光伏发电接入DPV的配电线路短路电流分析

　　1.DPV短路电流特性
　　光伏发电系统通过逆变器接入配电网。逆变器一般脉宽调制(PWM)方式，其电流输出特性具有电流源的性质。为减少造价，逆变器使用的功率器件(IGBT)的过流能力有限，其最大输出电流是额定电流的1.2倍～1.5倍。
　　配电网故障时，在DPV因短路保护或反孤岛保护动作脱网之前，逆变器维持对配电网的供电，输出的短路电流与其在故障阶段具体采用的控制策略有关。逆变器一般是通过检测其端电压是否低于整定值判断配电网是否发生了故障，为保证故障检测的可靠性，低电压检测都带有2个～4个周期(系统频率是50Hz时等于40ms～100ms)的动作时限。在这段时间内，逆变器维持故障前的有功功率与无功功率输出不变。
　　2.DPV对短路电流的影响
　　2.1 本线路故障时出口短路电流
　　出口短路电流指的是流过变电站线路出口断路器的短路电流。
　　(1)本线路外DPV的影响。
　　故障线路外接入的DPV向故障线路注入短路电流，使出口短路电流增加。分析三相短路时故障线路外DPV向故障线路注入的短路电流的等效电路如图1所示，其中ZS是系统等效阻抗，IPV1是故障线路外DPV提供的短路电流，ZL是故障点k与母线B之间的阻抗，得到出口短路电流的变化量ΔIK1为：

图1分析故障线路外DPV向故障线路注入的短路电流的等效电路图
　　由图1所知，ΔIK1的大小与故障线路外DPV提供的短路电流成正比，此外，还与系统阻抗以及故障点到母线的距离有关。在靠近母线处故障时，ZL≈0，可以认为故障线路外DPV提供的短路电流全部流入故障线路;在故障点距离母线比较远时， 远大于系统阻抗ZS，故障线路外DPV的短路电流大部分流入系统中，出口短路电流的变化量很小。
　　(2)本线路上DPV的影响。
　　故障线路上故障点上游接入的DPV提供的短路电流将抬高其并网点的电压，进而使系统提供的短路电流，即出口短路电流减少。同等容量下，故障点上游DPV对出口短路电流的影响与其接入位置有关。
　　分析故障点上游DPV对出口短路电流影响的等效电路如图2所示，逆变器输出的短路电流为IPV2，ZL1与ZL2分别是P点到母线B与故障点k的等效阻抗，出口短路电流的变化量ΔIK2是IPV2向系统侧提供的短路电流，其计算公式为：

　　式中可见，ΔIK2与故障点上游接入的逆变器的短路电流成正比，并且与系统阻抗以及故障点的位置有关。并网点越靠近母线，故障点距离并网点越远，出口短路电流的变化量越大。

图2分析故障点上游逆变器对出口短路电流影响的等效电路图
　　考虑极端情况，逆变器接在靠近母线处，故障点在线路末端，可认为逆变器输出的短路电流全部流入系统中;假设逆变器输出的短路电流与系统短路电流同相位，线路上逆变器引起的出口短路电流减少值最大等于线路上所有逆变器最大短路电流之和。
　　(3)DPV对出口短路电流的总体影响。
　　根据上面的分析，故障线路外的DPV使出口短路电流增加，而故障线路上故障点上游的DPV使出口短路电流减少。两种极端情况为：
　　一是在靠近母线处故障时，本线路外DPV提供的短路电流全部流入故障点，而本线路DPV提供的短路电流对出口短路电流没有贡献，出口短路电流增加的最大值是故障线路外所有DPV提供的短路电流之代数和。
　　二是线路距离比较长，本线路上逆变器接在靠近母线的地方线路末端故障时，本线路外DPV对出口短路电流几乎没有影响，本线路上的DPV使出口短路电流出现最小值，减少的最大值等于线路上逆变器最大短路电流之代数和。
　　实际配电网中，故障线路外DPV的容量可达数十兆伏安，近距离故障时，出口短路电流的增加值可达数千安培，有可能使出口短路电流超过出口断路器的额定遮断电流。一条配电线路上接入的DPV可能接近线路的额定容量，线路末端故障时，由其造成的出口短路电流的减少值可能有上千安培，可能对线路出口保护的动作灵敏度带来较大的影响。
　　3.相邻线路故障时出口短路电流
　　与上述故障点下游线路短路电流类似，相邻线路故障时本线路上的DPV向故障点注入反向短路电流，出口短路电流是本线路上所有DPV提供的短路电流之和。如图3所示系统中，本线路接有两个DPV，提供的短路电流分别是IPV3与IPV4，在其他线路上故障时，本线路流向故障点的出口短路电流IK为IPV3与IPV4之和。

图3分析非故障线路时出口短路电流的示意图
　　与故障点下游短路电流的情况类似，反向出口短路电流的最大值是线路上所有DPV短路电流最大值的代数和。
　　4.接地故障零序电流
　　DPV对接地故障零序电流的影响，取决于其中性点接地方式。如果DPV中性点采用直接接地或小电阻接地方式，则会在配电网发生接地故障时向接地点提供故障电流，它们对零序电流的影响与对相间短路电流的影响类似。
　　中国中压配电网中性点采用不接地方式或者只在变电站内经过消弧线圈或小电阻一点接地的方式，所接入的DPV中性点不接地，不会向配电网中接地点提供接地电流，因此，不会对单相接地故障的零序电流产生实质性的影响。