微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用

董傳岳

摘要：微電網(wǎng)繼電保護(hù)的主要目的是確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。文章主要對微電網(wǎng)繼電保護(hù)面臨的問題進(jìn)行研究，對微電網(wǎng)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究和應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；繼電保護(hù)；電網(wǎng)運(yùn)行；電網(wǎng)系統(tǒng)；配電網(wǎng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM773 文章編號：1009-2374（2015）18-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.030

微網(wǎng)即微型電網(wǎng)，其主要組成部分為分布式新能源和就近的負(fù)載。微網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是對可再生資源的利用率較高，解決了長距離輸電的高線損、高投資的弊端，供電質(zhì)量、供電靈活性和電力系統(tǒng)可靠性較高。但微電網(wǎng)的運(yùn)行需要依靠繼電保護(hù)，繼電保護(hù)裝置在故障發(fā)生后能夠?qū)收系膮^(qū)域和分量進(jìn)行及時檢測，并使近路開關(guān)跳閘，從而隔離故障，避免了大范圍停電。由此可知，微電網(wǎng)繼

電保護(hù)裝置在電網(wǎng)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。

1 微電網(wǎng)繼電保護(hù)面臨的問題

微電網(wǎng)內(nèi)短路電流的大小和方向隨著分布式電源的接入而改變，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)的配合關(guān)系受到影響，繼而導(dǎo)致一系列的問題產(chǎn)生：（1）配電系統(tǒng)在故障發(fā)生時可不用直接退出分布式電流，只需要進(jìn)行離網(wǎng)模式運(yùn)行就可，這種模式可對負(fù)荷不間斷供電。所以井網(wǎng)、離網(wǎng)兩種運(yùn)行模式在微網(wǎng)中均會應(yīng)用，井網(wǎng)和離網(wǎng)狀態(tài)下存在較大的故障電流差；（2）同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)和逆變器是分布式電源的三種形式，其三種之間具有不同的短路特性。逆變器分布式電源故障電流與額定電流的比為1/2左右，首先是因?yàn)槠浒惭b了快速響應(yīng)限流功能，并且其余兩種發(fā)電機(jī)的容量與大機(jī)組相比更是較少，其次暫態(tài)電勢直接影響著短路電流，故障電流的大小與分布式電源的故障狀態(tài)息息相關(guān)；（3）逆變器電源作為主電源的離網(wǎng)模式，其具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，故障若切除不及時，直接導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓和頻率缺乏穩(wěn)定性，電源受自身的低壓保護(hù)動作跳開，最后造成停電事故的發(fā)生。分布式電源的自身保護(hù)動作時間應(yīng)與電網(wǎng)保護(hù)分離，一旦微電網(wǎng)出現(xiàn)故障，微電網(wǎng)保護(hù)可先于上游電網(wǎng)后背保護(hù)動作，可對避免越級跳閘發(fā)生。故障若發(fā)生在微電網(wǎng)之外，為了避免對分布式電源或負(fù)荷產(chǎn)生不必要的切除，微網(wǎng)內(nèi)元件的所有保護(hù)應(yīng)躲開模式切換動作時間；（4）若備自投裝置應(yīng)用于微電網(wǎng)母線中，有幾個方面需要特別注意。動作時間較模式切換時間短，確保備自投先區(qū)域模式切換動作，應(yīng)合理考慮備自投檢無壓判據(jù)因分布式電源的作用失效。若微網(wǎng)內(nèi)線路有重合閘功能和電源時，為防止非同期合閘，應(yīng)具備檢同期合閘的功能。

2 微電網(wǎng)繼電保護(hù)研究

微電網(wǎng)繼電保護(hù)方法可分為方向縱聯(lián)、差動電流、電壓擾動、過電流四種，方向縱聯(lián)保護(hù)是基于方向比較的原理，對故障相鄰區(qū)域多測點(diǎn)的故障方向信息進(jìn)行比較，從而對故障位置做出準(zhǔn)確的判斷，并采取相應(yīng)的保護(hù)策略。該種保護(hù)方法依據(jù)為電流的方向，不涉及負(fù)荷和分布式電源側(cè)的電流大小。其傳送是以開關(guān)量和動作信號為主，減少傳輸數(shù)據(jù)，無較高的網(wǎng)絡(luò)寬帶要求，因此，該保護(hù)具有較高的可靠性。差動電流保護(hù)的建立基礎(chǔ)為基爾霍夫電流定理，在高壓電網(wǎng)中作為元件主保護(hù)被廣泛應(yīng)用，其具有靈敏度高、選擇性好、保護(hù)間配合簡單等優(yōu)點(diǎn)。差動電流保護(hù)只需對保護(hù)區(qū)的流入和流出的不平衡電流進(jìn)行檢測，定值為最大不平衡電流以下即可。差動電流保護(hù)應(yīng)用于微網(wǎng)各區(qū)域內(nèi)，可對區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障進(jìn)行判別，從而避免越級跳閘導(dǎo)致的事故發(fā)生。各微電網(wǎng)保護(hù)區(qū)域之間不需要以定值進(jìn)行各級保護(hù)配合，僅將各保護(hù)區(qū)域的最大平衡電流保護(hù)考慮在內(nèi)即可。但差動電流保護(hù)在故障電流較小時期靈敏度較低，當(dāng)保護(hù)區(qū)域發(fā)生內(nèi)部故障時，如出現(xiàn)高阻接地或重負(fù)荷時，故障電流將較小，最終出現(xiàn)保護(hù)拒動現(xiàn)象。電壓擾動保護(hù)是建立在通訊系統(tǒng)支持上，其有效性在高阻故障發(fā)生時，具體在微電網(wǎng)中的適應(yīng)性尚不明確。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的過電流保護(hù)均只考慮單向電流，各級保護(hù)之間的保護(hù)范圍的區(qū)分主要是依據(jù)整定值大小，故障電流在饋線上不存在電源的情況下是由電網(wǎng)側(cè)指向故障點(diǎn)。電流超出限值為檢測故障的基本依據(jù)。傳統(tǒng)的過電流保護(hù)必須經(jīng)過改進(jìn)才能應(yīng)用于微電網(wǎng)中，有研究表明應(yīng)用故障限流器來減小分布電源提供的故障電流，確保微電網(wǎng)保護(hù)能夠應(yīng)用低成本的熔絲等裝置，并且在反時限過流保護(hù)中應(yīng)用低電壓加速方法使微網(wǎng)具有高度適應(yīng)能力。

3 微電網(wǎng)繼電保護(hù)的應(yīng)用

微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究可分為兩種方向：（1）以保護(hù)的原理為出發(fā)點(diǎn)，將傳統(tǒng)的過電流保護(hù)應(yīng)用于微電網(wǎng)中，該保護(hù)可適應(yīng)微電網(wǎng)不同的運(yùn)行方式，并利用成本較低和已有的保護(hù)裝置。對于微電網(wǎng)繼電保護(hù)所面臨的問題也有一些研究，但研究成果均缺乏實(shí)際應(yīng)用，且有局限性。過流保護(hù)若基于限流器之上，會存在犧牲故障電流大小的問題，保護(hù)的靈敏度降低，過流保護(hù)會因?yàn)樾」ぷ麟娏骱妥畲蠊ぷ麟娏髦g有較大的差距而失效，而擾動保護(hù)檢測方法缺乏有效性，微電網(wǎng)系統(tǒng)需要選擇合適的保護(hù)原理，在選擇合理的情況下能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)故障檢測出來；（2）主要的研究基礎(chǔ)為智能裝置和通信系統(tǒng)，目的是創(chuàng)建對不同的微電網(wǎng)運(yùn)行方式均能識別的自適應(yīng)智能保護(hù)系統(tǒng)。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的帶動下，廣域保護(hù)系統(tǒng)被逐漸應(yīng)用和研究，該系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)各地的實(shí)時動態(tài)信息進(jìn)行捕捉，并且是在同一參考時間的前提下進(jìn)行的。

廣域保護(hù)系統(tǒng)使用于微電網(wǎng)繼電保護(hù)中主要有以下四點(diǎn)原因：（1）系統(tǒng)是以多點(diǎn)同步信息的采取方式，在保護(hù)策略上能實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)。而差動保護(hù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，比較適合在微電網(wǎng)中作為主保護(hù)，從而將過流保護(hù)取代；（2）廣域保護(hù)系統(tǒng)的平臺開發(fā)均是建立在先進(jìn)的硬件之上的，可收集并分析處理各點(diǎn)的信息，并對微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)加以識別，繼而做好保護(hù)措施；（3）在通信方面，可避免由于通信原因造成的保護(hù)拒動或誤動，具有高度的可靠性；（4）廣域保護(hù)系統(tǒng)是在掌握全網(wǎng)運(yùn)行信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)控制微網(wǎng)，避免了傳統(tǒng)的保護(hù)控制動作不當(dāng)?shù)氖鹿拾l(fā)生。廣域保護(hù)系統(tǒng)同時也需要不斷完善功能才能滿足微電網(wǎng)繼電保護(hù)的需求。

4 結(jié)語

微電網(wǎng)在近年來呈現(xiàn)逐漸發(fā)展的趨勢，微電網(wǎng)的運(yùn)行必須依靠保護(hù)裝置，同時，微電網(wǎng)也需要解決所面臨的新問題，微電網(wǎng)繼電保護(hù)也需進(jìn)行深入的研究，合理的微電網(wǎng)繼電保護(hù)方案是微電網(wǎng)保護(hù)的前提，還需要進(jìn)一步以實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其性能。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）