楊 樂，孫婉婉，李 永

(1.國網江蘇省電力有限公司豐縣供電分公司，江蘇 徐州 221700；2.徐州三新供電服務有限公司豐縣分公司，江蘇 豐縣 221700)

0 引言

三段式電流保護在輻射式配電網中起著重要的作用。由于分布式電源(distributed generation，DG)的存在，配電網失去了它的單向流動性，同時DG 改變了故障電流的大小和方向，使得傳統(tǒng)的三段式電流保護不再滿足要求。超導故障限流器(superconducting fault current limiter，SFCL)在故障時刻限制了故障電流的大小，使得流過繼電保護裝置的故障電流在設定范圍內，不影響傳統(tǒng)電流繼電保護的正確動作。

分布式電源的并網會對輻射式配電網穩(wěn)定性、電能質量和繼電保護造成影響。為了限制這種影響，文獻[1-2]提出在不改變原有電流保護配置的前提下，對分布式電源接入的容量和位置進行優(yōu)化，緩解DG 并網帶來的影響。文獻[3-5]研究了在不改變原有保護配置的情況下，利用SFCL 來限制DG 并網帶來的短路電流引起的變化。超導故障限流器是最有效的故障限流裝置。在正常工作情況下，SFCL 不會影響系統(tǒng)的參數(shù)；當線路出現(xiàn)故障時，SFCL 會突然顯示大阻抗，不僅限制了故障電流，同時提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以下首先介紹了電阻型SFCL， 并在MATLAB 中搭建了簡單的電力系統(tǒng)模型。通過對DG 并入環(huán)網中的影響分析，根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得出超導故障限流器安裝的最佳位置，來更有效地減弱DG 對配電網的影響，盡可能小的改造傳統(tǒng)配電網，保證供電可靠性。

1 分布式電源并入環(huán)形配電網的影響

如圖1 所示，在簡單的配電網閉環(huán)運行模式下，通過對比DG 接入環(huán)網前后的仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SFCL 的最佳安裝位置。

圖1 含DG 的配電網閉環(huán)模型

圖1 中系統(tǒng)電源S 容量50 MVA 接于母線I,分布式電源DG 容量20 MVA 并網于母線III，線路XY=6 km，XZ=8 km，YZ=2 km，L1 和L2 負荷分別為5 MW 和4 MW，三個故障點A，B，C分別位于每條線路的中點。在MATLAB 中對DG并入環(huán)形配電網前和并入配電網后兩種情況進行仿真，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 不同點發(fā)生三相短路時，各測量點的故障電流

根據(jù)表1 中的數(shù)據(jù)對主保護和后備保護進行了柱狀圖比較，可以方便直觀地看出DG 并入后對閉環(huán)運行的配電網的影響。根據(jù)流過主保護的電流柱狀圖(圖2)可以很清晰的看出，DG 并入配電網前后保護3 和保護4 的故障電流變化最大。由此可以說明DG 并入閉環(huán)運行的配電網后對距離并網點最近的繼電保護影響最大。

圖2 有無DG 流過主保護的電流

2 超導故障限流器

分布式電源的并網使得配電網發(fā)生故障時，流過繼電保護裝置的故障電流大小和方向會發(fā)生改變，從而給傳統(tǒng)輻射式配電網帶來很多問題。為了解決DG 并網的問題，目前主要采用故障發(fā)生時，DG 快速離網的方法，這樣配電網又恢復了輻射式，確保了傳統(tǒng)的繼電保護裝置正確動作。但是頻繁地并、離網，不僅影響主網，而且對DG 帶來巨大的損害，同時也沒有發(fā)揮DG 的優(yōu)勢。DG 再次并網時，可能對配電網造成沖擊，不能滿足人們日益追求的高電能質量。SFCL 可以有效地解決DG 并網帶來的電流變化問題。相比于其他類型的超導限流器，電阻型SFCL 在限流方面具有更大的優(yōu)勢。配電網穩(wěn)態(tài)運行時，SFCL 的電阻幾乎為零；當發(fā)生短路故障時，SFCL 顯示較大的電阻值。電阻型超導故障限流器的特性方程式如下：

式中：Rm——SFCL 的最大電阻值；TSC——超導狀態(tài)到最大電阻值的時間。

3 SFCL 的最佳位置

根據(jù)圖2 可以看出DG 并入閉環(huán)運行的配電網后對距離并網點最近的繼電保護影響最大。為了克服DG 并網的影響，采取SFCL 與DG 串聯(lián)后并網。根據(jù)SFCL 的特性，可以很好地解決DG 并網帶來的電流增大的問題。

4 仿真驗證

在MATLAB 中仿真的數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 含SFCL 和DG 的配電網閉環(huán)模式

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，做出了流過各繼電保護裝置的故障電流柱狀圖(圖3)，在圖中發(fā)現(xiàn)加入SFCL后，DG 提供的故障電流被有效地遏制住了。

圖3 流過主保護的電流對比

5 結論

在MATLAB 中對DG 并入閉環(huán)運行的配電網前后進行對比，發(fā)現(xiàn)DG 的接入對閉環(huán)模式下距離并網點最近的繼電保護裝置具有明顯的增流作用。根據(jù)SFCL 的特性，為了削弱DG 并網帶來的影響，SFCL 的最佳接入位置應與DG 串聯(lián)。最后通過仿真可以看出此方案不改變原有繼電保護配置，效果明顯。需要說明的是，由于目前SFCL 裝置昂貴，故實際上在DG 出口并不具備安裝SFCL 的條件。