(國網(wǎng)康平縣供電公司，遼寧 康平110500)

　　摘  要： 在現(xiàn)代社會，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展變革的必然方向，也是電力系統(tǒng)科技創(chuàng)新的必然趨勢。在發(fā)展智能電網(wǎng)的過程中，電網(wǎng)需要可以兼容并不斷地將分布式電源（Distributed Generation，DG）加入其中。DG是一種小型的(容量一般小于50 MW)環(huán)保發(fā)電技術，其特點是容量小、電壓等級低、投資少、費用低、靈活性高等。DG可以提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益，也可以保證電力系統(tǒng)的安全性，提高電力系統(tǒng)的靈活性。利用DG在重合閘動作時所造成的兩種威脅，歸納出在對原有保護和重合閘的配合以及斷路器聯(lián)跳做出改變時所做出的應對方法，并利用MATLAB/SIMULINK對其進行仿真模擬，證明其有效性。

　　關鍵詞： 分布式電源；配電網(wǎng)；重合閘；孤島

0 引言

　　DG大量的并入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)由傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)變?yōu)殡p電源或者多電源結構，配電系統(tǒng)的運行也出現(xiàn)了非常大的變化，與此同時，配電網(wǎng)繼電保護與重合閘之間的配合也產(chǎn)生了很大的變化。文獻[1-3]研究了DG并入配電網(wǎng)后對重合閘的影響，但是并沒有具體的解決措施。文獻[4]研究了DG接入110 kV變電站后對繼電保護和重合閘的影響，但是不適用于線路。文獻[5]研究了DG對配電網(wǎng)優(yōu)化運行的影響。本文主要研究DG并入配電網(wǎng)后所產(chǎn)生的影響，在繼電保護與重合閘之間做出一些改動，然后將斷路器聯(lián)跳的方法加入其中，彌補重合閘造成的缺陷。

1 DG并入配電網(wǎng)后對重合閘的影響

　　重合閘與配電網(wǎng)繼電保護的配合分為重合閘前加速保護和重合閘后加速保護。對于配電網(wǎng)而言，都是將重合閘前加速保護運用其中，這樣當線路上（包括相鄰或者以后的線路）發(fā)生故障時，靠近電源側的保護首先無選擇性地瞬時動作于跳閘，然后利用重合閘來糾正這種動作。這種保護動作的優(yōu)點是未等瞬時性故障發(fā)展成永久性故障時便快速地切除故障，因此此方法不但可以提高重合閘的成功率，而且可以減少電力元件的損壞。但是其缺點是切除永久性故障的時間較長，還可能造成停電范圍擴大。重合閘后加速保護廣泛應用于35 kV以上的電網(wǎng)中，當保護線路發(fā)生故障時，保護裝置有選擇性地將故障線路切除，但不足之處是可能存在短暫延時。當DG并入配電網(wǎng)后，保護線路發(fā)生故障后重合閘，此時DG與線路沒有跳離，這種情況下可能會產(chǎn)生非同期重合閘和故障點電弧重燃兩種情況。下面在一個含DG的10 kV配電網(wǎng)中（圖1）介紹這兩種潛在的威脅。

　　1.1 孤島現(xiàn)象

　　孤島現(xiàn)象是指因為電氣故障或者其他因素而造成電網(wǎng)斷電，但此時DG仍然向附近的負載供電，從而形成一個電力孤島，此孤島總網(wǎng)絡無法控制，因此對配電網(wǎng)絡有極其嚴重的危害。首先，由于其不受電力系統(tǒng)支配，使電壓和頻率無法得到控制，這樣則可能造成電力設備損壞；其次，由于電力孤島孤立運行，不受支配，所以線路仍然帶電，對線路檢修人員的人身安全會造成極大的威脅；第三因為孤島重新與電力系統(tǒng)并列運行時，孤島也許會與系統(tǒng)不同步，可能會對分布式發(fā)電設備造成損壞。

　　1.2 非同期重合閘

　　當F1點發(fā)生故障時，斷路器跳閘，但是DG仍然在配電網(wǎng)中連接，從而形成電力孤島。系統(tǒng)電源和電力孤島之間也可能會在跳閘與重合閘之間這段時間產(chǎn)生相交差，如果在這個時間非同期重合閘，將會產(chǎn)生非常大的沖擊電流，圖2為非同期重合閘產(chǎn)生的故障暫態(tài)電流。重合閘也會因為沖擊電流所造成的線路保護誤動作而失去快速恢復瞬時性故障的能力。而且DG容量的大小對沖擊電流的影響也很大，沖擊電流會因為DG容量過大而對發(fā)電機組造成損壞。

　　1.3 故障點電弧重燃

　　當發(fā)生故障引起斷路器跳閘，若想重合閘，則需要經(jīng)過短暫的時延，使電弧熄滅以及使介質絕緣強度得以恢復。發(fā)生故障后，系統(tǒng)電源斷開，DG仍與故障點相連，形成電力孤島，持續(xù)不斷地向故障點提供電流，使電弧無法熄滅。若在電弧不熄滅的情況下重合閘使系統(tǒng)電源重新接入，極有可能會產(chǎn)生階躍電流，造成絕緣擊穿，使事故更加嚴重。所以只有斷開DG與故障點之間的聯(lián)系才能重合閘。圖3為故障電流躍變軌跡。

　　配電網(wǎng)一般都采用重合閘前加速保護，當線路上出現(xiàn)任何故障，都會引起斷路器瞬時跳閘，為了不發(fā)生這兩種狀況，則必須在DG解列后再進行重合閘，但是這樣的方法不僅使恢復供電時間增加，還使運行變得更加復雜了。

2 解決方案

　　本文利用配電網(wǎng)保護與重合閘之間的一些改動，并且通過通信線路發(fā)出跳閘信號使斷路器聯(lián)跳的方法，使DG快速解列，然后重合閘，這樣就可以消除DG并入配電網(wǎng)時對重合閘產(chǎn)生的影響。

　　2.1 解決方案與分析

　　此次討論的方法在原有的配電網(wǎng)三段式電流保護的基礎上安裝方向原件。本文以DG為界，將饋線分為2個區(qū)間。系統(tǒng)電源與DG之間的區(qū)間為A區(qū)間，此區(qū)間采用重合閘后加速保護，這樣保護裝置就可以有選擇性地將故障線路切除，與此同時，為了防止DG受到負序電流的沖擊，則利用通信線路所產(chǎn)生的信號使DG側的斷路器聯(lián)跳，做到瞬間解列。饋線上的保護配置檢線路無壓重合閘，DG側的保護配置檢同期重合閘。只有為瞬時性故障時，DG才采用檢同期重合閘。若為永久性故障，DG不需要重合閘。

　　DG與線路終端之間的區(qū)間為B區(qū)間，在此區(qū)間內出現(xiàn)故障，保護瞬間動作，跳閘并切除故障，因此采用重合閘前加速保護。因為不需要DG解列，所以讓DG與系統(tǒng)電源持續(xù)連接，供其持續(xù)運行。下面對圖1中所畫的含DG的10 kV配電網(wǎng)進行保護動作分析。

　　（1）當在A區(qū)間發(fā)生故障F1時，此區(qū)間采用重合閘后加速保護，所以動作有選擇性。首先斷路器1跳閘，然后通過通信線路將跳閘信號傳給DG側的斷路器4，斷路器4隨即跳閘，使DG解列，形成電力孤島。短時間之后，斷路器1會檢無壓重合閘。接下來的情況分為兩種：瞬時性故障和永久性故障。若為前者，則斷路器4會在斷路器1重合閘后同期重合閘；若為后者，故障點未消除，斷路器1會繼續(xù)跳閘，斷路器4則不動作。

　?。?）B區(qū)間采用的是重合閘前加速保護方式，當發(fā)生故障F2時，斷路器3跳閘，短時間后斷路器3重合閘。和之前一樣會出現(xiàn)兩種情況，即瞬時性故障和永久性故障。若為前者，斷路器3重合閘成功，若為后者則繼續(xù)跳閘。DG在此過程中無需解列，由于此區(qū)間保護配置基本一樣，所以無需加裝其他元件。

　　2.2 仿真模擬算例

　　本文利用MATLAB/SIMULINK進行仿真模擬，主要仿真A區(qū)間保護動作，故障由短路故障模擬。由帶阻抗串聯(lián)支路的三相電源模塊模擬系統(tǒng)電源，由簡單同步電機模塊模擬DG。系統(tǒng)電源額定電壓為10.5 kV，基準容量為350 MVA。DG的額定電壓為10.5 kV，額定容量為3 MVA。線路長30 km，終端負荷為50 MW。

　　如圖4所示，當發(fā)生瞬時性三相短路故障時，故障時間為0.03 s～0.07 s。在0.03 s時，斷路器1檢測到故障，跳閘信號在0.05 s后發(fā)出，即0.08 s時，保護同時將跳閘信號通過通信線路向DG側的斷路器4發(fā)出，跳閘后0.4 s斷路器1重合閘成功，DG側保護檢同期重合閘。圖5為線路保護和DG側保護的動作信號波形圖。

　　圖6所示為當發(fā)生永久性三相短路故障時故障電流波形圖。起始時間為0.03 s，當故障發(fā)生時保護1檢測到故障，跳閘信號在0.05 s后發(fā)出，保護在0.08 s時將跳閘信號通過通信線路向DG側發(fā)出，跳閘后0.4 s斷路器1重合閘未成功，該故障未消除，0.01 s后繼續(xù)跳閘，斷路器4在此時不重合閘。圖7為線路保護和DG側保護的動作信號波形圖。

3 結論

　　配電網(wǎng)的自動重合閘能夠提高配電網(wǎng)的運行可靠性和穩(wěn)定性，但是DG并入配電網(wǎng)后重合閘將會與原來有所不同，所以不僅要加裝方向性元件，還要采用斷路器聯(lián)跳的方法，使保護配置得以改進。本方案的特點就是用通信線路傳遞跳閘信號，第一可以使DG在線路出現(xiàn)故障時迅速解列，第二可以防止負序電流沖擊DG。本文實驗均保持并利用原有保護配置，經(jīng)濟實用，對DG的發(fā)展有很大的幫助。

參考文獻

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