含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護問題分析

韓雪

摘 要：分布式含微網(wǎng)配電系統(tǒng)是我國未來配電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，分布式含微網(wǎng)配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電系統(tǒng)存在著較大差別。當分布式的電源接入到配電網(wǎng)當中，將會對配電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，例如，對配電網(wǎng)的結構、故障電流大小以及電流方向等因素都有影響。為了有效解決新型配電網(wǎng)的保護技術的問題，文章將對含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護問題進行分析。

關鍵詞：含微網(wǎng)配電系統(tǒng)；繼電保護；問題分析

前言

微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能電源、相關監(jiān)控、保護裝置以及系統(tǒng)用電電荷等匯聚而成的自治發(fā)配電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能實現(xiàn)并網(wǎng)運行，又能夠獨立運行。分布式微網(wǎng)系統(tǒng)，以在用戶側安裝分布式電源的方式，形成微網(wǎng)結構，能夠有效減小網(wǎng)絡中損耗，尤其是在特殊情況下還能夠實現(xiàn)對用戶用電的供應。該配電系統(tǒng)中繼電保護問題是關鍵，為此，文章將對含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護問題進行詳細分析。

1 微網(wǎng)配電系統(tǒng)概述

分布式電源在接入到配電網(wǎng)中可以采取兩種方式，一是可以采取并網(wǎng)運行的方式，二是采取獨立運行的方式。當分布式電源以并網(wǎng)方式接入配電網(wǎng)中時，將會對配電網(wǎng)的實際運行產(chǎn)生影響。供電部門為了充分發(fā)揮出并網(wǎng)運行的優(yōu)勢，對分布式電源中存在不利因素消除，結合傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電方式，制定出聯(lián)網(wǎng)方案：第一，將分布式的電源輸出，由直流轉換為交流，并與交流網(wǎng)同步。第二，分布式電源的交流輸出，需要直接為特點電荷供電。第三，與交大電網(wǎng)隔離，形成獨立電網(wǎng)運行系統(tǒng)。在實際的電網(wǎng)運行中，為了保證分布式發(fā)電系統(tǒng)的有效運行，并對其在大電網(wǎng)中接入的安全問題進行解決。需要取代單一分布式電源的直接接入，將分布發(fā)電系統(tǒng)組網(wǎng)，該微網(wǎng)配電系統(tǒng)就是一個自治系統(tǒng)，不僅具有可控性，還能夠滿足用戶的多樣化需求。例如，在實際的電網(wǎng)供應中，能夠實現(xiàn)局部供電增強、提升線路中電壓的校正等[1]。

2 分布式電源接入到配電網(wǎng)對繼電保護系統(tǒng)的影響分析

將分布式電源接入到配電網(wǎng)，使得傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)絡發(fā)生變化，進而轉變?yōu)橐环N多源網(wǎng)絡。分布式電源的接入，對系統(tǒng)的電流、流向或者分布都帶來一定的影響。分布式電源并網(wǎng)形式的出現(xiàn)對配電網(wǎng)中的繼電保護系統(tǒng)影響較大，主要表現(xiàn)在以下三方面：

2.1 線路保護靈敏度降低

當在一個含微網(wǎng)的配電系統(tǒng)中，當線路系統(tǒng)中出現(xiàn)故障點時，系統(tǒng)電源將會對故障點提供短路電流。當分布式電源接入到系統(tǒng)中后，在同一位置發(fā)生故障時，其短路電流將由系統(tǒng)電源和分布式電源同時提供。但是故障點卻只能接受一種電路電流，一般情況下只能接收系統(tǒng)電源的線路電流供應。而正是有分布式電源的接入，使得系統(tǒng)電路電流較小。在這樣的情況下，系統(tǒng)的電流靈敏度降低，嚴重的情況下將出現(xiàn)緩動。分布式電源接入值越大，其對靈敏度的影響也越大[2]。

2.2 線路保護誤動

在進行分布式電源接入之前，配電網(wǎng)系統(tǒng)中是單電源輻射結構，其電路中的短路電流方向就是電源所指向的方向，基于這樣的線路背景，其進行元件安裝環(huán)節(jié)中不需要進行方向元件的安裝。在并聯(lián)且相鄰的2號線路上發(fā)生故障時，對于1號線路處的線路保護裝置不能感受到故障電流，而接入分布式電源時，依然是在2號線路處發(fā)生故障，2號線路上的線路保護能夠感受到故障電流，當故障電流足夠大時，在1號線路上將會出現(xiàn)線路保護誤動[3]。

2.3 相鄰線路瞬時速斷保護誤動

在配電網(wǎng)中以串聯(lián)方式相連的兩個元件F2、F3，當在F2處發(fā)生故障時，系統(tǒng)中的短路電流只由系統(tǒng)提供，當分布式電源接入帶系統(tǒng)中時，F(xiàn)2處的短路電流將由系統(tǒng)和分布式接入電源統(tǒng)一提供，在F3繼電保護處也會感受到故障電流，因此線路中的繼電保護發(fā)揮出作用，進而出現(xiàn)速斷保護誤動，針對F3來說，其失去了線路運行選擇性[4]。

3 分布式電源微網(wǎng)配電系統(tǒng)仿真

3.1 含一個分布式電源仿真

在含一個分布式帶電源的仿真中，采取額定功率為10kV的風力發(fā)電機為分布式電源，接入到配電網(wǎng)中。變壓器的變比為10.5/0.38kV，系統(tǒng)負荷為冷、熱、電三種負荷構成。系統(tǒng)的構線為單母線結構，系統(tǒng)中接受配電網(wǎng)一回10kV進線。分別對不同電源類型進行仿真分析，為了實現(xiàn)對不同電源類型中電氣量的變化情況進行分析，需要設時間為1s，采樣周期為1ms。

3.1.1 同步發(fā)電機時故障信息判斷

設系統(tǒng)故障點F2，相鄰故障點F1。在系統(tǒng)中F2處的故障判斷角度為140°～180°，滿足正向故障判斷，且故障在1s內(nèi)的變化比較大，相鄰故障點情況比較類似，但是F1點的故障電流主要由主系統(tǒng)提供。當主系統(tǒng)的容量較大時，短路電流較大。故障元件的靈敏度判斷比較高。

3.1.2 異步發(fā)電機時故障信息判斷

在異步電動機接入系統(tǒng)中，對系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時F2進行分析，實際故障發(fā)生在距離100米的母線之間，其角度在140°～180°，滿足正方向的故障判據(jù)。而另外一個故障點在0°～80°，滿足反方向的故障判據(jù)，但是其與正向判據(jù)相比，靈敏度較低，但是也不影響其將正確的故障信息反映出來。

當在配電網(wǎng)中接入一個分布式電源時，其主要有兩種形式，第一，異步發(fā)電機接入形式；第二，同步發(fā)電機接入形式。這兩種形式在系統(tǒng)故障信息判斷中存在著一定的差異性。對兩種電源的接入形式進行對比分析，異步發(fā)電機的電源接入形式對元件的影響比較小，在任意時刻，方向元件都能夠作出故障判斷。而同步發(fā)電機電源接入形式對元件的影響比較大[5]。

3.2 含多個分布式電源仿真

假設在一條線路中引入兩臺分布式電源，并且規(guī)定所接入的電源為同步發(fā)電機。兩臺發(fā)電機的額定容量為DG1=0.5MVA，GD2=0.6MVA，兩臺發(fā)電機都發(fā)出有功。當在P2處發(fā)生電路故障時，與其線路相連且距離300ms以內(nèi)的方向元件P6能夠準確的向系統(tǒng)中反應出故障方向，而另外一個方向元件P7也能夠檢測到故障，且其檢測到的故障信息與P6一致。從系統(tǒng)仿真圖像上可以看出，當在同一故障點發(fā)生短路時，P7和P6的方向元件檢測結果相同，其對故障判斷的角度也相同。換言之，兩相短路方向元件能夠在任意時刻，對故障發(fā)生的方向進行詳細判斷。從多個分布式電源接入的故障分析中，可以看出，當采用同步發(fā)電機時，在線路中無論發(fā)生何種形式的短路故障，其正方向的故障元件，都能夠對系統(tǒng)中的故障進行準確判斷。但是發(fā)生在反方向故障時，由于分布式電源本身的頻率影響，會使得系統(tǒng)發(fā)生誤判。當系統(tǒng)中采用的是異步發(fā)電機，其頻率不發(fā)生變化，在線路系統(tǒng)發(fā)生故障之后，方向元件都能夠正確判斷出系統(tǒng)中的故障的方向。

4 結束語

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善，分布式電源接入到配電網(wǎng)中，為電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展帶來生機。微網(wǎng)與大網(wǎng)之間的相互補充，是未來配電網(wǎng)發(fā)展的主要方式。文章對微網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)進行分析，微網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)在實際的電網(wǎng)供應中，能夠實現(xiàn)局部供電增強、提升線路中電壓的校正。為了提升微網(wǎng)配電網(wǎng)運行，文章對分布式電源接入到配電網(wǎng)對繼電保護系統(tǒng)的影響進行分析，并進行了含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護的仿真。

參考文獻

[1]李蕾帆.含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的保護問題研究[D].西華大學，2012.

[2]陳鑒.一種含微網(wǎng)的配電網(wǎng)過電流保護方案研究[D].西南交通大學，2013.

[3]武成龍.配電系統(tǒng)繼電保護存在的問題及對策研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2009，2：246.

[4]魏建峰，李愛玲.配電系統(tǒng)繼電保護若干技術問題的探討[J].太原大學學報，2011，4：135-137.

[5]王東.城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護的分析探討[J].黑龍江科技信息，2013，22：130.