不动作。
当分布式电源位于配电网末端时如图4所示。当f1点发生故障时DG相当于没有接入配电网。这样的话图中的配电网就变成了传统的单电源网络结构。我们观察各个保护安装点的情况，其中另一条支路的保护6和保护7不会受影响，因为它们不会感受到故障电流。本支路的保护4虽然流过了短路电流，但是接入DG与未接入DG，对于流过保护4的短路电流来讲，基本没有什么变化（所以在f1点短路的情况发生时，保护4能正确切除故障线路。
当f3点发生故障时，另一条支路的保护6和保护7不会受影响，因为它们无故障电流流过。保护3有故障电流流过，但接入DG与未接入DG相比影响很小可以忽略不计。而保护4会流过DG提供的短路电流，有可能造成保护4会误动作。
当f2点发生故障时，由原系统电源和DG提供的短路电流会流过保护6。这样保护3有可能准确动作。但是，DG提供的短路电流会流过保护2和3，这样保护2和3都有可能误动作。
综上所述，在接入DG之后，配电网的结构发生了变化。当DG接入配网的位置固定时。对不同位置发生故障时，分布式电源对其上游线路有分流的作用，对其下游线路有助增的作用。这样会导致保护拒动或者误动，不利于配电网的安全。当分布式电源在不同位置接入配电网时，分布式电源接入配电网会造成配电网保护的不正确动作。因此，我们需要寻求更好的方法来解决分布式电源接入配电网的继电保护问题。
3 基于电流方向搜索法的分布式电源接入配电网故障保护与定位
一个含分布式电源的配电网如图5所示，当线路发生故障时，其等效电路如图6所示。
图中Zs是系统阻抗，Z1….Zk，Zn是各分支线路的阻抗。是故障短路电流的故障电流分量，是发生故障时母线电压正序故障分量，因此可得：
（1）
由式（1）可知电流之间的关系主要取决于、之间的关系。在配电网线路阻抗角一般为，也就是说Zs，Zi之间的阻抗角约为，那么、之间的角度约为。由于、之间的夹角小于，所以也位于之间，并且其幅值大于每一个向量的模值，即满足：
（2）
当母线发生故障时根据基尔霍夫电流定律可得：
（3）
根据公式（2）可以发现故障支路故障分量电流的幅值大于未发生故障支路的故障分量电流，并且故障分量电流的相位也与其余未发生故障支路的电流相位差异较大，所以，我们可以根据这些特征制定出故障方向判据。
4 实例仿真与结论
如图7所示，一较复杂多个分布式电源接入配电网。
如图7所示，首先规定电流由线路流向母线为正方向，电流由母线流向线路为负方向。每一级的母线上的智能电力监测装置IED负责比较采集的故障分量电流的大小，比如对于第一级母线IED来讲，需要将采集的各支路故障分量电流值进行比较确定出故障支路。沿着该支路正方向，向前搜索。
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