分布式发电系统对继电保护灵敏度影响规律.pdf
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1、电力 匀动化设备?!#%&(!)+!#),?(#,!.)?/012)/?3+,/04 5 61第01卷第7期/04 41年7月分布式发电系统对继电保护灵敏度影响规律林霞,陆于平,吴新佳5东南大学电气工程学院,江苏南京0 74 418 6摘要9研究了分布式电源5:;6对过流保护灵敏度的影响规律,提出了多:;配电网的过流保护修正 方案。利 用单位电流法和多端口网络法对76吕接入配电网后的等效 电路进行了计算和分析,理论和仿真证明9单一76 二短路阻抗和接入位置决定的二次型?多=子接入系统对保护分支电流的影响特性近似看作各 以二影响特性曲线的叠加?以系统短路阻抗中点为基准点,两侧按照7兀短路容量顺序
2、接入对保护分支电流的影响最小。对反时限过流保护的动作特性曲线进行正向修正和反向校核,使其保持正确的配合关系和配合裕度,从而消除仪二对配电网过流保护的影响。关键词9分布式电源?过流保护?灵敏度特性曲线?多端口网络?单位电流 法中图分类号97文献标识码9文章编号97448一8450441647一44一484引言分布式发电作为一种具有竞争力的发电方式,以其投资省、能耗低、清洁环保、供电灵活的优势,在现代电力系统中占有越来越重要的地位?7。分布式电源=二5:#!#(!;,+!#),6一般由配电网接人,传统的配电网采用的保护多为带反时限特性的过电流保护,保护的配置也是按照辐射型网络结构进行的。=二接人后
3、,配电网转变成一个多电源互联网络,故障电流的流向也不是单一的,而是由包括主系统和运行以二在内的所有电源同时流向故障点。这一根本性的变化对保护的配合机制与定值整定产生了深刻影响0一8,使得传统配电网保护无法适应新的配电网络。正是基于以上问题,现行的=子并网运行规程都规定9当配电网发生故障时,=子必须迅速退出配电网以保证继电保护正确动作等,司。这种方式虽然最大限度地保证了电力系统的安全性,却在一定程度上限制甚至破坏了=二的正常运行,大为削弱了分布式发电提高供电可靠性的优势。目前有基于广域保护思想的1一川配电网保护方案,但相对而言成本过高?也有的配电网保护解决方案是基于以多对过流保护灵敏度的影响提
4、出的 0,但该方案仅适用于特殊的=子接人方式。本文使用多端口网络法和单位电流法,对=二接人系统后短路电流的分配机制与和变化规律进行深人研究,得出不同接人位置和运行状 态下的=玉对过流保护灵敏度的影响规律,并进行了理论和仿真验证。在此基础上,提出了针对多=二配电网过流保护的动作曲线修正方案,提高了保护的灵敏度。为例,对=子接人对过流保护灵敏度的影响做深入分析。一个多电源系统发生三相短路时,可以经过归算得到图75+6的形式。其中,二,二、,分别为各支路阻抗。瓜二为故障点的附加电源。5+6三相短路时等效系统图56电源至短路点转移阻抗图图7单位电流法求转移阻抗系统图?/7+?(?+!#),)!+,#+
5、,(#,(,#!一(,!)利用单位电流法求各电源至短路点的转移阻抗,可得到如图75 6形式。其中,?,为系统等效电势,?几 为:;等效电势,为以接人点前后0段线路阻抗的比值,反映出=多接入点与故障点之间的位置关系。为了直观起见,以如图0所示单电源馈线为例,分析=子接人对保护安装处电流的影响。图0单一馈线接入】弓系统图#/0#,?以玉接人点下游移动时,对保护安装处电流的影响9此时。不变,尹越小,=成平方倍数增大,即故障点越向线路末端移动时,对保护分支电流的影响就越大,灵敏度下降越多。/对于故障点和=二接人位置固定,?二容量变化时,对保护感受电流的影响9此时月不变,随着。的增大,=亦增大,即对于同
6、一系统,接人7卫容量越大,=二对系统的渗透度越高,对保护分支电流的影响就越大,灵敏度下降越多。这里渗透度是指9接人系统=二的容量占系统总容量的百分比。+可以看作是一个:;与系统短路容量的比值,容量较大的系统接人容量较小:;时,对保护安装处感受到的故障电流的影响程度也很小,在满足保护范围的情况下,则不需对保护定值进行修正。换言之,+可以用来作为保护是否需要修正的一个指标。/当故障点位置固定,77奋接人位置变动时,对保护电流的影响规律9设以二短路阻抗为常数凡,。,且?,十凡,一,为77妥未接人时的系统全阻抗。则式57 6可化简为于以二接人位置变动时,保护支路分支系数变化以及总短路阻抗变化这0种相反
7、趋势共同影响保护支路电流的结果。以二短路阻抗,的大小,理论上不会影响极值点出现的位置,但是会影响极值点的大小及 电流变化的速率。对于不同的0个以,其阻抗,#,时,对式58 6有 7、二几、,说明同一系统当接人?短路容量较大时,保护安装处感受到的电流最小值相对更小。对式5 6有岩,右,说明当接人以二容量较大者位置变化时,保护感受电流变化率更大。也就是当:;接人容量增大时,保护安装处感受电流受影响的幅值与变化率都相应更大。图二对保护灵敏度影响特性曲线。该曲线反映=三位置发生变化时,保护安装处感受电流 的变化趋势。5龙宜 立6 二/7川/?/弘产一寸、9石止二佗灯城川/5 ,一又万/瓜7?/、二入十
8、一一下井一一一一0/4?二又弃又瓦丁56,4定义9以对保护分支电流的影响因子函数为5?,?,工,。586该函数为一个二次型,对9,求偏导,反映保护感受电流的变换率9?,5一096,。56 0时,二次型达到 极大值5 0,是5,。66,此时7 二接人位置在 0附近时,保护 电流受影响最大,即当=二位于从主系统到故障点阻抗和中点的时候保护灵敏度最小。而在 0附近二次型的变化率最小,即=位置移动时保护感受电流变化率最小,随着=向两端移动时,电流的变化率增大。这是由图7尤短路容!及位!变化对保护电流影响特性曲线#/玉#,!#),)#!#),),)!#(,!其中,曲线+对应,曲线对应=二,曲线9的极值点
9、大于曲线。在实际应用中,可以通过调整76升9,负荷侧为=9?9?、;分别为?二,、以二9接人位置前 系统侧合成阻抗?;=、;分别为76肠7、=二9接入位置后负荷侧阻抗?凡9为7叉二9与=妥0之间的阻抗?当节点?发生三相故障时,相当于在节点?接上通过故障电流?,因其他节点没有外接电路,所以其注人电流为零。根据多端口网络阻抗矩阵中元素定义有 节点?自阻抗为!,节点#?间的互阻抗 为!,其值分别为/电力匀 动化设备第01卷)_咬一州图多端口网络双:;接入时三相短路系统图#/&)=升#,!)(?!#一卯!,!&,!一+)!一#(#!+(?!。,二,)。9乙 一;十又万一亡方二一 说卞;07;比;悦
10、;其中,;一?9凡=凡?。7为=妥飞接入系、,口、十,二、八十二凡7统处,保护支路的电流分支系数9。7一不牛二旱犷。,“犷卜“”,人小触“;=;=设=7首先接人系统后形成新系统的合成阻抗为99 7;=9 ;=),且=;=悦?则0个=子接人后系统支路的故障电流为支电流的影响?曲线7为考虑分支系数?影响后,】9对保护分支电流的影响,其值大于曲线7?曲线0表示子7在原系统中移动时,对保护分支电流的影响?曲线,从而使图中曲线7的极值点位置向系统电源侧偏移,导致合成曲线升9对保护支路电流影响幅值及其极值亦随之变化。在考虑以子9接人时,不仅要避免其在系统短路阻抗中点的位置接人,还要综合考虑其带给以子9的影
11、响。0/0多:;接入对保护支路电流的影响图8所示为多端口网络多以接人时三相短路的故障图。)叫)叫7,50607乙;=;0一乙=;=;)几叫二州一该一又:%6 9 6:。5 6注意到9,一一弋,瓜,弋?,并将分支系数。7代入式5 6变换,可得9尹幸?一。4 自。?;?!;=/7;二3飞=厂一一,石犷一一广 万了一一一人;=亡=说516图8多端口网络多】接入时三相短路的故障图#/8(?!#一以二#,!)(?!#一)!,!&)!一+)!一#(#!+(?!输与单=接人时的式58 6进行比较,可知这里的影响因子函数变为;?;=/7;_;一一一不下,一芍尸一一7不一一;=?入说5746从式57 46可
12、以看出,双=妥接入时,保护分支电流的影响因子函数近似看作是0条二次曲线的叠加。第7项为:;=在原系统中移动时,对保护分支电流的影响?而第0项为以9在新系统中移动时,对保护分支电流 的影响,同时。?与凡均受以乡7容量和位置的影响而变化。当:;容量和位置固定,77沁在远离系统电源侧移动时,第0项的极值点出现在新系统合成阻抗?,的中点,即茂?0处,极值为定义9。为第#个=玉接人后新系统的合成阻抗?。工为第#个76吕接人位置前5系统侧6合成短路阻抗,)?之为后侧5负荷侧6合成短路阻抗?。,为第#个以二接人后,系统侧合成支路的电流分支系数。设】工子、接入系统时其系统电源侧已接人#一7个发子,且#一7个?
13、的接入位置及短路容量已确定。将系统侧已接人的#一 0个=二看作一个合成支路,则由式51 6可得此时系统侧合成支路的电流为7;5,一?6弋5?一,6/八3一0门一一一一7下,一一一广;#一7?弋=;,一?;#5776=是77瓜,此时系统 支路故障电流几二506达到极小值,以乓对系统保护支路的影响最大。双 以子接人系统时对保护分支电流的影响曲线如图所示。曲线7表示=刃9在新系统中移动时,对保护分考察。一?与戈,之间的关系,由图8可知9?二?一7一坑几?坑将。,凡);?代入整理得97、,/瓜坑一?#一7气一一一一万丁。/八溉,0,6。,;、几之可以得9?,。一?一,十之54,46)906。一7一#一
14、 9十一份一?卜8一一9一9图6双】!4接入时对保护分支电流的影响特性曲线:;#?=77 ;?二6=;7=?=升!.一!.)之第7期林霞,等9分布式发电系统对继电保护灵敏度影响规律/对式577 6两侧同乘以分支系数。,一9。9。,则左侧相当于#一0个以二的合成支路电流层层展开,最终得到保护支路电流为的馈出线上装设有反时限过流保护?、9、,护配合曲线如图所示,其时间配合裕度为。,。一 09瓜,一,6瓜一 767门厂一一一一干井一门一人仪一7自一7母线7母线0母线,八一7了二“?=了尸3位火、图包含多=升的配电网系统图7一 且间又耳生厂,置篙“价5706#/!今(!#),!!(?!#7义奋其中
15、,为系统接人7叉二的个数。通过式570 6可以看出,保护分支电流的影响因子函数曲线可以近似看作#个=子影响因子函数二次曲线的叠加。对于靠近系统末端的=子而言,当在系统内移动其接人位置时,其极值点出现在:#!#0/,9入大越?一 井一?/,一90处,当其前端接入:;越多时,且 7?一9越小,76、对保护支路电流影响极值点位置随着整个系统短路合成阻抗的减小,而感觉到向系统电源侧偏移。0/;5,一 9 6,。一9代人式5706,并变换得9几一5洽万且于止厂?(6一二矛 一?“味启十7一 且间宜李厂、775;5。76二7/,6)/3。7甲一一一一下丁一一一一一一一卞占;?;5。?6卜7/)奋7瓜57溉
16、!;,逐层向前展开,随着;不断减之间,以二与之间亦符合上述规律,通过两两比较递推可知,最终在系统短路阻抗 为!.的系统中,对于 叉乡,以/,!子4仍有在系统中点!.?/向两侧,按 兀短路容量 由小到大顺序接人这种全排列方式对保护电流的影响度最小。同时,由于系统合成阻抗随着 兀的并人不断减小,多对保护分支电流影响的极大值点不断向系统电源侧偏移。多!子配电网过流保护修正方案图&是包含多 兀的配电网系统图,母线、/、图2多瑞系统保护动作曲线图:;?;=;=?#;一以二当以乡接人系统后,上游线路故障电流较不接人以子前要小,且以容量越大,线路故障电流越小。下游线路的故障电流由于!的助增作用而变大,由于以
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