张红生 孙凤茹

(1兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070；2兰州城市学院城市经济与旅游文化学院，甘肃 兰州 730070)

现代社会中，由于化石燃料的日益枯竭和全球变暖等环境问题，可再生能源成为大力投资和开发的对象。利用可再生能源发电的分布式发电(Distributed generation，DG)技术得到快速发展[1]。大电网与分布式发电相结合被世界许多能源、电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是21世纪电力工业的发展方向。在国际上，分布式发电技术被称为是一场改变电力工业面貌的革命[2]。

分布式电源的接入同时给电力系统的控制和运行带来了影响，其中分布式发电对配网继电保护的影响就是很重要的一个方面[3]。传统配网保护必须做出调整和改进以满足分布式电源的接入要求，深入研究分布式发电对配电网继电保护的影响，有着十分重要的现实意义和应用价值。本文分析了分布式发电不同接入位置对现有配电网三段式电流保护的影响，并应用MATLAB软件进行仿真验证。

1 分布式电源对配电网电流保护的影响分析

由瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和定时限过电流保护组成的传统的三段式电流保护在配电系统中应用非常广泛，可以说是无处不在的。但是也存在受系统运行方式、线路接线方式影响较大的缺陷。分布式电源并入配电系统后，配电网由单电源变成双电源或者多电源系统，因此当它的潮流分布发生变化，从而造成当系统发生短路故障时，故障的电流大小和方向也会发生改变。下面分析DG以不同接入位置接入配电网后对传统配电网继电保护的影响。

1.1 在线路中间位置并入DG

由图1可知，分布式电源和系统之间的AB区段为双电源供电，其他的AC等区段还是单电源供电，ZS是系统阻抗，R1-R4为保护装置。当系统发生短故障的位置不同时分布式电源的存在对各保护的影响也是不一样的，具体见下述分析。

图1 在线路中间并入DG

1）DG上游K1点发生短路故障

由图1可知，K1点在分布式电源的上游，当K1处发生短路故障时，保护R3、R4在另一条馈线上，其保护动作和DG的存在与否无关。对于R1流过的短路电流只是由系统S提供，保护的保护动作和DG的存在与否是无关的，但线路右侧无保护配置，只能依靠DG的保护切除DG，影响供电可靠性。

2) DG下游K2点发生短路故障

由图1可知，K2点位于分布式电源的下游，当K2处发生短路故障时，保护R3、R4的动作和DG的存在与否是无关的。分析可得，系统S和分布式电源起提供保护R2的短路电流，比未加入DG时的大，R2装置能迅速且可靠地动作以切除故障。和K1点发生短路故障的情形相同，DG的分流作用使得流过保护R1的短路电流比接入DG时减小，灵敏度降低，严重情况下保护R1还有可能拒动。因此，必要时有需要的话应该限制并入的分布式电源的容量，容量不能过大。

3) 同一母线的其他馈线K3/K4点发生短路故障

由图1可知，K3/K4点属于同母线的其他馈线，当该线路发生短路故障时，系统和分布式电源提供的短跻电流都流过保护R3/R4，电流比未加DG时增大，所以保护R3/R4可以可靠动作切除短路故障；但由于DG并网容量的变化，也可能会对保护的选择性和灵敏性之间带来新的冲突。而R1此时也有故障电流由DG提供，随着分布式电源容量的增大，保护R1可能会误动而切除本线路，造成停电范围扩大。

1.2 在线路末端位置并入DG

由图2可知，分布式电源和系统之间的馈线L1区段为双电源供电，其他的AC等区段还是单电源供电，Zs是系统阻抗，R1-R4为保护装置。当系统发生短路故障的位置不同时，分布式电源的存在对各个保护的影响也是不一样的。具体见下述分析。

图2 在线路末端位置并入DG

DG上游K1点发生短路故障时，R3、R4、R1的分析同1.1(1)。K1点故障后，通过保护R2的故障电流仅有DG提供，此时有两种可能：是形成电力孤岛，当DG能提供足够大的短路电流使得保护R2能可靠动作切除故障，馈线L1由DG独立供电，虽然这样馈线L1的用户就可以不用断电，但是非人为的电力孤岛会对系统、用户的设备等造成危害，所以一般情况下是不允许孤岛运行的；二是采取“反孤岛(anti-islanding)”策略，DG通过感应瞬时电压骤降或主网服务的中断使得DG与系统解列。

DG上游K2点发生短路故障以及同一母线的其他馈线K3/K4点发生短路故障分析与1.1(3)相同。

综上分析，配电网并入DG对传统的三段式电流保护的影响主要表现如下：

1) 可能会导致非故障线路的其他线路保护的误动，从而使保护失去选择性以及事故影响范围的扩大；

2) 可能会导致本线路保护的灵敏度降低，严重时保护可能会拒动。

另外可以看出：分布式电源接入配电网的位置及它的容量都对传统的三段式电流保护有影响，并入系统的分布式电源容量不应该太大。

2 分布式电源并网模型分析

从研究继电保护的角度而言，分布式电源模型可以用一个电源串联电抗的模型来表示。对于不同类型的分布式电源，其电抗值是有所区别的，它代表着该电源的故障电流注入能力。Philip. P. Earker研究不同类型DG的短路电流注入能力并进行了汇总，具体结果如表1所示。

表1 各种类型分布式电源的故障电流注入能力

3 仿真分析

根据DG模型分析，在Matlab中建立如图3所示的系统图，模型为含分布式电源的配网图，馈线末端为负荷。

图3 含DG的配电系统图

馈线1中，AE为架空线路(3公里)，AB段为3公里的架空线路，BC、CD均为电缆线路，长度为4公里，分布式电源在母线B处接入电网。

1) 选取线路CD的60%处K4点故障来分析接入DG对下游保护的影响，经过仿真分析，可得电源的容量S与流过保护R2的电流I2及DG提供的电流Idg的关系，如表2所示。

表2 K4点故障时，S、I2与Idg之间的关系

由数据对比可以看出，当K4点发生短路故障时，保护R3正常动作切除故障，但是当S＞7MVA时，R2的定时限电流速断保护会误动作，且R3的电流二段保护将失去选择性。

表3 K2点故障时，S、I1与Idg之间的关系

表4 K1点故障时，S、I1与Idg之间的关系

2) 故障点K2设置在线路BC全长的25%处，研究DG接入对上游保护的影响，流过R1的故障电流I1与Idg及S的关系如表3所示。分析可知，在接入DG后，随S的增加，流过保护R1的电流减小，当S＞8MVA时，R1不能起到后备保护的作用。

3) 当分布式电源上游K1处故障时，S、I1及Idg的关系如表4所示。分析可知DG及下游线路将形成孤岛，三段式保护将不能有效的配合其形成孤岛。

4 结 语

综上理论分析、仿真分析可以得出：分布式电源并网后，其下游的瞬时电流速断保护的范围会增大，严重时，会延伸到下游线路上，与下游的电流速断冲突失去选择性。同样的，定时限电流保护和过电流保护也会出现失去选择性的问题。由于分布式电源的存在，分布式电源上游的保护装置流过的电流会减小，无法反应其定时限电流速断保护范内DG的下游故障，缩小了远后备保护的范围。而DG上游发生故障时，三段式保护将不能有效的配合其形成孤岛。

[1] 李琼慧,黄碧斌,蒋莉萍.国内外分布式电源定义及发展现况对比分析[J].中国能源,2012,34(8):31-34.

[2] 庞建业,夏晓宾,房牧.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].继电器,2007,35(11):5-8.

[3] 朱雪凌,刘佳,韩菲.分布式电源对配电网继电保护的影响[J].华北水利水电学院学报，2012,33(5):50-52.

[4] 吴博,杨明玉,赵高帅.分布式电源对配电网继电保护的影响[J].电工电气,2011,10:30-33.