适应高比例光伏接入的有源配电网改进型故障保护策略

研究背景

随着“双碳”国家战略目标的实施，光伏（photovoltaic，PV）在配电网中的接入比例逐渐提高。分布式电源（distributed power generation，DG）具有较强的随机性、波动性和间歇性，大量接入会对配电网的电压、电流和功率的运行方向产生巨大影响，尤其在故障情况下会造成保护装置拒动或误动以及重合闸失败等问题，给配电网的运行控制带来了极大的挑战，传统保护方法无法保证含大量DG的配电系统发生故障时的准确动作，针对当前系统运行方式与故障特性，要研究新的含大量分布式电源的故障保护策略和方法。

在保护方法研究方面，基于典型场景的保护方法理论在于从众多应用场景中提取一种典型场景，利用经典聚类算法进行场景缩减，得到分布式电源或负荷的典型场景。目前众多学者针对有源配电网电流保护方面提出了相关策略，主要为电流自适应差动保护策略、序分量保护策略及反时限保护策略等，研究为适应高比例的电网保护提供了重要思路，但仍需解决多源复杂故障特征耦合、电流保护协同配合等关键问题。

改进型自适应电流保护方法

自适应保护系统通过实时监测电网运行参数以及分布式电源的运行状态，动态调整保护参数。这种保护机制能够根据光伏出力波动工况，自动修正过电流保护的启动阈值和延时特性，当光伏系统输出功率发生变化时，自适应保护可以根据实时测量的电流幅值，调整过电流保护的动作阈值，使其既能有效检测故障电流，又能避免因光伏反向潮流引起的误动作。

由于传统保护策略在进行电流保护时，总是根据固定电流倍数值进行保护动作判断，而改进型自适应电流保护方法的最终目的是克服分布式光伏接入电网后带来的故障多变等问题，为解决上述问题，本文采用基于分布式光伏原始数据生成典型场景，并基于场景特征进行电流动态调整的方法。

影响故障电流大小的因素众多，本文主要考虑故障发生位置及故障电阻大小，设定不同的故障位置和故障电阻以适应保证典型场景可以实时调整整定系数，根据上述两个参数进行电流整定值自适应调整，以实现电流自适应保护。

本文所提自适应保护整体流程如图1所示。

图1  自适应电流保护流程

Fig.1  Adaptive current protection process

结论

由于大量分布式电源接入配电网，给配电网的保护和控制带来了极大的挑战，本文结合光伏输出的特点以及不同故障场景，提出了一种基于典型场景生成的适应高比例光伏接入的配电网自适应电流保护方法，具体如下。

1）基于Matlab/Simulink搭建了含分布式光伏的有源配电网仿真模型，配置相关部件参数，设定故障完成仿真。

2）根据仿真后故障位置动作情况可知，与传统保护策略相比，采用本文所提自适应电流保护策略整体误动率降低了25%，证明了本文电流自适应保护策略的可行性。

针对光伏高渗透率带来的双向潮流、电压波动、故障复杂等问题，要进一步研究自适应电流保护在面对复合故障（如高阻故障、间歇性故障）的应对策略，并考虑极端天气条件下光伏出力突变对保护可靠性的影响。

作者简介

王帅（1988），男，博士，高级工程师，从事新型配电仿真与运行控制研究， E-mail：wangshuai3@epri.sgcc.com.cn；

贾东梨（1982），女，通信作者，硕士，高级工程师（教授级），从事配电网可靠性、大数据技术、电能质量等研究，E-mail：jiadl@epri.sgcc.com.cn。