微電網(wǎng)繼電保護的研究與應(yīng)用

李克磊

摘 要：本文在區(qū)域差動保護和正反方向阻抗的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合微電網(wǎng)接入后對配電網(wǎng)的設(shè)備要求，對配電網(wǎng)設(shè)備提出了配電網(wǎng)保護和低壓配電保護解決方案。經(jīng)過具體的施工實踐證明，區(qū)域差動保護可以有效解決微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)多電源或重合閘等接入時所出現(xiàn)的保護影響，而分布式電源與低壓配電網(wǎng)接入時所產(chǎn)生的影響完全可以通過正反方向阻抗低壓配電來解決。

關(guān)鍵詞：繼電保護；研究；微電網(wǎng)

所謂微電網(wǎng)，指分布式發(fā)電、能量變換裝置、儲能裝置以及有關(guān)負荷等組成的發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)微電網(wǎng)接入后，會引發(fā)電力系統(tǒng)保護新問題。微電網(wǎng)會隨著滲透率和DG數(shù)量的不斷增加，內(nèi)部潮流的方向有可能發(fā)生改變，進而影響了整個電力網(wǎng)絡(luò)。微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行過程中，其潮流是呈雙向流動的狀態(tài)的，而常規(guī)配電網(wǎng)的流動特征會受到并網(wǎng)時雙向流動的影響發(fā)生改變。另外，在進行微電網(wǎng)接入時，必須要運用到電力電子技術(shù)，并以“柔性”的方式進行微電網(wǎng)的接入。由于微電網(wǎng)的電源特征不同于平常發(fā)電機，在接入微電網(wǎng)后，配電網(wǎng)的繼電保護與低壓配電都將受到微電網(wǎng)的影響。

1 微電網(wǎng)接入影響

1.1 對常規(guī)配電網(wǎng)保護的影響

當(dāng)微電網(wǎng)與配電網(wǎng)接入時，會改變配電網(wǎng)原有的電流量及流向，從而降低其保護的靈敏度、拒動以及誤動。針對靈敏度，并非全部降低，部分保護靈敏度會得到增加。

如圖1所示，當(dāng)K3出現(xiàn)接地故障時，受MG分流作用影響，B3所受故障電流減小，并且靈敏度出現(xiàn)降低。但K2出現(xiàn)接地故障時，B4將會順著MG的故障電流流動，增加保護B4的靈敏度。

1.2 對配電網(wǎng)繼電保護影響

常規(guī)配電網(wǎng)一般是10kV，其運行方式有兩種，分別是單向輻射型網(wǎng)絡(luò)式和環(huán)網(wǎng)型開環(huán)式。傳統(tǒng)的單端電源過流保護沒有方向元件，當(dāng)DG接入后，配電系統(tǒng)會發(fā)生轉(zhuǎn)變，成為多電源網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的潮流分布在運行過程中會出現(xiàn)變化，同時，故障后短路電流量及流向與分布都會受到影響而產(chǎn)生不同程度的變化，打亂傳統(tǒng)保護的配合關(guān)系，新的需求將無法從保護行為與性能上得到滿足。隨著DG的接入，形成兩側(cè)電源，這等于在配電網(wǎng)接入了一個常規(guī)發(fā)電機，所以，會像傳統(tǒng)兩側(cè)電網(wǎng)那樣，對繼電保護的影響依然是相鄰線路保護誤動問題，重合閘無法順利熄弧，導(dǎo)致重合失敗問題。

2 微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的保護對策

2.1 配電一次設(shè)備與繼電保護要求

由于微電網(wǎng)接入后，快速的故障隔離要求無法從傳統(tǒng)配電一次設(shè)備上得到滿足，所以，需要將配電網(wǎng)一次設(shè)備進行以下調(diào)整：對每個10KV以上的配電網(wǎng)都設(shè)置斷路器。對0.4KV低壓配電網(wǎng)全部配置可支持外部遙控功能的斷路器。最后在進行微電網(wǎng)的接入時，不要改變原來原來0.4KV低壓配電網(wǎng)的接地方式，結(jié)合DG接地情況再進行施島運行。

2.2 區(qū)域差動下的繼電保護方式

（1）區(qū)域差動主保護。可以根據(jù)差動保護對象將10kv電壓配電網(wǎng)分化成多區(qū)域，然后再進行保護。區(qū)域差動保護主要通過啟動判據(jù)和比率制動判據(jù)組成與門出口?？紤]到微電網(wǎng)中只能采集單元的局部控制層、配電網(wǎng)調(diào)度層配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)與中央控制區(qū)域差動保護這三層結(jié)構(gòu)的區(qū)域差動保護，應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的一致性。為了使其可靠性能有所保障，區(qū)域差動保護集中控制層采用雙冗余配置。實質(zhì)上差動保護網(wǎng)絡(luò)指的就是通過收集和分配系統(tǒng)以及狀態(tài)信息區(qū)域中的每個節(jié)點的電流差動保護，最終實現(xiàn)以最快的速度完成故障自動定位與故障隔離；（2）后備保護。在區(qū)域差動保護過程中，如果配置發(fā)生故障而失靈，此時后備保護會從臨近斷路器將故障隔離。對超過10KV（包括10KV）的配電網(wǎng)系統(tǒng)實施雙套區(qū)域差動保護，可以使其靈敏性、可靠性及運作性得到保障。從“對主保護進行強化、對后備保護裝置進行簡化”這一原則來看，可以用簡單的帶時限過流對配電網(wǎng)系統(tǒng)進行配置，然后通過智能采集單元來實現(xiàn)預(yù)防主配電網(wǎng)喪失防護的作用。

實時智能采集單元配置后備保護功能，線路就地采集單元配置距離是線路與母線的后備保護，然后為了使變壓器具備后備保護，可以將過流保護裝置在變壓器就地采集單元。將定值限方向過流保護配置到配電升壓變壓器的高壓側(cè)。變壓器內(nèi)部故障有了后備保護，低壓母線故障的靈敏性也有了保障。裝置定時限過流保護的配電降壓變壓器可以按躲過最大負荷電流整定。

2.3 如何對反方向阻抗繼電器的低壓配電網(wǎng)實施繼電保護

DG饋線單元配置對低壓配網(wǎng)系統(tǒng)是非常重要的，尤其在低壓配網(wǎng)系統(tǒng)具備微電網(wǎng)的條件下，缺少DG饋線單元配置就會形成負荷出線，就會導(dǎo)致正方向阻抗繼電器喪失延遲出口，最終使保護線路發(fā)生故障。若有DG饋線單元配置器、反向配置時，延時現(xiàn)象沒有在正方向抗阻繼電器中出現(xiàn)，反方向抗阻繼電器將延長0.5秒釋放，其對低壓母線故障有較好的保護作用。正方向阻抗繼電器根據(jù)避免設(shè)置最大負荷設(shè)定值，當(dāng)線或白色出現(xiàn)短路時，此時繼電器動作的延時將為0秒，出口跳躍線路斷路器。

在相反方向的阻抗繼電器，按躲過變壓器高壓側(cè)短路，或者根據(jù)避免高壓側(cè)出口速度故障保護終端短路的設(shè)定值，設(shè)定值小，其保護變壓器內(nèi)部部分范圍（或高壓線，低線），固定值不能太大，避免誤操作時，高壓側(cè)短路。這個距離保護配置，在微電網(wǎng)投入運行是電網(wǎng)運行和關(guān)閉，可以起到保護的效率，是一種微電網(wǎng)在離網(wǎng)運行時的保護，在微電網(wǎng)并聯(lián)運行時，0.4 kV低壓系統(tǒng)可以跳機保護斷路器。

3 工程實踐

通過用微電網(wǎng)來接入配電網(wǎng)集中保護控制裝置，可以將繼電保護功能大幅度提升，使其在定位、故障識別與故障隔離等功能上都得到了保障，另一方面，為了使分布式電源能夠在多電源及運行狀態(tài)下將微機保護作用發(fā)揮出來，應(yīng)根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)制定一系列處理措施。除此之外，微電網(wǎng)保護配置方案已經(jīng)得到國家電網(wǎng)的許可和認(rèn)證，證明該項目含有微電網(wǎng)的智能配用電系統(tǒng)控制保護功能。

4 結(jié)語

本文通過微電網(wǎng)對接入配電網(wǎng)設(shè)備時的要求，對微電網(wǎng)與配電網(wǎng)接入后所產(chǎn)生的影響進行了詳細的分析，并提出基于正反方向阻抗解決低壓配電保護的解決方案，以及區(qū)域差動保護解決配電網(wǎng)保護的解決方案，通過工程的實踐運用，得出區(qū)域差動保護可以將微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)時所帶來的影響有效解決，而針對微電網(wǎng)與低壓配電網(wǎng)相接所發(fā)生的保護影響，可以利用正反方向阻抗繼電器來解決。endprint