DER的大量接入、高度渗透,使单端供电的常规配电网成为一个功率与故障电流双向流动的有源网络(即有源配电网),潮流和故障电流特征将会出现本质的变化。分布式电源高度渗透给配电网的运行管理、继电保护等带来一系列亟待解决的问题。中性点接地方式便是其中不可小觑的问题之一,其与整个电力系统的供电可靠性、绝缘水平、过电压保护、人身安全、设备安全、通信干扰等问题密切相关,是电力系统安全与经济运行的基础问题。本文简要分析了有源配电网中性点可能的接地方式及变化过程,提出了与接地方式密切相关的单相接地故障特征、过电压等问题,给出了现有配电网中DER接地方式以及新建配电网接地方式选择的建议。
有源配电网中性点接地方式的含义
美国电机工程协会对接地方式的定义为在系统或某指定部分的各点上,若零序电抗与正序电抗的比值不大于3,且零序电阻与正序电抗的比值不大于1时,则该系统或该部分为有效接地方式;反之,则为非有效接地方式。可以看出,区别于常规配电网,有源配电网不仅取决于主网系统,还取决于并网DER(包括直接并网DER、微电网或并网变压器),即有源配电网的接地方式将由主网和DER两部分来共同决定。
但主网与DER的接地方式存在多种组合(如主网为小电阻接地方式时,DER可采用直接接地、小电阻接地或是不接地方式),故较常规配电网,有源配电网接地方式选择要复杂得多,需要慎重考虑。
有源配电网接地方式选择须考虑五大问题
问题一:主网和DER可能的接地方式组合
问题二:有源配电网的接地方式转变问题
问题三: 单相接地故障电压电流问题
问题四:对继电保护的影响
问题五:对供电可靠性和人身安全的影响
接地方式已定的现有配电网中DER接地方式选择讨论
对于系统接地方式已定的现有配电网,鉴于其设备和线路绝缘、继电保护等已确定,并网DER接地方式应本着不改变或最小程度改变已有配电网原有配置和最有效接纳DER的原则进行选择。
(1)DER接入现有小电阻接地方式配电网。
1)若DER采用不接地方式,则在DER并网运行状态下,DER和主网组成的整个系统为大电流接地系统。但在发生接地故障主网保护动作后,会出现明显的接地方式转变问题,孤网转变为小电流接地方式,将给系统安全(过电压)、继电保护带来严重影响。2)若DER采用直接接地或小电阻接地方式,无疑将会降低主网中性点对地电阻在单相接地故障时的限流作用,尤其是当有多个DER同时接入时,并可能影响保护灵敏度。可以看出,现有小电阻接地方式配电网中,并网DER的接地方式选择是比较困难的,应作为有源配电网接地方式选择研究中的一项重点内容。
(2)DER接入现有直接接地方式配电网。
1)若DER采用不接地,与小电阻接地系统中DER采用不接地方式时的情况相一致,此处不再赘述。
2)若DER采用直接接地或小电阻接地方式时,无论DER并网或孤网运行,接地方式不会发生明显转变,但均会增加并网运行时的短路容量,尤其是当有多个DER时。
(3)DER接入现有小电流接地方式配电网。
脱离现有配电网条件约束的有源配电网中性点接地方式选择讨论
未来新建有源配电网接地方式的选择可脱离现有配电网条件约束,即可以不考虑现有配电网中已有的绝缘条件和继电保护条件等的约束,可从供电可靠性、过电压水平、继电保护配置难易程度、经济性等各个方面来综合分析和选择主网和DER接地方式的最佳组合。
有源配电网中性点接地方式由主网和并网DER两部分共同决定,主网和DER接地方式组合选择不合理将会导致诸多问题。
在进行接地方式组合选择时,主网和并网DER接地方式不同组合下可能存在的接地方式转变问题须引起重视,且有源配电系统的接地故障电压电流特征分析较常规配电网要复杂得多,并会有更多导致各种过电压因素。
无论是考虑现有配电网中已有继电保护和绝缘配置,还是脱离现有配电网条件约束的有源配电网,均建议主网采用小电流接地方式、DER采用不接地。此外,须指出的是,现有小电阻接地方式配电网中DER接地方式的选择有一定的难度。(薛永端:中国石油大学(华东)教授,山东科汇电力自动化股份有限公司技术顾问)