苏虎成,谭刚然,杨建华，郑长春

(攀枝花供电公司,四川 攀枝花 617000)

一种含光伏电源的配电网电流保护的新方法

苏虎成,谭刚然,杨建华，郑长春

(攀枝花供电公司,四川 攀枝花 617000)

通过分析含有光伏电源的配电网的故障电流特征，找到了一种仅利用故障电流的正序分量进行故障定位的方法。首先利用无故障支路的正序故障电流分量模值较小，故障支路的故障电流正序分量模值最大，判断出故障馈线；然后利用故障电流正序分量的增量来对含光伏电源的馈线上的故障段进行判断。该方法能有效对含有光伏电源的配电网进行保护。

光伏电源;正序分量;故障定位;配电网

1 引言

目前我国中、低压配电网主要为单侧电源辐射型供电网络，配电网是单端电源供电系统，其电流、功率的方向是恒定的。相对于高电压大系统而言，其继电保护属于简单保护。对于非终端线路，馈线保护采用三段式电流保护与其他保护相结合，也即电流速断保护、限时电流速断保护，定时限过电流保护[1]。传统的方向过流保护虽然保证了保护的选择性，但接线复杂，投资较大，存在死区[2]。

光伏电源一般通过10kV馈线接入配电系统，接入光伏电源后的配电网由单电源转化为多电源网络，受光照强度和温度的影响，光伏电源的输出功率并不是始终恒定的，而是随时变化的[3]。随着大量光伏电源在电力系统中的渗透率越来越高，必然会改变配电网的潮流分布，给系统运行和保护带来一系列问题[4-8]。

本文分析了引入光伏电源并网后对配电网电流保护的具体影响，提出一种新的保护方法，该方法不需要电压的配合，只需要通过分析正序故障电流就能很好的进行故障识别，且一条含光伏电源馈线的几段支路只需由一套保护装置进行控制,节省了投资。

2 引入光伏电源后对配电网电流保护的影响

本文规定从系统电源往线路末端的方向为正方向,系统电源侧为上游,线路末端为下游。

光伏电源的接入对配电网的故障电流以及故障切除时间产生影响，主要与光伏电源的容量和接入地点有关[9]。对不同地点不同容量的光伏电源对配电网保护的影响可归纳为[10]：

(1) 相邻馈线故障时，反向故障电流可能导致本馈线保护误动；

(2) 光伏电源下游故障时，流过光伏电源下游保护的故障电流增加，有利于保护的动作，但可能使下游保护的电流速断保护范围延伸至下一条线路，使电流速断保护失去选择性；

(3) 光伏电源上游故障时，流过光伏电源上游保护的故障电流只由系统提供，此时光伏电源的接入不对上游保护构成影响。

光伏逆变器在白天直流母线满足并网要求时，输出功率按最大功率点跟踪(MPPT)输出，在夜间一般处于停运状态。光伏电站的输出功率随机变化，提供给外部故障时的故障电流也随机变化，因而给三段过流保护定值的整定造成极大困难。若采用距离保护或是纵差保护等其它原理的保护，又会大大的增加投资而限制光伏发电的发展[11]。

3 加入光伏电源后配网保护新方法

本文以一个10kV配电网模型(如图1所示)为例，通过研究整个配网中仅一条含光伏电源馈线上的故障时对传统三段过电流保护的影响，针对传统三段过电流保护的不足提出解决方案。所建立的配电网模型由多条馈线构成，图中馈线3为无故障线路，用于等效于该配网的其他正常并联运行的馈线。图中IED为智能电子装置，具有与配电网自动化主站端通信并执行动作命令的能力[12]，但不具备保护功能。本文中IED安装于含有光伏电源的馈线支路和母线A的各条出线上，IED采集的电流量输送给变电站馈线1的保护装置，其他不含光伏电源的馈线可由传统保护配置保护也可由如馈线1由一套保护集中控制。

针对上述加入光伏电源后对配电网保护影响，本方法要解决两个问题。

第一：当在K4点发生故障时经光伏电源反送的电流可能使馈线1处的保护误动，为解决这一缺陷，在馈线1的保护装置处在没有PT的情况下需能对故障进行选线判断。

第二：当在K3点发生故障时，要防止光伏电源的助增作用使得BC段的保护可能误动的情况，由于光伏电源功率和负荷的随机变化，要准确下达过电流保护各段的定值几乎不可能，因而必须寻找其他方法来解决这一问题。

3.1 故障定位原理

3.1.1 基于正序故障电流的故障定位原理

正序故障分量具有以下三个突出特点：

(1)正序故障分量不受系统电源电势影响，即与负荷情况无关；

(2)正序故障分量在任何故障类型下均存在，利用它能反映各种短路；

(3)正序故障分量电压在故障点处最大，在系统中性点处为零。正序故障分量的上述特点使它更适合用作继电保护中的检测量[13]。

设一个母线有n条支路，设系统侧短路阻抗为Z0，系统侧正序故障电流分量为ΔI0。各支路的短路阻抗为Zi正序故障电流分量为ΔIi，负载阻抗Z，负载正序故障电流分量为ΔI，为方便说明此时考虑各线路为空载的情况，即Z为无穷大，ΔI等于0。当第i(i=0,1,…，n)条支路发生故障时，正序故障分量原理图(如图2所示)，ΔU为母线电压正序故障分量。

则各支路正序电流故障分量关系式如下：

(1)

(2)

因系统各正序阻抗之间的夹角为锐角，由式(1)(2)可推得：

(3)

由式(3)可见，当母线上某一支路发生短路故障时，故障线路电流故障分量的模值最大，由此可以区分故障线路和非故障线路，从而实现故障定位。

当母线发生短路时，有关系式。

(4)

(5)

在带光伏电源的配电网故障分析中，可以利用正序故障电流分量模值的大小来判断故障支路，且此方法不受故障类型和故障位置的影响，简单可靠。

3.2 基于正序故障电流突变量比较的下游故障定位原理

以图1中10kV馈线模型进行分析，分别考虑当含光伏电源馈线1下游故障的BC段和CD段发生短路故障时的情况。

K3点发生故障，此时AB、BC、和CD段的正序故障突变量电流都会增大，由上面的分析有

(6)

4 实例分析

以图1中10kV配电网的模型为例，当故障点发生在光伏电源接点的上游如K4点故障时，通过IED装置上传馈线1、馈线2、馈线3的电流量到保护装置，经故障分析计算，由于AE段正序故障电流最大因而可以判断故障发生在AE上，即使AB段光伏电源的反送电流很大，馈线1的保护不动作；馈线2的保护由常规过流保护去动作。

若故障发生在AB段，由于故障AB段正序故障电流最大，此时判断故障发生在AB段，保护能正确定位故障发生在馈线1上，有程序判断故障是否发生在AB段，若是，直接发令给AB段的IED跳闸。若故障发生在BC段，此时由IED上传的电流经故障分析计算比较，AB段的故障电流大于同级的馈线2、馈线3的正序故障电流，此时可以判断故障发生在馈线1上，又由于AB、BC段正序故障电流同时增大，此时可判断故障发生在BC段，同理若故障发生在CD段也能正确判断，不会因为光伏电源的存在而使保护发生误判的行为。这样就能利用很少的保护装置来完成了对含光伏电源配网的保护。

含光伏电源的保护方案流程图如图4所示。

5 结论

目前，对含光伏电源的配电网保护的研究尚处于探索阶段。本文提出的新型的基于正序故障电流的保护方法，从光伏电源高渗透条件下的配电网故障时的故障电流的特点出发，通过对各馈线正序故障电流的大小进行判断，从而能准确定位故障馈线；对于故障发生在光伏电源下游时的情况，通过比较各段支路正序故障电流增量来判断故障发生在哪一段。该保护方法原理清晰,对于网络结构具有一定的自适应性。

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A New Method of Current Protection for Distribution Networks with Photovoltaic Power

SUHu-cheng,TANGang-ran,YANGJian-hua,ZHENGChang-chun

(Panzhihua Electric Power Supply Company,Panzhihua 617000,China)

By analyzing the characteristics of short-circuit current when fault occurs in distributi-on system with photov-oltaic power ,a method of fault location using only positive sequence com ponent with fault current is proposed.It shows that the modular of positive sequence component with fault current of non-fault branch is smaller and the modular of pos-itive sequence component with fault curr-ent of fault branch is the largest.First,according to that the fault feeder can be dis-tinguished.Then by analyzing positive sequence component of fault current increment,the fault section of the fault feeder with photovoltaic power can be distinguished.The method can effecti-vely protect the distribution network with photovoltaic power.

photovoltaic power;positive sequence component;fault location;distributed generation

1004-289X(2015)01-0030-04

TM72

B

2014-10-07

苏虎成(1980-)，男，湖北荆州人，硕士，工程师，从事电力系统继电保护方面的工作。