2 光伏电源模型

光伏电源系统一般由光伏阵列、控制器、逆变器和蓄电池组组成，逆变器是其控制核心。光伏电源对电网故障的响应主要取决于逆变器的控制方式，一般逆变器的控制方式有2种：电压型和电流型。电压控制策略进入故障稳态较快，但冲击电流较大，而电流控制策略冲击电流较小，进入故障稳态较慢。2种控制方式都可以通过对逆变器的快速调整，大约2周波后输出的有功和无功功率都将达到故障后的稳态并与故障前相同[7]，故可以在计算短路电流时，假定光伏电源在故障后输出功率不变，故障引起光伏电源接入点电压下降后，其供出的电流将与电压成反比，可用一个受控电流源来代替光伏电源接入IEEE 34节点系统。实际中要求光伏电源具有穿透一定故障的能力，而不是立即和电网断开，以防止发电量损失甚至产生更坏的影响。本文采用光伏电源通过变压器连到电网上。考虑到并网变压器的联接形式会对保护产生影响，接地和不接地连接的变压器都存在优缺点，正如文献[8]所描述的，高压侧不接地的并网变压器接入电网，使得单相接地故障的检测复杂化，但是普通的d/Y0联接方式可以提供接地故障电流，同样也会对电网保护产生影响。综合考虑这2方面，光伏电源并网变压器联接方式采用d/d，其容量和光伏电源容量相等。在PSCAD中搭建光伏电源的等效模型，三相交流受控电流源，其所输出的电流幅值和相位均可控制，幅值根据恒功率模型来确定，在受控电流源和并网变压器的低压侧之间设置一个实时电压测量器，可以测得受控电流源的端电压Upv，再用一个除法器将光伏电源的容量除以端电压Upv，就可以得到光伏电源所输出的电流值。光伏电源接入位置可假定在变电站近端或远端，电压调节器近端和主馈线的支线上，详尽的被测试的连接点是节点2、28、34、8、19、29和24。每个光伏电源的初始容量是馈线总负载容量的20%，即为400 kW，增加光伏电源的容量直到对电网过电流保护设备的协调性产生影响。

3 仿真结果

每个保护设备设置2种故障，一种是在设备下游的近端，另一种是在保护下游尽可能远的地方，这2种故障位置用于区分某种故障条件下流过保护的短路电流，故障点离保护越近，流过保护的电流越大。对于三相支线，无接地阻抗的三相接地故障作为最大故障，接地阻抗为15 赘的A相接地故障作为最小故障;对于单相支线，仅发生单相接地故障，无接地阻抗的单相接地故障作为最大故障，接地阻抗为15 赘的单相接地故障作为最小故障。理论上来说，光伏电源的接入会导致故障电流增加，但这并不意味着流过每个支线上的故障电流都增加。例如，在节点34处的三相故障，当20%馈线总负载容量的光伏电源接入节点24时，流过支线8上的所有分支故障电流都会增加，然而，连接节点15-16的支线，当无光伏电源接入时，其故障电流为209.97 A，当接入光伏电源后，故障电流为207.83 A。表2所示的是在节点24处接入光伏电源，某些节点处的三相接地故障的最大故障电流变化，可以看出当故障发生在光伏电源并网点时，增加的故障电流最多。

注：比值*=(接入光伏后的故障点电流-无光伏时的故障点电流)/无光伏时的故障点电流。

重合器和熔断器的动作特性曲线具有反时限特性，流过它们的故障电流越大，它们的动作时间就越短。这样接入光伏电源后，故障电流和配合时间都可能改变。对先前假定的几种故障情况进行比较，来检查光伏电源接入情况下保护之间的协调性，除了电容器组的熔断器和熔断器F6外(熔断器F6设计成在重合器跳闸之前熔断)，比较重合器的快速跳闸时间和熔断器的最小熔断时间，检验重合器是否先动作。发生瞬时故障时，动作顺序是正确的。对于永久性故障，需比较熔断器的最大熔断时间和重合器的慢速跳闸时间，假设熔断器在重合器闭锁合闸之前熔断，研究只得到了一些初步的结果。表3所示是节点34处发生接地阻抗15 赘的单相接地故障时，在某些节点接入光伏电源，重合器-熔断器F8的协调时间的变化。由于接入光伏电源，重合器和熔断器的动作时间间隔下降了，但节点34情况例外，因为光伏电源接入节点34时和熔断器F8在相同支线上，不过熔断器F8和重合器对于所有情况仍然保持协调。