分布式电源对配电网过电压的影响分析

分布式电源对配电网过电压的影响分析

王娟

（国网临汾供电公司调控中心山西临汾041000）

摘要：由于分布式发电装置的应用，配电网逐渐变为有源环网，为电力系统安全运作设定了更高标准。文章简要分析了分布式电源对配电网过电压产生的影响，通过电磁暂态仿真软件对变电站的配电网实行了分析验证，且对其过电压水平实行对比研究。试验结论反映，分布式电源的种类和容量、负荷能力和参变量对过电压的作用较大。

关键词：分布式电源；铁磁谐振；过电压

1仪用变压器铁芯饱和导致的铁磁谐振现象

将分布式电源接入配电网后，为监控分布式电源输出电压，往往于其接入部位安装电压互感器，特殊情况下，电压互感器的非线性脉冲变压器的初级电感和输电线中杂散电容形成铁磁谐振现象。变压器励磁电抗降低，当出现单相接地，极易造成铁磁谐振现象，因此分布式电源连接配电网，电压互感器易出现铁磁谐振情况。仿真试验时，单相接地发生后0.ls解除，解除瞬时出现了铁磁谐振现象，对比可得，分布式电源接入之前，若出现铁磁谐振同样会消减直到彻底消除，分布式电源接入之后，若出现铁磁谐振，铁磁谐振会更加强烈，所以，分布式电源接入的时候，要遏制铁磁谐振的过电压现象。

2感应发电机自激过电压现象

分布式电源与输电线的负载和主要电网断绝，形成孤岛，遭到负荷水平与无功功率补偿容量作用，发电系统运行状况和输出电压、频率均会产生改变。为研究方便且具备普遍性，应用感应发电机优化等值电路，不计主磁路的磁场变化而形成的次级磁路中电阻值，处于孤岛系中的感应发电机，若配电系统内的无功功率补偿容量充足但负荷水平较低，则会形成感应发电机自激过电压现象。仿真实验反映，感应发电机的分线和主电网实行解列措施，产生孤岛，且针对分线负载变压器从电机不带负载设备的情况下运转至额定工作状态的调节。现实运作过程中，孤岛的负载种类并不相同，分布式电源运作情况也有所影响，配网负荷无差异的前提下，功率相位差因数更大，感应发电机和主网解列措施之后自激过电压振幅就更大。仿真结论反映：当负荷与发电机发电使相同或相近的情况下，发电机依然可以持续工作一些时间，重负荷工作情况中，发电机发电较低，会停止工作，轻负荷状态下，发电机出现谐振，形成自激过电压。现实工作下，负荷的波动为上下形式，形成孤岛之后，感应发电机形成自激过电压或者停止，就算系统电压无改变，电压互感器正常，可频率或许已出现改变，若负荷开关闭合断路器，由于不属于同步对电力网和发电机形成障碍。因此，分布式电源接入配电网，科学采用无功功率补偿容量，安排切实的孤岛保障方案格外关键。

3单相接地故障造成的谐振过电压

分布式电源接入配电网后，若出现单相接地故障，发电机电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用和无功功率补偿产生谐振现象，发电机出现单相接地故障导致主网端跳闸，分布式电源和故障部位同主电网解列，形成孤岛。转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机当成分布式电源接入配电网中，客户为提升发电成效，通常实行无功功率补偿以提升同步发电机工作的功率相位差因数。如果保证无功功率补偿电容无改变，更高同步发电机容量的情况下，出现单相接地之后形成的谐振过电压最大瞬时值同样出现改变，因此，分布式电源的容量、发电机参变量以及输电线路的电容更搭配合理，形成谐振过电压最大瞬时值更高。如果负载变压器存在导线、电缆和电气设备中通过的功率和电流，因其阻尼对能量的作用，谐振稍有降低，可当负荷低于或者相近发电机容量，依然形成大峰值谐振过电压。仿真试验结论反映，单相接地导致的谐振现象往往形成较大谐振过电压，尽管分布式电源端往往安装保护器件，可因此类过电压可以于极短时间造成大峰值过电压，尤其负载变压器电机不带负载设备的情况下运转或者轻载运行阶段，问题出现之后的周期造成十几倍或几十倍峰值过电压，对发电机或其他设备的损害严重。

4分布式电源支撑的孤岛铁磁谐振

4.1孤岛出现铁磁谐振

分布式电源和主网解列产生孤岛时，因电容与分布式电源激励，当孤岛电压高于变压器饱和电压，变压器在空载时的等效阻抗因饱和而迅速降低，和无功功率补偿产生铁磁谐振现象。此现象不需单相接地故障引起，在分布式电源支持三相电压单一电网中均会出现，且应用所有分布式电源的变压器连接模式均可造成如上问题。研究发现，孤岛出现如上铁磁谐振需存在以下几点：

①主电网出现解列，分布式电源处于孤岛。

②孤岛具备补偿电容，一般可于分布式电源额定发电功率的30%～40%之间。

③配电网内安装具备励磁饱和变压器，作为非线性的电感功能。

④发电机运行需高于孤岛负荷。此类铁磁谐振关键为负荷水平状态，由于其能够吸取能量消除谐振。尤其高负荷水平状态，电压水平低于变压器饱和电压，无法形成励磁饱和，则不会出现铁磁谐振现象。

4.2规划与加装分布式电源

分布式电源接入配电网后，连接分布式电源都位置负荷跳闸，分布式电源和主网出现解列，组成包含无功功率补偿、变压器以及负荷的孤岛，由于分布式电源的容量和种类、负荷水平和参变量的作用，这个孤岛电网或许会出现铁磁谐振现象。为了论证结果是否正确，针对不同参变量情况的谐振过电压实行仿真试验比较，结果反映出，分布式电源先后为同步和异步发电机连接，由于变压器饱和效应形成的谐振过电压存在差异。仿真结果能够看出，分布式电源容量不存在差异时，感应发电机作为分布式电源时形成铁磁谐振的现象显著高于转子转速与定子旋转磁场的转速相同的交流发电机。此外，分布式电源容量、无功功率补偿电容状态和负荷水平对形成孤岛铁磁谐振作用较大。其中，分析结论反映，规划与加装分布式电源时需重视如下几点。

①分布式电源通常选择于负荷相对集中部分，能够切实遏制过电压现象，尽可能防止配电网出现问题时分布式电源空载或者轻载情况。

②安装分布式电源补偿电容，补偿容量需尽可能方式处于容易出现谐振的部位。

③分布式电源的配电网，安装反孤岛继电监控装置，可以遏制过电压现象。

④分布式电源分配频率，安装电压监视系统，若分布式电源频率和电压出现抚掌，切断电源。

结束语：

分布式电源接入后，由于其改变了配电网短路电流的大小和分布，会给保护带来不同程度的影响。对电流保护的影响包括保护区缩短、保护拒动或误动等；对重合闸的影响有非同期重合闸、故障点电弧重燃等。

分布式电源的在特定位置并网且故障在特定位置发生时，对保护的影响最严重，称之为极端情况。保护出现拒动的极端情况为：分布式电源在保护出口处集中接入，馈线末端发生故障，出线保护感受到的短路电流减小值最大，为所有DER提供的短路电流之和；保护出现误动的极端情况为：分布式电源在保护出口处集中接入，同母线的相邻馈线首段发生故障，保护感受到的反向短路电流值最大，为所有分布式电源提供的短路电流之和。

本文简要分析了分布式电源对配电网过电压造成的影响，通过电磁暂态仿真软件，针对分布式电源并入后造成的各类过电压现象实行了分析论证，且针对各类参变量状态下的过电压水平实行了数据对比。所以，在分布式电源工作阶段建立合理的监视与保护方案，可以切实消除影响。

参考文献：

[1]赵文龙.分布式电源对配电网保护影响的评估方法[D].山东理工大学，2014.

[2]陈璐璐.含分布式电源的配电网保护方案设计[D].南京理工大学，2014.

[3]陈建杰，郝永晶，纪元，高亮.分布式电源对配电网继电保护影响的仿真与分析[J].上海电力学院学报，2014，01：36-39.