针对分布式电源(distributed generation, DG)接入配电网使得传统的电流保护方法无法适用的问题, 本文以双馈线配电网线路作为研究对象, 首先分析了在线路不同位置发生三相短路故障时, DG分别接入馈线末端母线、非末端母线以及馈线首端母线时, 对线路中流经各个保护的短路电流大小影响, 在PSCAD软件建立配电网模型进行仿真分析, 因含DG的配电网发生短路故障动作值难以整定, 提出了一种基于智能电子设备(intelligent electronic device, IED)上传故障信息的矩阵算法, 并通过算例验证了该算法的准确性. 结果表明, DG接入馈线末端母线和非末端母线时, 故障发生在DG下游会造成故障区段保护误动作, 上游区段保护可能会拒动, 不利于故障定位与切除, 所提的矩阵算法适用于含DG的配电网, 无论单一故障或者多重故障, 都可实现故障区域的精准定位, 保证配电网安全可靠运行.
In view of the problem that the traditional current protection method cannot be applied when distributed generation (DG) is connected to the distribution network, this paper takes the double-feeder distribution network line as the research object. Firstly, when three-phase short-circuit faults occur at different locations of the line, the influence of DG connected to a busbar of feeder ends or a non-end busbar on the short-circuit current flowing through each protection device in the line is analyzed. Then, a distribution network model is built by PSCAD software for simulation analysis. Since it is difficult to set the action value of short-circuit faults in the distribution network containing DG, a matrix algorithm based on intelligent electronic devices (IEDs) for fault information uploading is proposed, and the accuracy of the algorithm is verified by an example. The results reveal that when DG is connected to a busbar of feeder ends or a non-end busbar, the fault that occurs in the downstream of DG will cause maloperation of the protection device in the fault section, and the protection device in the upstream section may encounter operation failure, which is not conducive to fault positioning and removal. The proposed matrix algorithm is applicable to the distribution network with DG, and regardless of single or multiple faults, the fault area can be accurately located to ensure the safe and reliable operation of the distribution network.
随着全球石油资源储量逐渐减少, 碳排放过量与空气污染等环境问题日益严重, 发展清洁有效、环境友好的能源技术对解决能源与环境问题具有重要意义[
关于分布式电源并网的相关研究对进行配电网故障定位与切除工作, 保证系统安全运行尤为重要[
针对上述不足, 本文选取含DG接入的配电网作为研究对象, 分析DG分别以不同位置接入配电网对电流保护产生的影响, 通过PSCAD仿真验证理论分析的准确性, 针对含DG的配电网发生短路故障动作值难以整定的问题, 提出一种基于智能电子设备(intelligent electronic device, IED)上传故障信息的矩阵算法, 并通过算例验证了该算法的准确性. 该算法无须对元素进行修正与规格化处理, 且适用于单一故障与多重故障, 可实现故障区域的精准定位, 为含DG的配电网稳定可靠运行提供保障.
本节以双馈线配电网为例, 研究当线路不同区段发生故障时, DG分别接入配电网馈线末端母线、非末端母线与首段母线, 对电流保护的影响. 如
DG接在馈线末端母线
DG接在馈线非末端母线
(1)线路
当线路
(2)线路
当线路
(1)线路
当
其中,
线路
由式(1)–式(4)可知, 当
(2)线路
当线路
线路
根据简化电路模型图, 可得到流经保护1、保护2以及保护3的电流
其中,
所以, 当
(3)线路
当
线路
其中,
当
当DG接入到配电网馈线首端母线上时, DG与系统原有电源共同为线路供电, 相当于增大了系统电源的容量, 无论是当线路
在PSCAD平台建立如
(1)系统侧仿真参数
配电网系统的基准电压值为10.5 kV, 系统侧的阻抗值为
(2)线路参数
配电网的线路
馈线1:
馈线2:
DG接在馈线首端母线
分布式光伏电源接入配电网PSCAD仿真模型
馈线1和馈线2末端的负荷的容量均为6 MVA, 功率因数为0.85.
PV输出功率在0–10 MW可调.
DG接在BUSD上, 设置DG出力为8 MW, 故障类型为
(1)线路
如
线路
(2)线路
如
线路
DG接在BUSC上, 设置DG出力为8 MW, 故障类型为
1)线路
如
2)线路
如
线路
3)线路
如
线路
DG接在BUSA上, 设置DG出力为8 MW, 故障类型为ABC三相短路, 故障发生在仿真1 s, 为永久性故障.
1)线路
如
线路
2)线路
如
线路
通过上文对含DG的配电网电流保护影响分析可知, 当大规模DG接入配电网运行, 系统由原来的单电源线路变为复杂的多电源网络, 发生短路故障时DG对各段线路的电流保护造成了不同程度的影响, 各个保护动作值整定工作也随之变得困难, 而使用矩阵算法故障判据所需信息量少, 可适用于多电源网络, 尽可能地减少DG接入造成的不良影响. 当前, 配电网线路中大部分都装设有可以采集测量点电流、电压等信息的智能电子设备IED, 各IED通过将信息上传到决策子站, 数据信息在子站中经过处理统一发送到决策中心, 决策中心可实时监控区域内的线路运行情况, 并可根据上传的数据信息结合预设的算法判断线路是否发生故障, 给子站下发命令切除故障, 为本文的矩阵算法提供了现实基础.
线路
(1)网络描述矩阵
将馈线上的IED作为节点进行编号, 与各个节点相连的馈线部分作为区域进行编号, 假设配电网共有
(2)故障信息矩阵
当节点
(3)故障判断矩阵
故障判断矩阵
下面以如
故障定位判别流程图
假设区域(2)与区域(4)发生三相短路故障, 配电网的潮流方向会发生改变. 根据装设在各个开关上的IED采集的故障信息, 首先建立网络描述矩阵
由式(14)、式(15)计算得到
通过对配电网不同区域设置短路故障并运用矩阵算法进行故障定位验证算法的普遍性, 得到验证结果如
此外, 配电网在实际运行过程中有可能因为检测设备故障或者通信原因导致线路中的部分故障信息无法传递到决策中心, 从而影响故障判断矩阵的建立, 此时应根据信息漏报的节点所处位置做出相应的应对措施, 当与信息漏报节点相邻的两个节点故障信息为1时, 则将漏报故障信息记为1; 当与信息漏报节点相邻的两个节点故障信息为−1时, 则漏报故障信息记为−1, 通过上述方法仍然可以得到准确的故障定位结果. 例如, 当区域(5)发生故障时, 如果节点7号节点故障信息漏报, 因与之相邻的6、8号节点故障信息都为0, 则可以将漏报故障信息置0, 最后得出短路故障发生在区域(5). 而当与信息漏报节点相邻的两个节点故障信息为互不相同时, 无法对漏报信息进行修正, 需要通过智能电子设备重新采集故障信息, 所以在配电网实际工作中, 保证设备之间能够进行正常通信极为重要.
含分布式电源的配电网模型
本文分析了在线路不同位置发生三相短路故障时, 分布式光伏电源接入不同位置, 对线路中流经各个保护的短路电流大小影响. 当故障发生在DG上游, 会造成故障位置保护误动作; 当故障发生在DG下游, 处于DG上游的保护有可能拒动, 处于DG下游的保护会误动作; 当故障发生在DG相邻馈线位置, DG所在馈线上游的保护灵敏度提高, 有可能会误动作, 但是当故障位置距离DG较远时, 对各个保护的影响较小. 针对DG接入后电流保护动作值难以整定的问题, 提出了运用IED采集故障信息的矩阵算法来进行故障区段定位, 该算法具有普遍适用性, 可实现故障区段的精确定位, 对确保配电网安全运行具有实际意义.
矩阵算法故障定位验证结果
设置短路区域 | 故障类型 | 故障信息矩阵 |
故障判断矩阵 |
故障定位结果 |
(3) | 单一故障 |
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(3) |
(5) | 单一故障 |
|
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(5) |
(1)、(7) | 多重故障 |
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(1)、(7) |
(4)、(6) | 多重故障 |
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(4)、(6) |
(1)、(4)、(9) | 多重故障 |
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(1)、(4)、(9) |
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