主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)研究綜述

彭春華，張艷偉

（華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，江西 南昌330013）

主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)研究綜述

彭春華，張艷偉

（華東交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，江西 南昌330013）

考慮到主動(dòng)配電網(wǎng)控制方式靈活、復(fù)雜、分布式電源滲透率較高、潮流雙向流動(dòng)等特性，依據(jù)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)研究現(xiàn)有成果，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)做了綜述，結(jié)合主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征，提出對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的基本要求，討論分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備、故障時(shí)的隔離策略、控制方式、運(yùn)行方式對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響。并分析主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題和研究現(xiàn)狀。

主動(dòng)配電網(wǎng)；分布式電源；繼電保護(hù)；孤島

化石燃料的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的逐年惡化促進(jìn)了對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)、利用，以減輕對(duì)化石能源的過(guò)度依賴(lài)。近年來(lái)，得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展和政策的扶持，新能源的開(kāi)發(fā)利用取得了較大進(jìn)展，裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，但是現(xiàn)有電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力有限，經(jīng)常存在較為嚴(yán)重的棄風(fēng)現(xiàn)象，造成新能源裝機(jī)容量的巨大浪費(fèi)，電力裝備不能充分利用，這些問(wèn)題亟待解決，發(fā)展主動(dòng)配電網(wǎng)由此成為必然趨勢(shì)。國(guó)家電網(wǎng)公司已決定在10 kV配電網(wǎng)中無(wú)障礙接入容量小于6 MW的分布式發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)展主動(dòng)配電網(wǎng)正面臨著巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多學(xué)者在可行性［1］、規(guī)劃［2］、控制［3］、運(yùn)行［4-5］、保護(hù)［6］、調(diào)度［7］等方面對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)做了一些深入的研究，美國(guó)、歐洲、日本、中國(guó)都建立了主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目［8］。其中，最具有代表性的是基于配電網(wǎng)主動(dòng)管理概念而建立的歐盟ADINE示范工程項(xiàng)目。

本文以主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的要求為基礎(chǔ)，分析了影響主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵因素，歸納出當(dāng)前主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究成果并對(duì)比分析各種保護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，展望主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)未來(lái)的發(fā)展方向，為主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1　主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)

區(qū)別于微電網(wǎng)和常規(guī)配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)是由供電企業(yè)管理的公共配電網(wǎng)，常態(tài)方式下并不采用孤島運(yùn)行方式，分布式電源的存在使配電網(wǎng)可以在緊急情況下通過(guò)系統(tǒng)解列點(diǎn)的合理配置，使主動(dòng)配電網(wǎng)的局部作為微電網(wǎng)而以非常態(tài)方式孤島運(yùn)行［9］。

1.1主動(dòng)配電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)與特征

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議配電與分布式發(fā)電專(zhuān)委會(huì)CIGRE C6于上世紀(jì)90年代后期開(kāi)展了 “分散發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響”的研究，中國(guó)對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)（也譯作“有源配電網(wǎng)”）研究開(kāi)展較早并取得了一些成果。2004年，英國(guó)有學(xué)者發(fā)表了題為“含DG配電網(wǎng)的主動(dòng)管理和保護(hù)”的文章，這是學(xué)術(shù)界最早發(fā)表的針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的論文，2006年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議CIGRE成立C6.11工作組，專(zhuān)門(mén)研究含分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。2008年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議第一次提出了主動(dòng)配電網(wǎng)（active distribution network，ADN）的概念：通過(guò)使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)管理潮流，以便對(duì)局部的分布式能源進(jìn)行主動(dòng)控制和主動(dòng)管理的配電系統(tǒng)［2］。

分布式能源的基本構(gòu)成是：分布式發(fā)電（distributed generation，DG）、分布式儲(chǔ)能、可控負(fù)荷等。其中分布式電源主要指可再生能源，包括風(fēng)力發(fā)電、光伏電池、燃料電池等；需求側(cè)管理環(huán)節(jié)的可控負(fù)荷主要包括響應(yīng)負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)等，響應(yīng)負(fù)荷同時(shí)具有發(fā)電和消費(fèi)雙重身份。

主動(dòng)配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到高級(jí)階段的產(chǎn)物。相比較傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，主動(dòng)配電網(wǎng)主要具備下列顯著特征：首先要有一定比例的可控分布式資源，包括可控負(fù)荷和分布式儲(chǔ)能；其次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活、便于調(diào)節(jié)；最后要有完備的調(diào)節(jié)、控制方法和建有集量測(cè)、控制與保護(hù)系統(tǒng)于一身的可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的管控中心［10－11］。

1.2主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的基本要求

主動(dòng)配電網(wǎng)屬于第三代電網(wǎng)［12］，其保護(hù)問(wèn)題與傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)有著明顯的區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）主動(dòng)配電網(wǎng)存在分布式電源并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式，兩種運(yùn)行方式下的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳灰粯?，短路電流方向、大小不同且差異明顯。

2）主動(dòng)配電網(wǎng)的主動(dòng)控制、主動(dòng)管理、分布式電源主動(dòng)參與、需求側(cè)管理等特點(diǎn)使主動(dòng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具有規(guī)模龐大、分層分區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分布式電源的接入點(diǎn)分散且可控性弱、終端用戶(hù)的行為模式豐富但與系統(tǒng)的交互隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)。主動(dòng)配電網(wǎng)中的可中斷負(fù)荷實(shí)行主動(dòng)響應(yīng)，且儲(chǔ)能設(shè)備的使用使得短路電流和傳統(tǒng)配電網(wǎng)差別較大。

3）分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)由原來(lái)的輻射狀單端供電網(wǎng)絡(luò)變成多端供電網(wǎng)絡(luò)，潮流的雙向流動(dòng)對(duì)電網(wǎng)保護(hù)的故障方向判斷和保護(hù)定值的整定提出了新的要求。

4）發(fā)生故障后，分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備與配電網(wǎng)的不同隔離策略直接影響配電網(wǎng)保護(hù)，這是主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題。

在主動(dòng)配電網(wǎng)與DG隔離策略和配電網(wǎng)運(yùn)行方式不同的前提下，研究一種適應(yīng)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)要求的新方法，使得保護(hù)無(wú)論是在DG并網(wǎng)運(yùn)行模式還是在孤島運(yùn)行情況下，都具備高度適應(yīng)性的故障識(shí)別處理能力、能快速并準(zhǔn)確感知配電網(wǎng)內(nèi)外部故障，同時(shí)保證具備良好的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，是對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的基本要求。

2　主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響因素

2.1分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備的接入改變了原有配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，加上分布式電源出力的波動(dòng)性和隨機(jī)性［13］，使故障電流的方向和幅值發(fā)生變化，引起保護(hù)的誤動(dòng)作、拒動(dòng)作、故障水平變化以及非同期重合閘。當(dāng)配電網(wǎng)中分布式電源的滲透率較大時(shí)，這些問(wèn)題更加突出，儲(chǔ)能設(shè)備接入配電網(wǎng)后具有負(fù)荷和電源的雙重性質(zhì)，但由于容量的限制，儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)配電網(wǎng)影響較小?，F(xiàn)有中壓配電網(wǎng)的故障處理方法一般是在沒(méi)有考慮分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備接入的情況下設(shè)計(jì)的，主要涉及故障段自動(dòng)隔離、自動(dòng)重合閘、潮流轉(zhuǎn)移等基本操作，而分布式電源的接入會(huì)影響這些操作的安全、可靠。在饋線(xiàn)故障且具有分布式電源的情況下，非同步的自動(dòng)重合可能會(huì)損壞分布式電源并可能引起供電系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。在潮流轉(zhuǎn)移時(shí)，分布式電源的接入可能使饋線(xiàn)的短路電流水平超過(guò)限值。在瞬時(shí)故障后分布式電源未斷開(kāi)的情況下，重合閘操作有可能導(dǎo)致大電流以及逆變器跳閘的出現(xiàn)。所以，分布式電源的并網(wǎng)地點(diǎn)、并網(wǎng)容量和儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)都將影響主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)。

2.2故障時(shí)不同隔離策略對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

分布式電源與公用電網(wǎng)的隔離策略指的是當(dāng)故障發(fā)生在不同位置時(shí)，分布式電源與配電網(wǎng)的連接點(diǎn)PCC點(diǎn)動(dòng)作的最優(yōu)化策略。傳統(tǒng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)分布式電源退出運(yùn)行；如果配電網(wǎng)側(cè)故障時(shí)，分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)PCC點(diǎn)不動(dòng)作，分布式電源在主動(dòng)配電網(wǎng)中運(yùn)行于故障穿越狀態(tài)，由于配電網(wǎng)原有的保護(hù)裝置并不具有方向識(shí)別能力，可能出現(xiàn)故障長(zhǎng)時(shí)間存在并導(dǎo)致更嚴(yán)重的故障發(fā)生。而在主動(dòng)配電網(wǎng)中，當(dāng)配電網(wǎng)故障時(shí)，視具體的故障情況，允許在主動(dòng)配電網(wǎng)的管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制下，給非故障區(qū)域的重要負(fù)荷繼續(xù)供電。所以不同的隔離策略直接影響相應(yīng)的分布式的電源并網(wǎng)與否即影響配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生影響。

2.3主動(dòng)配電網(wǎng)不同控制方式對(duì)保護(hù)的影響

在主動(dòng)配電網(wǎng)中，分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備和其他電器設(shè)備的配合使用、協(xié)調(diào)控制有利于提高配電網(wǎng)供電可靠性和配電網(wǎng)對(duì)新能源的吸納能力。主動(dòng)配電網(wǎng)通常設(shè)置集中式、分散式及混合分層式3種控制方式［14］。

在集中式控制方式下，各測(cè)量點(diǎn)將電氣量上傳至配電網(wǎng)中央控制器，中央控制器向配電區(qū)域內(nèi)的電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能和其他中間設(shè)備發(fā)送控制指令以維持配電網(wǎng)正常運(yùn)行，這類(lèi)控制方式的可靠性較差，當(dāng)中央處理器出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰，保護(hù)信號(hào)不能可靠地在系統(tǒng)內(nèi)傳輸。

分散式控制方式對(duì)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較強(qiáng)，結(jié)合配電網(wǎng)中電源及負(fù)荷本身分散性，配電網(wǎng)中的設(shè)備規(guī)?？梢圆皇芟拗?，本地控制器通過(guò)對(duì)本地采集的數(shù)據(jù)與相鄰設(shè)備送來(lái)的信息的分析發(fā)出控制指令。

混合分層式管理是一種最有發(fā)展前景的配電網(wǎng)管理方式，該方法具備多層式結(jié)構(gòu)，包含了集中式和分散式框架的共同特點(diǎn)，其中位于最上層的是能量?jī)?yōu)化管理層，中間層依據(jù)能量?jī)?yōu)化管理層發(fā)送的命令，計(jì)算出最優(yōu)的保護(hù)、控制參數(shù)并發(fā)送至底層控制器，底層控制器利用該類(lèi)數(shù)據(jù)控制配電網(wǎng)中的具體設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的管理和控制功能。

在3種不同的控制方式下，保護(hù)信號(hào)的傳遞方式不同，抗干擾能力不同，保護(hù)系統(tǒng)的可靠性也不同。

2.4不同運(yùn)行方式對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

主動(dòng)配電網(wǎng)可以在分布式電源聯(lián)網(wǎng)和孤島運(yùn)行兩種狀態(tài)下運(yùn)行，其中孤島又分為計(jì)劃孤島和非計(jì)劃孤島兩種。

配電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，若內(nèi)部出現(xiàn)接地短路故障，附近的DG所含逆變器的保護(hù)將會(huì)啟動(dòng)，限定了DG所提供的短路電流。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，故障點(diǎn)的短路電流由DG和公用電網(wǎng)提供，因此并網(wǎng)模式下，配電網(wǎng)可以向故障點(diǎn)提供故障電流，所以故障特性與正常運(yùn)行的配電網(wǎng)差別不大，而在孤島模式下，對(duì)于逆變型電源，由于控制方法的差異，逆變器會(huì)產(chǎn)生限流作用，使得故障電流數(shù)值增加不多，約為額定電流的1.2～2倍。對(duì)于這種情況，反應(yīng)于電流幅值的變化而動(dòng)作的過(guò)電流保護(hù)很難準(zhǔn)確可靠地動(dòng)作。

總之，針對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)中接入的分布式電源特性的不同以及接入點(diǎn)的不同，設(shè)計(jì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)時(shí)應(yīng)盡可能使其不受潮流的影響。

3　主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

依據(jù)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的思路可以把國(guó)內(nèi)外關(guān)于主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)方法分為以下5類(lèi)，即：①對(duì)配電網(wǎng)中DG的并網(wǎng)位置和容量做適當(dāng)限制；②通過(guò)故障電流限制器限制DG注入的故障電流；③配電網(wǎng)故障時(shí)快速切除DG；④對(duì)配電網(wǎng)原有保護(hù)方案做相應(yīng)修改；⑤基于人工智能算法的保護(hù)方案。

3.1限制配電網(wǎng)中DG接入位置和接入容量

文獻(xiàn)［15］在保證繼電保護(hù)具有較高可靠性的前提下，分析了分布式電源并網(wǎng)容量、并網(wǎng)位置、電源組合方式和導(dǎo)線(xiàn)參數(shù)等多因素對(duì)其準(zhǔn)入容量的影響。結(jié)果表明，當(dāng)不改變配電網(wǎng)原有保護(hù)配置時(shí)DG的準(zhǔn)入容量將會(huì)受到較大限制。這種方法不需要對(duì)原有保護(hù)進(jìn)行修改，但是DG的接入容量受到很大制約，這與在配電網(wǎng)中接入DG以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)利用清潔能源、減少輸電成本、提高供電可靠性的目的相悖。文獻(xiàn)［15］提出適當(dāng)選取DG接入點(diǎn)、在配電網(wǎng)關(guān)鍵處引入電壓量，以判別故障方向的方法。該方案需要對(duì)配電網(wǎng)原有保護(hù)進(jìn)行修改，同時(shí)，考慮DG接入后，保護(hù)整定工作量較大，其次該方案需要利用電壓信息來(lái)判斷方向，而配電網(wǎng)為節(jié)省成本一般不提供電壓信息。因此，如果有可以不需電壓信息的方向元件，將降低為主動(dòng)配電網(wǎng)提供保護(hù)的難度。

3.2限制DG接入點(diǎn)故障電流

文獻(xiàn)［16-18］提出使用故障電流限制器，以限制分布式電源在故障情況下對(duì)故障電流的影響，在DG并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)故障限流器（FCL），限制DG提供的助增故障電流。FCL主要通過(guò)兩大類(lèi)方面的技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)：一類(lèi)采用功率電子器件；另一類(lèi)利用具有特殊性質(zhì)的新材料，如超導(dǎo)材料。兩者原理都是保證FCL呈現(xiàn)出類(lèi)似分裂繞組變壓器的性質(zhì)，即在正常負(fù)載時(shí)呈現(xiàn)低阻抗，在故障時(shí)呈現(xiàn)高阻抗以達(dá)到限制故障電流的目的，圖1為在DG并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)FCL的示意圖，通過(guò)對(duì)DG的串聯(lián)阻抗X1，X2的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)以上目的。這種方案和在故障時(shí)切除DG的方法有一定的相似性，都是在不改變?cè)斜Ｗo(hù)配置的情況下通過(guò)減小故障電流以確保原有保護(hù)能正確動(dòng)作，為了保證在不同故障地點(diǎn)、DG不同運(yùn)行狀態(tài)下，都能把故障電流限制在能保證配電網(wǎng)保護(hù)可靠動(dòng)作的范圍內(nèi)，對(duì)FCL或DG自身變流器的適應(yīng)能力及調(diào)控能力都提出了較高要求，由于故障電流限制器的反應(yīng)較慢，不能快速對(duì)故障做出反應(yīng)。

3.3配電網(wǎng)故障時(shí)退出DG單元

配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，快速切除DG單元，由此可以保持原有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及短路電流分布情況不變，從而消除分布式電源對(duì)繼電保護(hù)的影響［19］。如圖2中f1處故障后，斷路器4快速跳閘，保護(hù)和重合閘都可以按照傳統(tǒng)配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)方案整定，待故障消除后，重新將DG同期并網(wǎng)。

圖1　DG串聯(lián)故障限流器示意圖Fig.1　Diagram of DG with FCL

圖2　故障時(shí)切除DG示意圖Fig.2　Diagram of DG removing in fault

但是該方法主要存在以下問(wèn)題：在故障發(fā)生時(shí)，DG單元需要在接收到故障信號(hào)之后才能退出，這要求配電網(wǎng)具備較高的故障檢測(cè)能力；配電網(wǎng)在DG退出之后才恢復(fù)原有拓?fù)?，需要DG退出時(shí)間及保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的精確配合。發(fā)生故障時(shí)，線(xiàn)路電壓降低，電能質(zhì)量和供電可靠性都會(huì)變差，系統(tǒng)要求處于運(yùn)行狀態(tài)的DG做低電壓穿越運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并改善電能質(zhì)量。按照該保護(hù)方案，DG在故障時(shí)提前退出，就不能實(shí)現(xiàn)這些功能；配網(wǎng)系統(tǒng)中的故障多為瞬時(shí)性故障，若DG在瞬時(shí)性故障時(shí)頻繁投切，會(huì)加劇開(kāi)關(guān)觸頭的老化，降低開(kāi)關(guān)壽命，同時(shí)會(huì)增加DG重新并網(wǎng)同期檢測(cè)的工作量。

3.4改變配電網(wǎng)原有保護(hù)方案

這類(lèi)保護(hù)通過(guò)改變?cè)械娜问诫娏鞅Ｗo(hù)方案，引入保護(hù)的方向啟動(dòng)判據(jù)，采用差動(dòng)保護(hù)或故障序電流保護(hù)等其他用于輸電網(wǎng)的保護(hù)，保證DG在不受并網(wǎng)位置，并網(wǎng)容量，運(yùn)行方式影響的情況下，保護(hù)都能夠快速可靠動(dòng)作，是目前的研究熱點(diǎn)。這種方案對(duì)原有保護(hù)的改動(dòng)較大，同時(shí)，固定設(shè)置的保護(hù)方案也很難適應(yīng)DG在不同運(yùn)行方式下配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況。

文獻(xiàn)［19］提出了一種網(wǎng)絡(luò)化自適應(yīng)保護(hù)方案，該方案能適應(yīng)分布式電源運(yùn)行情況、主動(dòng)管理控制方法而自動(dòng)調(diào)整過(guò)電流保護(hù)定值。該保護(hù)方案在保護(hù)結(jié)構(gòu)上由四層結(jié)構(gòu)構(gòu)成：一次系統(tǒng)層、執(zhí)行系統(tǒng)層、協(xié)調(diào)控制層和能量管理層。

文獻(xiàn)［20］基于通信技術(shù)提出了一種新的反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)方案，該保護(hù)方案將DG支路的助增故障電流數(shù)據(jù)發(fā)送至上級(jí)線(xiàn)路保護(hù)，并在動(dòng)作方程中引入了低壓加速因子構(gòu)成低壓加速反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，該保護(hù)方案對(duì)通信信道的要求較高。

文獻(xiàn)［21-23］介紹了歐盟FP6主動(dòng)配電網(wǎng)示范工程項(xiàng)目ADINE的基本情況，ADINE采用差動(dòng)保護(hù)和距離保護(hù)的主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)設(shè)計(jì)方案，但是采用的差動(dòng)保護(hù)對(duì)通訊通道和數(shù)據(jù)同步要求較高。

文獻(xiàn)［24］提出了一種新型的自適應(yīng)保護(hù)方案，方案采用諾頓定理根據(jù)配電網(wǎng)的運(yùn)行方式和配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，做出保護(hù)背側(cè)網(wǎng)絡(luò)的等值電路，并建立支路貢獻(xiàn)因子矩陣，消除DG產(chǎn)生的電流對(duì)保護(hù)的影響，該方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)能力不夠。

文獻(xiàn)［25］借鑒反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的思想提出了一種基于負(fù)荷阻抗的反時(shí)限低阻抗保護(hù)，對(duì)保護(hù)的原理、動(dòng)作特性、整定方法進(jìn)行了研究，分析了過(guò)渡電阻對(duì)反時(shí)限低阻抗保護(hù)的影響，并提出低電壓加速和配合加速2種改進(jìn)方法。

文獻(xiàn)［26］提出將電流正序故障分量差動(dòng)保護(hù)引入有源配電網(wǎng)，針對(duì)不同的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，給出了適應(yīng)性差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)整定原則。該方案對(duì)通信技術(shù)要求較高。

文獻(xiàn)［27］提出一種基于網(wǎng)絡(luò)化的四層結(jié)構(gòu)保護(hù)方案，不同數(shù)據(jù)在不同的結(jié)構(gòu)層間交換，可以保證保護(hù)信號(hào)在通信故障的情況下仍然能準(zhǔn)確傳輸，不足之處在于該方案對(duì)硬件要求較高。

文獻(xiàn)［28］提出分別對(duì)保護(hù)進(jìn)行分布式電源聯(lián)網(wǎng)和分布式電源被切除狀以后的兩套設(shè)定方案，但該方案需要時(shí)刻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以進(jìn)行保護(hù)定值的調(diào)整。

文獻(xiàn)［29］在配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已知的情況下，提出一種分級(jí)分層的保護(hù)方案，不足之處在于該方案不具備普遍性，只是針對(duì)特定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有效。

3.5基于人工智能算法的保護(hù)方案

繼電器的反時(shí)限動(dòng)作特性是指保護(hù)動(dòng)作時(shí)間能夠隨著故障電流的大小而變化，利用繼電器的反時(shí)限動(dòng)作特性可以構(gòu)成反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，對(duì)于不同的故障電流就有不同的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，具有對(duì)故障的自適應(yīng)能力，目前反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)已經(jīng)大量用于中低壓配電網(wǎng)線(xiàn)路部分的保護(hù)。

文獻(xiàn)［30］提出了一種基于改進(jìn)粒子群算法的方向性反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)配合方案，選取使系統(tǒng)中保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間最小為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)對(duì)時(shí)間整定系數(shù)和起動(dòng)電流參數(shù)的優(yōu)化取值，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)的最小化，但是該方案在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中首先把非線(xiàn)性問(wèn)題簡(jiǎn)化為線(xiàn)性問(wèn)題，其次是在粒子群算法本身上，由于其容易陷入局部最優(yōu)，在具體的保護(hù)過(guò)程中保護(hù)可靠性無(wú)法保證。

文獻(xiàn)［31］分析了傳統(tǒng)的反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的配合特性受逆變型分布式電源的影響，對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種依托故障電流限制器的保護(hù)方法，但是在配電網(wǎng)保護(hù)設(shè)置上沒(méi)有考慮暫態(tài)過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。

上述方案中，方案①～方案②從減少DG注入故障電流的角度出發(fā)，對(duì)原有保護(hù)的改動(dòng)較少，較為經(jīng)濟(jì)，三者中方案③效果相對(duì)較好，但三種方案都不能能徹底地解決主動(dòng)配電網(wǎng)可能出現(xiàn)的保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)問(wèn)題。方案④從改變保護(hù)原理角度出發(fā)，利用主動(dòng)配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的相似性，引入輸電網(wǎng)的保護(hù)方法到配電網(wǎng)中，保護(hù)整體效果較好，但需要對(duì)原有保護(hù)做較大改動(dòng)，經(jīng)濟(jì)性較差。方案⑤依托人工智能算法和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)相結(jié)合，依據(jù)不同的故障電流，對(duì)保護(hù)的起動(dòng)電流和動(dòng)作時(shí)間整定系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)在最短的時(shí)間內(nèi)保護(hù)動(dòng)作，該保護(hù)方案的可靠性在一定程度上取決于算法的可靠性，要求算法具備抗早熟和陷入局部最優(yōu)的能力。

現(xiàn)有的大部分保護(hù)研究結(jié)果仍處于理論研究階段，尚未進(jìn)入工程應(yīng)用領(lǐng)域，因此各類(lèi)方法在生產(chǎn)一線(xiàn)的實(shí)際效果尚未可知。目前的研究成果在理論角度的不足有：1）在自適應(yīng)保護(hù)方面。自適應(yīng)保護(hù)在復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)中能有效克服傳統(tǒng)保護(hù)“事前整定，故障動(dòng)作”的缺點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。但是現(xiàn)有的自適應(yīng)保護(hù)需要安裝、或者升級(jí)現(xiàn)有保護(hù)裝置；靈活性不足：對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)性不強(qiáng)，不支持“即插即用”；對(duì)通信要求較高：需要快速通信系統(tǒng)的技術(shù)支持。2）在電流差動(dòng)保護(hù)方面。差動(dòng)保護(hù)時(shí)刻都有通信系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)，所以必須考慮設(shè)置后備保護(hù)系統(tǒng)，快速通信網(wǎng)的成本較高；面對(duì)配電網(wǎng)常見(jiàn)的三相不平衡問(wèn)題，電流差動(dòng)保護(hù)性能可能會(huì)有所降低；投入/切除DG的暫態(tài)過(guò)程可能會(huì)造成電流差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。3）在阻抗保護(hù)方面。諧波及暫態(tài)過(guò)程干擾，可能會(huì)影響到阻抗保護(hù)的準(zhǔn)確性；保護(hù)性能受過(guò)渡電阻影響且不適用于線(xiàn)路較短的情況。

4　研究與展望

主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)為發(fā)展、推廣主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)提供了重要的技術(shù)支撐。本文首先介紹了主動(dòng)配電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的重要特征進(jìn)行了總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出了面向主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)基本要求，探討了相關(guān)因素對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)的影響?？偨Y(jié)了現(xiàn)階段主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀。在已有成果的基礎(chǔ)上，還需要在以下幾個(gè)方面對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)進(jìn)行更深入、系統(tǒng)的研究：

1）主動(dòng)配電網(wǎng)的保護(hù)問(wèn)題必須結(jié)合其主動(dòng)控制的特征，在主動(dòng)配電網(wǎng)的主動(dòng)運(yùn)行、主動(dòng)管理方法以及儲(chǔ)能設(shè)備、逆變型電源、可控負(fù)荷對(duì)故障的響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，從并網(wǎng)點(diǎn)保護(hù)、配電網(wǎng)保護(hù)兩個(gè)角度出發(fā)，“點(diǎn)、線(xiàn)、面”三個(gè)層次進(jìn)行研究，降低誤動(dòng)作概率。

2）SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用使主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)成為一個(gè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，高效利用電網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化、自適應(yīng)保護(hù)，必須在眾多的信號(hào)中，選取有效的信號(hào)，快速、可靠地實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

3）基于信息交換的配電網(wǎng)保護(hù)應(yīng)滿(mǎn)足允許分布式電源靈活接入、足夠靈敏地反映分布式電源故障出力等要求，基于本地信息的并網(wǎng)點(diǎn)保護(hù)應(yīng)滿(mǎn)足主動(dòng)配電網(wǎng)分布式自治、與配電網(wǎng)靈活互動(dòng)的要求；

4）從主動(dòng)配電網(wǎng)的故障特征著手，以主動(dòng)配電網(wǎng)的有限廣域通信為基礎(chǔ)，與主動(dòng)配電網(wǎng)的控制功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集成化保護(hù)將是主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的主要研究方向。

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（責(zé)任編輯姜紅貴李萍）

Research Review on Protection of Active Distribution Networks

Peng Chunhua，ZhangYanwei，
（School of Electrical and Electronic Engineering，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）

In light of the new fault characteristics of AND（active distribution networks），such as flexible control method，bidirectional power flow，small fault current under fault condition，this paper reviews the ADN protection technologies.According to the existing researches，the basic requirements of ADN protection are proposed by combining the structure and fault characteristics of ADN protection.The effects of DG and controllable load，different isolation strategies，different control systems，different operation modes on ADN protection are then discussed.It summarizes the latest technology progress，the research objective and research direction.

active distribution networks；distributed generation；relay protection；islanding

TM771

A

1005-0523（2016）04-0136-07

2015－10－28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51567007）；江西省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（20142BBE50001）；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20152ACB20017，20151BAB216020）

彭春華（1973—），男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行與規(guī)劃。

張艷偉（1988—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)、分布式發(fā)比技術(shù)。