考虑多DG接入的配电网区域保护新方案.pdf

第４２卷第９期２０１４年５月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｖｏＩ．４２ＮＯ．９Ｍｒｄｙ１，２０１４考虑多ＤＧ接入的配电网区域保护新方案肖伟栋，夏明超，唐念（北京交通大学电气工程学院，北京１０００４４）摘要：分布式电源（ＤＧ）的接入改变了传统配电网的拓扑结构，网络中潮流方向及短路电流会随着ＤＧ出力及负荷情况实时变化，这都给现有配电网的三段式电流保护带来了严重影响。随着ＤＧ的大量接入及渗透率的提高，依靠单点故障信息的保护算法很难同时满足继电保护四性的要求。提出一种基于通信技术的区域保护新方案，对配电网进行区域划分，通过一次和—二次两步定位确定故障区域实现保护。利用故障时变电所母线处ＢｕｓＩＥＤ（智能电子装置）及馈线上Ａ类ＩＥＤ的故障电流正序分量信息完成一次定位；利用相应开关动作后Ａ类ＩＥＤ或Ｂ类ＩＥＤ处的电流突变量信息实现二次定位。所提方案自适应区域划分算法简单，占用存储空间小，实现方便，直观性好。故障定位所需信息量小，可靠性高，适应性强。最后通过ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真，验证了方案的正确性。关键词：分布式电源；区域保护；故障馈线选择；故障定位保护；电流突变量—ＡｎｅｗｒｅｇｉｏｎａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉＤＧｓ‘ｘＩＡ０Ｗｅｉ。ｄｏｎｇ，ＸＩＡＭｉｎｇｃｈａｏ，ＴＡＮＧＮｉａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆＤＧｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｏｗｅｒｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｎｄｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｃｈａｎｇｅｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅｗｉｔｈＤＧｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｗｉｌｌｂｒｉｎｇｓｅｒｉｏｕｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｒｅｅ・ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｐｒｅｖａｉｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．ＡｓＤＧｑｕａｎｔｉｔｙｇｒｏｗｓａｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｒａｔｅｉｍｐｒｏｖｅｓ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅｌｙｉｎｇｏｎｔｈｅ’ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｆａｕｌｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｔｍｅｅｔｔｈｅｆｏｕｒｂａｓｉｃｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｓｏｔｈａｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｗｒｅｇｉｏｎａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｈｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｄｉｓｔｉｎｃｔｒｅｇｉｏｎｓ．Ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｓｔｅｐｓ：ｆｉｒｓｔａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｎｇｔｏｄｉｓｃｏｖｅｒｔｈｅｆａｕｌｔｓｅｃｔｉｏｎａｎｄａｃｈｉｅｖｅ—ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．ＷｅｃａｎｕｔｉｌｉｚｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍＢｕｓ－ｌＥＤｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａ—ｎｄＡＩＥＤｓｉｎｆｅｅｄｅｒｄｕｒｉｎｇｆａｕｌｔｐｅｒｉｏｄｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｆｉｒｓｔｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｔａｋｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｂｒｅａｋ－ｖａｒｉａｂｌｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍＡ－ＩＥＤｓｏｒＢ－ＩＥＤｓａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｂｒｅａｋｅｒａｃｔｉｏｎｔｏｒｅａｌｉｚｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｓｃｈｅｍｅ，ａｄａｐｔｉｖｅｒｅｇｉｏｎｄｉｖｉｓｉｏｎｈａｓｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｓｉｍｐｌｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｓｍａｌｌｓｔｏｒａｇｅｓｐａｃｅ，ｅａｓｙｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｇｏｏｄｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎａｒｅｌｉｔｔｌｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ；ｒｅｇｉｏｎａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔｆｅｅｄｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｂｒｅａｋ－ｖａｒｉａｂｌｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔ中图分类号：ＴＭ７７１文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１４）０９．０１０３．０７０引言由于传统化石能源目益枯竭、环境污染日益严重，以能源利用率高、环境兼容性好、适应可再生能源为特点的分布式电源（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＧｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＧ）日益成为研究的热点。分布式电源可以提高供电可靠性与灵活性，降低网损，改善电能质量，同基金项目：中央高校基本科研业务费（２０１２ＪＢＭ０９８）时可以有效利用可再生能源，减少温室气体排放。但另一方面，分布式电源的接入，使传统配电网从单电源供电变为双电源和多电源供电，潮流方向不再固定，短路时故障电流的幅值和相位也将发生变化，这无疑会给传统的配电网继电保护带来影响－。随着ＤＧ一接入量的增加，渗透率的提高，ＤＧ对保护的影响日益引起人们的重视，相继提出了不同的解决方案，大体思路有如下三种：．１０４．电力系统保护与控制第一，不改变保护原有配置和方案。首先考虑配电网故障时退出ＤＧ单元，但这对ＤＧ故障检测能力提出较高要求，同时也无法保证ＤＧ附近负荷持续供电，违背了ＤＧ接入的初衷；另外考虑限制ＤＧ接入的位置和容量，文献［３】指出此时ＤＧ准入容量受到很大限制，没有达到最大程度利用清洁能源，减少输电投资及网损的目的。第二，考虑ＤＧ接入对故障电流的影响，采用自适应保护方案。文献［４］提出根据ＤＧ的功率实时调整电流定值，使得ＤＧ接入后保护的最小保护范围维持ＤＧ接入系统前的水平。文献［５］提出支路贡献因子概念，增加了后备保护的范围。文献［６］提出计算系统等值阻抗ｚ和系统等值相电动势Ｅ的新方法，改善了含逆变型ＤＧ的配电网系统的保护性能。自适应保护需要电压量的参与，中低压配电网一般没有ＰＴ（电压互感器），应用范围受到限制。第三，基于通信技术，考虑多点信息的保护方案。现有配电网中ＤＧ数量及容量不断增加，运行方式将更加灵活，利用单点信息的保护很难满足运行实际的要求，所以基于通信技术，考虑多点信息的保护方案相继提出。文献［７］提出基于多Ａｇｅｎｔ的智能配电网改进电流差动保护方法，但多Ａｇｅｎｔ技术本身及其在继电保护中的应用目前仍处于理论研究阶段。文献【８］利用故障电流综合幅值比较确定故障方向，基于通信系统，利于多点信息完成故障区域定位；文献【９］利用故障线路一端的故障电流正序分量超前于负荷电流，另一端的故障电流正序分量滞后于负荷电流这一原理，在故障区域定位的基础上实现了故障的区段定位；文献［１０］将最大故障特征信息量准则理论应用到配电网的保护中，提出了含ＤＧ的配电网保护容错算法。上述方法没有电压量参与，在现有无ＰＴ的中低压配电网中实用性强，但在故障线路空载或轻载时，区段定位困难。本文在上述研究的基础上，考虑配电网的实际，提出一种新的区域保护方案。方案分为故障的一次定位和二次定位两步实现。一次定位利用母线处的—ＢｕｓＩＥＤ信息，可靠性更高；二次定位利用相应开关动作后Ａ类ＩＥＤ或Ｂ类ＩＥＤ感受到的电流突变量信息实现，算法简单，速动性好，且不受负荷电流的影响。１区域保护方案网络架构广域保护研究主要针对输电网的后备保护以及系统的稳定控制。随着通信技术的发展和配电自动“化的应用，广域保护的理念同样适用于配电网】。在配电网中一般将一个独立的供电区域作为一个完整的保护对象来对待，且一个供电区域覆盖范围较小，涉及站点不会太多，基于通信技术的保护系统实现相对容易。本文将广域保护的理念引入配电网，以变电站中压母线（１０ｋＶ）为边界，以母线上所有馈线覆盖的区域构建基于通信技术的区域保护。区域保护可以与配电网自动化系统共享现场装置与通信系统，降低保护投资。广域保护信息处理量大，理论上任意ＩＥＤ都可以获得网络中其他所有ＩＥＤ的信息。但事实上，大量的信息传输会给通信系统造成极大的负担，同时保护原理越复杂，可靠性和速动性也就越低。本文所提区域保护方案将配电网进行自适应区域划分，只需要相关区域内少数几个ＩＥＤ的信息即可，提高保护的速动性和可靠性（具体方法下文详述）。现有配电网只在每一馈线段始端装设断路器或负荷开关，由于ＤＧ的接入，为了隔离故障而在所有馈线段末端都增设断路器的保护方案是运行单位所不能接受的。本文所提方案只在ＤＧ上游最末一条馈线段末端增设断路器，最大限度减少设备投资。配电网区域保护网络架构示例如图１所示。匦回囤匝回圈——Ｌ／聃丑ｆＤ（ｉ７１＋８９／１皿●—ｓＩｉｉ囊诵Ｉ篓！ｌｌ！ｌ图１配电网区域保护网络架构Ｆｉｇ．１Ｆｒａｍｅｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ变电所１０ｋＶ中压母线都装有ＰＴ，Ｂｕｓ．１ＥＤ采集母线电压及母线上所有馈线的电流，故障时可以完成故障馈线选择（具体方法下文提及）。Ａ类ＩＥＤ安装在三分支节点及多分支节点处，如图１节点２、５、８等。由于各馈线阻抗角相差不大，所以故障时故障方向故障电流最大［８，１２１，不需要电压量就可以判断故障方向。肖伟栋，等考虑多ＤＧ接入的配电网区域保护新方案．１０５一Ｂ类ＩＥＤ安装在二分支节点处，如图１节点３、４、７等。故障时流入节点和流出节点的故障电流相同，无法直接判断故障方向。２区域划分方案将配电网进行区域划分，以Ｂｕｓ．ＩＥＤ与相邻Ａ类ＩＥＤ间、两个相邻Ａ类ＩＥＤ间或边缘Ａ类ＩＥＤ及下游全部节点为一个区域，故障时迅速锁定在某一区域内，完成一次定位，然后仅利用该区域内ＩＥＤ信息，完成故障二次定位，将故障锁定在馈线段。２．１网络描述向量本方案中以一条馈线对应一个一维向量，描述馈线的拓扑结构。以母线为节点，形成一个ｌｘｍ的…行向量，即ａＦ［ａｆ１ａｆ２ａｆ３ａｉｍ］，其中ａ表示第ｉ条馈线，口ｆ，＝１表示第ｉ条馈线第，个节点为三分支或多分支节点，ａ，＝０表示第ｉ条馈线第，个节点为二分支节点。由上述分析，当ＤＧ投退时将改变节点的性质：ＤＧ退出节点由Ａ类ＩＥＤ变为Ｂ类ｌＥＤ；ＤＧ投入节点由Ｂ类ＩＥＤ变为Ａ类ＩＥＤ。基于此，给出网络描述向量白适应调整方法：当ＤＧ退出，且分支数＜３，ａ，由１变为０；当ＤＧ投入，ａ，由０变为１。预先设定临界值，当ＤＧ出力大于临界值时，判断ＤＧ投入；当ＤＧ出力小于临界值时，判断ＤＧ退出。２．２自适应区域划分方法将网络进行白适应区域划分，可以利用最少的ｌＥＤ信息迅速锁定故障区域，减少无关信息对保护判断的影响，提高保护可靠性和速动性。同时，也可以降低对通信系统的要求。区域划分方法如下：（１）假设网络中有ｎ条馈线。首先形成网络描述向量。网络描述向量随着ＤＧ出力情况实时变化，区域划分结果也将自适应调整以适应网络拓扑结构的改变。（２）从ａｆ１开始路径搜索，观察ａ的值，若ａ＝０，令，１，重新执行步骤（２）；若ａｆ，＝１，记录搜索路径，由各元素对应的节点组成的节点集为一个区域。若，＜ｍ，转到步骤（３）；若，＝ｍ，转到步骤（４）。（３）从ａ开始继续搜索，观察ａ的值，若ａ＝０且Ｊ＜ｍ，则令．，寸｝１，重新执行步骤（３）；若ａ＝０且Ｊ＝ｍ，ａ为边缘节点，记录搜索路径，各元素对应节点组成的节点集为以边缘Ａ类ＩＥＤ为首节点的区域，转到步骤（４）；若口尸ｌ，记录搜索路径，由各元素对应的节点组成的节点集为下一个区域，若＜ｍ重新执行步骤（３），若Ｊ＝ｍ转到步骤（４）。（４）令ｉ＝ｉ＋１，若ｆｉｖ／，转到步骤（２），否则程序结束。按上述方法对图１网络进行划分，结果见表１。表１区域划分结果Ｔａｂｌｅ１Ｒｅｇｉｏｎｄｉｖｉｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ区域１２３４５６７号区域１．２——２３４５１．６６．７．８８．９６．１Ｏ１０．】１．１２范围３保护算法实现本文保护方案分为一次定位和二次定位两步实现。第一步，故障一次定位，即从上文划分的区域中锁定故障区域；第二步，故障二次定位，即将故障锁定在区域中的具体馈线段。３．１故障一次定位经电力电子设备与电网并联是未来ＤＧ大量接入配电网时ＤＧ并网的主要形式。即使像风力发电机、微型燃气轮机等旋转电机型ＤＧ也是通过先整流后逆变的控制环节再并入配电网。ＤＧ并网时采用ＰＱ控制方式，此时ＤＧ可以等效为一个电流源。故障时ＤＧ接入点的电压降低，ＤＧ注入的电流增大。假设故障前ＤＧ注入的电流是１Ｄ，由于故障后ＤＧ注入的电流增大，相当于在故障的附加状态△下ＤＧ连接处出现了一个值为的电流源【６ｊ，△。＝。。一１ＤＧ，其中ＩＦ。。是故障后ＤＧ输出的电流。以图１所示网络为例，假设在馈线ｋ上Ｆ点发生三相短路，故障附加状态如图２所示。图２故障附加状态Ｆｉｇ．２Ｆａｕｌｔａｄｄｉｔｉｏｎａｌｓｔａｔｅ图２中：Ｚｓ是系统阻抗；Ｚ是馈线ｋ的线路阻抗；．１０６．电力系统保护与控制△是比例系数且０＜ｌ；为系统侧电流正序△故障分量；ＩＤ。是各支路的等效综合附加电流源△流入母线分量的正序分量；是母线电压正序故障分量；一是故障点的正序故障分量电压，则有△∑△＝Ａ／ｓ＋，。Ｇ（１）ｉ＝１≠七△—：－Ａ—Ｕ（２）。Ｚｓ配电网中系统和线路阻抗呈电感性，阻抗角相差小于９０。，≠＞且＞Ａ／ＤＧｋ）引。根据此原理可以完成故障馈线选择。但由图２所示，当较大，即故障位于馈线末端时，由于系统阻抗Ｚ和馈线阻抗Ｚ相比较小，变电所母线（图１中母线１）压降很小，如果此时≠其他馈线的ＤＧ出力较小，则Ｇｆ（ｆｋ）《Ａ／ｓ，Ａ／ｓＡ／，上述故障馈线选择方法失效。但此时≠仍满足判据（１）：Ａ／ｋ＞Ａ／ＤＧｋ）。由于故障时—ＢｕｓＩＥＤ利用母线电压和系统侧电流通过功率方向判别原理［可以判断故障发生在母线上游的系统侧还是母线下游的馈线侧，所以改进的故障馈线选择流程如图３。图３母线ＩＥＤ故障馈线选择流程Ｆｉｇ．３Ｆａｕｌｔｆｅｅｄｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆ—ｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｂｕｓＩＥＤ上述故障馈线选择方法利用电流、电压的正序故障分量，所以对于两相短路故障同样适用。规定从系统电源往线路末端的方向为正方向。故障时Ｂｕｓ．ＩＥＤ确定故障馈线后，向相应馈线的Ａ类ＩＥＤ、Ｂ类ＩＥＤ发送允许信号。Ａ类ＩＥＤ判断故障位于自身下游，则向下游相邻Ａ类ＩＥＤ发送允许信号。母线６处下游有两条馈线，下游故障时，其Ａ类ＩＥＤ向故障馈线相邻Ａ类ＩＥＤ发送允许信号。Ａ类ＩＥＤ同时满足判别条件：—（１）收到ＢｕｓＩＥＤ的允许信号；（２）收到上游相邻Ａ类ＩＥＤ的允许信号；（３）确定故障位于自身上游；则跳开自身上游最末馈线段的末端断路器，完成故障一次定位。以图１为例，馈线１上ｎ点处发生故障，母线５处Ａ类ＩＥＤ收到Ｂｕｓ．ＩＥＤ的允许信号，收到母线２处上游相邻Ａ类ＩＥＤ的允许信号且确定故障位于自身上游，则跳开自身上游最末馈线段末端断路器ｋ５完成故障一次定位。３．２故障二次定位规定从系统电源往线路末端的方向为正方向。以图１中馈线１上ｆ１处故障为例，母线５处Ａ类ＩＥＤ动作跳开断路器ｋ５，完成故障一次定位。此时故障馈线段３４末端故障相电流突变，两相短路幅值显著减小，三相短路幅值接近于零；若故障发生在Ａ类ＩＥＤ上游最末一条馈线段，如ｆ２处，无论任何故障，ｋ５跳开后，故障馈线段４５末端故障相电流幅值都将突变至接近于零。而故障馈线段故障相始端电流在ｋ５动作后保持不变，当区域内末端ＤＧ渗透率较高时，故障馈线段始端故障相电流可能略有增加。利用这个特点可以完成故障二次定位。故障相电流突变量定值实时整定，值为０．１～０．５１ｆ，Ｉｆ为故障相短路时的故障电流，比例系数预先设置，保证任何故障情况下都能满足保护可靠性和灵敏性的要求。Ａ类ＩＥＤ动作后，向区域内上游ＩＥＤ发送动作信号，ＩＥＤ收到动作信号且同时感受到馈线段末端电流负向突变量大于实时故障相电流突变量定值则向区域内上游相邻ＩＥＤ发送允许信号，ｌＥＤ同时满足以下判别条件：（１）收到区域末端Ａ类ＩＥＤ动作信号；（２）收到区域内下游ＩＥＤ允许信号；（３）馈线段始端故障相电流负向突变量不大于实时故障相电流突变量定值。则跳开馈线段始端断路器，完成故障二次定位，可靠隔离故障。如ｆ１处故障时，ｋ５跳开，此时母线３处Ｂ类ＩＥＤ满足判别条件，ｋ３断开，隔离故障。毫无疑问，此时扩大了停电范围，母线４及馈线段４５失电。但应考虑到ＤＧ容量有限，一般与当肖伟栋，等考虑多ＤＧ接入的配电网区域保护新方案．１０７．地负荷匹配，保证因外部故障而孤岛运行时ＤＧ附近负荷仍能持续供电。如果在ｆｌ故障时只切除故障馈线段３４，虽然可以保证停电范围最小，但不仅需要在馈线段３４末端增加断路器，更为重要的是母线４的负荷将全部由ＤＧ承担，超过ＤＧ的负载能力，容易造成更大范围的负荷失电，影响故障恢复时间。所以当ｎ故障时，ｋ５首先跳开，不仅可以保证孤岛运行时ＤＧ附近负荷持续供电，而且与每一馈线段末端都增加断路器的方案相比【１０，１２］，可以减少设备投资，具有较好的可靠性和可行性。节点１０为边缘三分支节点，所以需要对其下游ＩＥＤ的判别条件做适当修改。当节点ｌＯ处ＩＥＤ判断故障位于其下游时，向下游ＩＥＤ发送允许信号。ＩＥＤ收到允许信号且感受到馈线段末端电流负向突变量大于故障相电流突变量定值（故障相电流突变量定值实时整定，值为０．１～０．５ｈ，，，为故障前负荷电流），则向上游相邻ＩＥＤ发送允许信号，ＩＥＤ满足以下条件：—（１）收到ＢｕｓＩＥＤ的允许信号；（２）收到区域始端Ａ类ＩＥＤ允许信号；（３）收到区域内下游相邻Ｂ类ＩＥＤ允许信号；（４）馈线段始端电流负向突变量不大于实时故障相电流突变量定值。则跳开馈线段始端断路器，隔离故障。如馈线３上ｆ＝；处故障时，母线１１处ｌＥＤ满足条件，断路器ｋｌ１跳开，隔离故障。由上述分析可知，当故障位于边缘三分支或多分支节点的下游时，只需断路器动作一次即可完成故障隔离。３．３保护算法说明（１）网络描述向量的形成简单，直观性好，占用存储空间小；自适应区域划分算法简单，实现方便，适应性强。—（２）故障一次定位利用ＢｕｓＩＥＤ的信息，保护理论成熟，可靠性高；一次定位所需ＩＥＤ信息少，原理简单，因此具有良好的容错性及速动性。（３）故障二次定位不受负荷电流的影响，适应性强。虽然二次定位需要相应开关动作后才能实现，因此有一定的延时，但配电网继电保护对速动性的要求没有输电网高，短暂的延时完全可以满足要求。（４）保护算法在一定程度上扩大了停电范围，但可以保证因外部故障而孤岛运行时ＤＧ附近负荷持续供电，避免因功率不匹配而造成更大范围的负荷失电，缩短故障恢复时间。（５）ＩＥＤ间相互通信的都是开关量，对通信系统的传输能力要求低，但准确性要求高。（６）本文研究的故障仅限于馈线上的两相短路和三相短路。中低压配电网是中性点不接地系统，发生单相接地故障时仍可运行１～２ｈ，在此期间运行人员可以查找接地点，采取相应措施，所以不属于本文研究范围。４仿真验证本文以天津某１０ｋＶ配电网为基础，基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件搭建含多ＤＧ的配电网仿真模型，如图４所示。配电网基准容量５００ＭＶＡ，基准电压１０．５ｋＶ；系统最大运行方式下阻抗；＝Ｏ．０９１ｔ－Ｉ，最小运行方式下阻抗＝０．１２６Ｑ；线路ＡＢ、ＡＤ、ＤＥ、ＡＧ、ＧＨ为架空线（ＬＧＪ一１２０／２５钢芯铝绞线），参数为＝０．２７ＤＹｋｒｎ，ｘ＝０．３４７Ｑ／ｌ（ｍ，长度为４ｋｍ、２ｋｍ、２ｋｍ、２ｋｍ、４ｋｍ；线路ＢＣ、ＥＦ、ＨＩ为地下电缆（ＹＪＬＶ２２．１５０／６０铜芯交联聚氯乙烯电缆），参数为：Ｏ．２５９Ｄ，／ｋｍ，ｘ＝０．０９３Ｄ，／ｋｍ，长度为６ｋｍ、７ｋｍ、５ｋｍ；在每个节点处接入额定容量为６ＭＶＡ、额定功率因数为０．８５的负荷；ＤＧ额定容量１０ＭＶＡ，以ＰＱ控制方式接入母线Ｂ、Ｅ、Ｈ。馈线２馈线３图４含多ＤＧ的１０ｋＶ配电网系统Ｆｉｇ．４Ａ１０ｋＶｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤＧｓ４．１故障一次定位故障馈线选择方法仿真在系统最大运行方式下，选取ＡＧ为故障馈线段，在馈线段２０％、５０％、８０％处设置短路点，观察在ＤＧ不同出力下，三相短路和两相短路时各馈线的故障电流正序分量，仿真数据见表２。从表２中可以看出，随着ＤＧ出力的减小及的增大，故障时相邻馈线ＤＧ提供的故障电流逐步．１０８．电力系统保护与控制减小。当ＤＧ出力为５ＭＶＡ，ＡＧ末端发生两相短路时，，，无法单独通过比较故障电流来确定故障馈线，但此时仍满足＞Ａｉｒ，，＞Ａ／，，从而证明本文所提的故障馈线选择方法的正确性。表２ＡＧ馈线段故障时各馈线故障电流正序分量有效值—Ｔａｂｌｅ２ＦａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｖｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔＲＭＳｖａｌｕｅｓｏｆｅａｃｈｆｅｅｄｅｒｗｈｅｎｓｈｏｒｔ．ｃｉｒｃｕｉｔｏｃｃｕｒｉｎＡＧｌｉｎｅ类型三相短路，Ａ两相短路，ＡＤＧＯ．２０．５０＿８Ｏ－２Ｏ．５Ｏ．８２２６８３ｌ１ｏｏ５７１５４ｌ１２８０５４４６３５２１１０３５６１５８１００１６２７６４９ＭＶＡ４４４２０２１２９２０７９８６３２３ｌｌ７ｌ１２１４７２９０ｌ１４８２５５４７３５８６△，ｓ２２６６０１０９６５７１０９１ｌ２７２５４３２３５０４８，３３０１４７９３１５１７１４５Ｍ、４２０１９１１２２１９６９２５９２３０６８１１１６１７２３５ｌ１４６２５５２６３５６５２２６２８１０９０４７０３８１１２６１５４１１３４８０５．２８５１２８８１ｌ３２６２４０３７５１７２１０９１７７８４５４２２９９０ｌ１０７６７１４０ｌ１４３２５４９５３５３４４．２故障二次定位方法仿真系统最大运行方式下，选取ＡＧ为故障馈线段，在馈线段２０％、５０％、８０％处设置短路点，ＡＧ在１Ｓ时发生ＢＣ相间短路，１．１Ｓ时区域内末端断路器Ｈ断开。故障相电流突变量定值整定为０．５，ｆ，是故障相短路时的故障电流。表３、表４是母线Ｈ处ＤＧ不同出力下Ｈ断开前后，故障馈线段ＡＧ始端Ｂ相电流和ＡＧ末端Ｂ相电流的仿真数据。表３故障馈线段始端Ｂ相电流有效值—Ｔａｂｌｅ３ＢｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔＲＭＳｖａｌｕｅｓａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌｏｆｆａｕｌｔｂｒａｎｃｈ表４故障馈线段末端Ｂ相电流有效值—Ｔａｂｌｅ４ＢｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔＲＭＳｖａｌｕｅｓａｔｔｈｅｅｎｄｔｅｒｍｉｎａｌｏｆｆａｕｌｔｂｒａｎｃｈ从表３、表４看出，在不同故障状况下，Ｈ断开前后，故障馈线段始端电流略有增大，而故障馈线段末端电流则显著减小，且负向突变量大于突变量定值，从而证明故障二次定位方法的正确性。５结论本文在考虑现有配电网结构及并网ＤＧ特点的基础上，提出了基于通信技术的含多ＤＧ配电网区域保护新方案。描述了区域保护的网络结构和单元功能，以此为基础完整阐述了保护流程，最后通过数字仿真验证了其正确性。该方法区域划分算法简单，实现方便，直观性好，适应性强。故障定位利用母线处ＢｕｓＩＥＤ信息，可靠性高；不受负荷电流、ＤＧ位置及容量和故障类型的影响，适应性强；不需要在每一馈线段末端增加断路器，节省设备投资。综上所述，该保护方案可以作为主保护应用于自动化程度较高的含多ＤＧ的配电网。参考文献［１］ＪＥＮＫ１ＮＳＮ，ＡＬＬＡＮＲＲ，ＣＲＯＳＳＬＥＹｅｔａ１．Ｅｍｂｅｄｄｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ：ＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０００．［２］ＧＩＲＧＩＳＡ，ＢＲＡＨＭＡＳ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ２００１ＬａｒｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｌｉｆａｘ，Ｃａｎａｄａ，Ｊｕｌｙ２６－２８，２００２：１１５－１１９．Ｅ３］王江海，邰能灵，宋凯，等．考虑继电保护动作的分布式电源在配网中的准入容量研究［Ｊ］＿中国电机工程学—报，２０１０，３０（２２）：３７４３．——ＷＡＮＧＪｉａｎｇｈａｉ，ＴＡＩＮｅｎｇｌｉｎｇ，ＳＯＮＧＫａｉ，ｅｔａ１．ＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｐｅｒｍｉｓｓｉｏｎｏｆｆｏｒＤＧｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ肖伟栋，等考虑多ＤＧ接入的配电网区域保护新方案［４］［５］［６］［７］ｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｒｅｌａｙｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１０，３０（２２）：３７－４３．余琼，余胜，李晓晖．含分布式电源的配网自适应保护方案【Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１２，４０（５）：１１０．１１５．—ＹＵＱｉｏｎｇ，ＹＵＳｈｅｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｕｉ．ＡｎａｄａｐｔｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｍｅｓｈｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤＧ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４Ｏ（５）：１１０－１１５．马静，王希，米超，等．含分布式电源的配电网自适应保护新方法［Ｊ］．电网技术，２０１１，３５（１０）：２０４．２０８．ＭＡＪｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｉ，ＭＩＣｈａｏ，ｅｔａ１．Ａｎｅｗａｄａｐｔｉｖｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，—２０１１，３５（１０）：２０４２０８．孙景钉，李永丽，李盛伟，等．含逆变型分布式电源配电网自适应电流速断保护［Ｊ】．电力系统自动化，２００９，３３（１４）：７１－７６．—ＳＵＮＪｉｎｇｌｉａｏ，ＬＩＹｏｎｇ－ｌｉ，ＬＩＳｈｅｎｇ－ｗｅｉ，ｅｔａ１．ＡｎａｄａｐｔｉｖｅｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＩＩＤＧ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００９，３３（１４）：７１７６．庞清乐，高厚磊，杜强，等．面向智能配电网的保护与控制方法［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２１）：２８．３２．ＰＡＮＧＱｉｎｇ－ｌｅ，ＧＡＯＨｏｕ－ｌｅｉ，ＤＵＱｉａｎｇ，ｅｔａ１．Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｍａｒｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，—３８（２１、：２８３２．［８］林霞，陆于平，王联合．分布式发电条件下的多电源故障区域定位新方法［Ｊ】．电工技术学报，２００８，２３（１１）：１３９－１４５．——ＬＩＮＸｉａ，ＬＵＹｕｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｈｅ．ＮｅｗｆａｕｌｔｒｅｇｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤＧｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００８，２３（１１１：１３９－１４５．［９］林霞，陆于平，王联合．分布式发电条件下的新型电流保护方案［Ｊ］．电力系统自动化，２００８，３２（２０）：５０．５６．—ＬＩＮＸｉａ，ＬＵＹｕ－ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｈｅ．Ｎｅｗｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｍｐａｃｔ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（２０）：５０－５６．［１Ｏ］张翔，卫志农．含分布式电源的配电网广域保护容错算法［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２０１１，２３（５）：５９．６４．ＺＨＡＮＧＸｉａｎｇ，ＷＥＩＺｈｉ－ｎｏｎｇ．ＷｉｄｅａｒｅａｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｉｔｈｆａｕｌｔｔｏｌｅｒａｎｃｅｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｉｎｃｌｕｄｉｎｇＤＧ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡ，２０１１，—２３（５）：５９６４．［１１］徐丙垠，李天友，薛永端．配电网保护新技术［Ｊ］．供用电，２０１２，２９（６）：１５－２５．—ＸＵＢｉｎｇ－ｙｉｎ，ＬＩＴｉａｎｙｏｕ，ＸＵＥＹｏｎｇ－ｄｕａｎ．Ｎｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ＆Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，２０１２，２９（６）：１５－２５．［１２］唐斐，陆于平．分布式发电系统故障定位新算法【Ｊ】＿电力系统保护与控制，２０１０，３８（２０）：６２．６８．ＴＡＮＧＦｅｉ，ＬＵＹｕ－ｐｉｎｇ．Ａｎｅｗｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２０）：６２－６８．［１３］张保会，尹项根．电力系统继电保护［Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００８．收稿日期：２０１３－０８－０１；修回日期：２０１３－１０－１０作者简介：肖伟栋（１９８７－），男，硕士研究生，主要研究方向为配电网继电保护；Ｅ．ｍａｉｌ：ｘｗｄ１９８７ｌ１１９１６３．ｃｏｍ夏明超（１９７６－），男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向为电力系统综合自动化，电力系统继电保护，电气设备在线监测与诊断，智能配电；唐念（１９９１－），女，硕士研究生，主要研究方向为分布式发电技术。