微網(wǎng)群接入對配電網(wǎng)保護影響分析

石毅，馬浩

（山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255049）

微網(wǎng)群接入對配電網(wǎng)保護影響分析

石毅，馬浩

（山東理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，山東淄博255049）

以包含微網(wǎng)群的配電系統(tǒng)為模型，首先討論了單個微網(wǎng)于不同位置接入配電網(wǎng)時，對原有配電網(wǎng)繼電保護及安全自動裝置的影響。然后綜合分析了微網(wǎng)群并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響，最后對上述理論分析做了仿真驗證。通過分析單微網(wǎng)于不同位置以及微網(wǎng)群大規(guī)模接入對配電網(wǎng)繼電保護的影響，旨在為含微網(wǎng)群的配電網(wǎng)新型繼電保護算法研究提供一定的理論依據(jù)。

微網(wǎng)群；配電網(wǎng)；繼電保護；短路電流

0 引言

傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護采用傳統(tǒng)三段式電流保護方案，即：瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。其中，電流速斷保護按照躲過本線路末端短路時流過保護的最大短路電流整定，瞬時動作切除故障，但不能保護線路全長；定時限電流速斷保護按照本線路末端故障時有足夠靈敏度并與相鄰線路的瞬時電流保護配合的原則整定，能保護本線路全長；過電流保護按照躲過本線路最大負(fù)荷電流并與相鄰線路過電流保護配合的原則整定，能保護本線路及相鄰線路的全長。此外，對于不需要與相鄰線路配合的終端線路，電流速斷保護按照本線路末端短路有足夠靈敏度的原則整定，能保護線路全長［1］。

文獻［2-10］對分布式電源并網(wǎng)給配電網(wǎng)的潮流分布及繼電保護帶來的影響進行了分析，分布式電源并入配電網(wǎng)后，使原有的潮流方向發(fā)生改變，短路電流的方向及大小均有不確定性，對原有配電網(wǎng)保護產(chǎn)生巨大影響。微電網(wǎng)為分布式電源的集合，容量更大，控制方式更靈活，對潮流及短路電流分析時，在一定程度上微網(wǎng)可等效為分布式電源。通過分析微網(wǎng)群并入配電網(wǎng)后，對配電網(wǎng)繼電保護的影響，旨在為今后研究含微網(wǎng)群的配電網(wǎng)新型繼電保護提供可靠的理論基礎(chǔ)。

1 不同位置并入微網(wǎng)對配電網(wǎng)保護的影響

微網(wǎng)的并入給傳統(tǒng)的配網(wǎng)保護帶來一系列問題：配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變使得單輻射配網(wǎng)變成了多端供電網(wǎng)絡(luò)；配網(wǎng)潮流的大小和方向均具有不確定性。傳統(tǒng)的配網(wǎng)保護已經(jīng)不能滿足含微網(wǎng)群的配網(wǎng)保護，微網(wǎng)群接入配電網(wǎng)可能導(dǎo)致原有保護裝置的靈敏性降低或選擇性失去，使得保護裝置拒動或誤動。微網(wǎng)的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，對保護裝置動作行為的影響也就不同。

1.1 微網(wǎng)由線路末端接入配電網(wǎng)

微網(wǎng)由線路末端接入配電網(wǎng)，如圖1所示。當(dāng)微網(wǎng)由某一線路末端接入配電網(wǎng)時，微網(wǎng)對不同位置發(fā)生短路故障時的影響是不同的。

圖1 微網(wǎng)由線路末端接入配電網(wǎng)

1.1.1 相鄰線路故障

當(dāng)F1點發(fā)生故障時，若微網(wǎng)所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的保護裝置誤動作，QF1處有來自系統(tǒng)電源以及微網(wǎng)所提供的短路電流流過，會增加QF1處保護的靈敏度，保護裝置可迅速起動，切除線路，因此QF2處不會有短路電流流過。QF3與QF4處的保護均會有由微網(wǎng)提供的短路電流流過，如果微網(wǎng)的容量過大，其所提供的短路電流可能會使QF4處的保護誤動作，切除本線路，微網(wǎng)作為獨立電源向L4處的負(fù)荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應(yīng)對電能質(zhì)量、系統(tǒng)及用戶設(shè)備的危害，應(yīng)使微網(wǎng)解列。

當(dāng)F2處發(fā)生故障時，QF1處保護同樣有來自電源以及微網(wǎng)的短路電流流過，若微網(wǎng)所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的故障誤動作，則可能會使QF1處流過的電流超過其動作值而失去選擇性斷開其所在支路。若QF1處不動作，則QF2處的保護會因短路電流的增大而增加其靈敏度，使其保護能夠迅速啟動，斷開故障線路。QF3與QF4處的保護均會有來自微網(wǎng)的故障電流流過，如果微網(wǎng)的容量過大，其所提供的短路電流可能會使QF4處的保護誤動作，切除本線路，此時，微網(wǎng)作為獨立電源向L4處的負(fù)荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應(yīng)對電能質(zhì)量的影響應(yīng)使微網(wǎng)與配電網(wǎng)斷開。

1.1.2 微網(wǎng)所在饋線故障

當(dāng)微網(wǎng)上游F3點故障時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，故其動作不會受到微網(wǎng)的影響。若微網(wǎng)所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的保護裝置誤動作，則流過故障點的電流由系統(tǒng)電源以及微網(wǎng)提供。QF4處保護則會出現(xiàn)兩種情況：一是微網(wǎng)提供的短路電流過大，使其誤動作，微網(wǎng)作為獨立電源向L4處的負(fù)荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應(yīng)對電能質(zhì)量的影響應(yīng)使微網(wǎng)與配電網(wǎng)斷開；二是QF4不動作，QF3處動作，微網(wǎng)作為獨立電源持續(xù)向故障點送電，可能會使故障加劇，因此應(yīng)當(dāng)使微網(wǎng)與配電網(wǎng)斷開。

當(dāng)微網(wǎng)上游F4點故障時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，故其動作不會受到微網(wǎng)的影響。QF3處流過的故障電流僅由系統(tǒng)電源提供，故其保護不會受到影響。由于故障點同時流過系統(tǒng)電源提供的正向電流以及微網(wǎng)提供的反向電流使短路電流值減小，可能會使QF4處保護裝置拒動。

1.2 微網(wǎng)由線路中間位置接入配電網(wǎng)

1.2.1 相鄰線路故障

微網(wǎng)由線路中間位置接入配電網(wǎng)，如圖2所示。當(dāng)F1點故障時，若微網(wǎng)提供的電流不會使其上游的QF3處保護誤動作，則QF1處的保護會有來自系統(tǒng)電源以及微網(wǎng)的短路電流流過，會使其靈敏度增加，能夠迅速反應(yīng)斷開故障支路，QF2因此不會有故障電流流過。微網(wǎng)并網(wǎng)點上游的QF3處保護會有微網(wǎng)提供的故障電流流過，若此電流過大，則QF3處保護可能誤動作。微網(wǎng)并網(wǎng)點下游的QF4處保護不會有故障電流流過，因此微網(wǎng)的并網(wǎng)不會對QF4的保護動作產(chǎn)生影響。

圖2 微網(wǎng)由線路中間位置接入配電網(wǎng)

當(dāng)F2點故障時，若微網(wǎng)提供的電流不會使其上游的QF3處保護誤動作，則QF1處的保護會有來自系統(tǒng)電源以及微網(wǎng)所提供的短路電流流過，若此電流超過其動作值，則會引起QF1處的保護因失去選擇性而斷開。若QF1處保護不動作，QF2處保護流過的電流為系統(tǒng)電源與微網(wǎng)提供的短路電流，其靈敏度會增加，保護能夠立即動作斷開故障支路。QF3處保護有微網(wǎng)提供的短路電流流過，若此的電流過大，則會使QF3處保護誤動作。QF4處的保護不會有故障電流流過，因此對其保護無影響。

1.2.2 微網(wǎng)并網(wǎng)線路故障

當(dāng)微網(wǎng)并網(wǎng)點上游F3處故障時，相鄰線路的QF1與QF2不會有故障電流流過，其保護不受影響。由于故障點同時流過系統(tǒng)電源提供的正向電流以及微網(wǎng)提供的反向電流使短路電流值減小，可能會使QF3處保護裝置拒動。微網(wǎng)并網(wǎng)點下游的QF4不會有短路電流流過，因此其保護亦不受微網(wǎng)并網(wǎng)的影響。但微網(wǎng)會作為獨立電源向故障點持續(xù)送電，可能會使瞬時故障演變?yōu)橛谰眯怨收?，因此要及時將微網(wǎng)與配電網(wǎng)斷開。

當(dāng)微網(wǎng)并網(wǎng)點下游F4處故障時，相鄰線路的QF1與QF2不會有故障電流流過，其保護不受影響。QF3處的保護流過的電流為系統(tǒng)電源提供的電流，其保護不受影響。QF4處保護流過的故障電流由系統(tǒng)電源與微網(wǎng)同時提供，會增加其靈敏度，能夠及時可靠動作，切斷故障線路。

2 微網(wǎng)群并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護綜合影響分析

微網(wǎng)群接入配電網(wǎng)后將改變配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及潮流分布，使原有輻射型網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎喽擞性淳W(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的保護裝置可能會因微網(wǎng)群的接入而拒動、誤動，從而影響保護的選擇性和靈敏性。

圖3 含微網(wǎng)群并網(wǎng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

選取特殊位置并入微網(wǎng)，分別位于母線M某一點的微網(wǎng)1、某一饋線中部的微網(wǎng)2，以及某一饋線的末端的微網(wǎng)3，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。忽略微網(wǎng)內(nèi)部故障，假設(shè)微網(wǎng)內(nèi)部各分布式電源的發(fā)電量已滿足微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷所需，將其視為獨立電源向配網(wǎng)供電。分別分析接入位置不同的微網(wǎng)對其保護上游、保護下游及相鄰母線故障的影響。

2.1 無微網(wǎng)并入饋線短路

當(dāng)F1點短路時，QF2處保護無短路電流流過。在微網(wǎng)并入之前，QF1處保護的短路電流由電源提供，當(dāng)微網(wǎng)1、2、3并入配網(wǎng)之后，QF1處保護則有來自電源及并入母線的微網(wǎng)M1，以及并入相鄰饋線的2、3所提供的短路電流流過，QF1處保護的靈敏度會大幅度增加，即時斷開。與此同時，QF4處的保護有來自饋線末端微網(wǎng)3所提供的短路電流流過，若此電流過大，則QF4處保護容易誤動作。若QF4處保護未動作，QF3處保護則會受到來自饋線下游2與3所提供的短路電流，若2與3所提供的短路電流達到QF3處保護的動作值時，將造成QF3處的保護誤動作。

當(dāng)F2處發(fā)生短路時，QF1處保護受到來自電源及其他饋線的微網(wǎng)所提供的短路電流，將會有失去選擇性而斷開的可能性，對于QF3與QF4處保護同樣有誤動作的風(fēng)險。

2.2 微網(wǎng)所在饋線發(fā)生短路

當(dāng)F3處發(fā)生短路時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，因此不受影響。而QF3處的保護裝置有來自電源與微網(wǎng)1所提供的正向故障電流及微網(wǎng)2與微網(wǎng)3所提供的反向短路電流，若微網(wǎng)1處所提供的短路電流大于微網(wǎng)2與微網(wǎng)3提供的短路電流之和，則QF3處的保護靈敏性增加，反之，則QF3處保護流過的電流可能因為達不到動作值而拒動。QF4有來自線路末端微網(wǎng)微網(wǎng)3提供的短路電流流過，若微網(wǎng)3提供的短路電流過大，可能會引起QF4處保護的誤動作。

當(dāng)F4處短路時，QF1與QF2處保護不會有故障電流流過，QF3處會有電源及微網(wǎng)1提供的故障電流流過，可能會使QF3失去選擇性而斷開，當(dāng)QF3沒有因失去選擇性而斷開時，QF4處有來自電源以及微網(wǎng)1與微網(wǎng)2提供的正向故障電流，及末端微網(wǎng)微網(wǎng)3提供的反向短路電流流過，一般情況下，正向短路電流遠大于反向短路電流，因此會提高QF4處保護的靈敏度，使其快速斷開。若QF3因失去選擇性而斷開，則QF4處流過的電流為微網(wǎng)2提供的正向電流與微網(wǎng)3提供的反向電流，一般情況下會使流過保護的電流過小而拒動，使故障點不斷有短路電流流入，有可能使瞬時性故障演變?yōu)橛谰眯怨收稀?/p>

3 仿真驗證

仿真模型如圖4所示，10 kV配電網(wǎng)中分別在母線B和線路BC的末端接入微網(wǎng)1與2。線路阻抗ZL1=（0.368+j0.196）Ω，ZL2=（0.368+j0.196）Ω，ZL3=（0.68+j0.36）Ω，設(shè)定微網(wǎng)1與2的容量分別為10 MVA與20 MVA，負(fù)荷Load1、Load2和Load3均為10 MW。仿真時間設(shè)為0.2 s，在0.1 s時刻發(fā)生三相短路。分別測得當(dāng)線路BC饋線中間位置三相短路時，當(dāng)未接入微網(wǎng)、僅接入微網(wǎng)1、僅接入微網(wǎng)2以及同時接入微網(wǎng)1與2時，流過Line2保護裝置QF2的短路電流有效值，如圖5所示。

圖4 仿真電路

由圖5可知，未接入微網(wǎng)時，流過BC線路QF2處保護的穩(wěn)態(tài)電流測得為1.56kA，0.1s時BC線路中間位置發(fā)生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.203 kA。

圖5 不同情況下微網(wǎng)接入流過QF2處保護裝置的短路電流

微網(wǎng)1接入時，流過BC線路QF2處保護的穩(wěn)態(tài)電流測得為1.89 kA，0.1 s時BC線路路中間位置發(fā)生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.867 kA。

微網(wǎng)2接入時，流過BC線路QF2處保護的穩(wěn)態(tài)電流測得為1.12 kA，0.1 s時BC線路路中間位置發(fā)生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為5.687 kA。

微網(wǎng)1與2同時接入時，流過BC線路QF2處保護的穩(wěn)態(tài)電流測得為1.21 kA，0.1 s時BC線路中間位置發(fā)生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.267 kA。

當(dāng)故障點上游有微網(wǎng)1并入時，對BC末端的短路電流有助增作用，會增加QF2處保護裝置的靈敏度。故障點下游微網(wǎng)2的并網(wǎng)會故障點電壓降低，從而使流過保護裝置的故障電流減小，可能引起保護裝置的拒動，影響其靈敏度。當(dāng)故障點下游的微網(wǎng)2容量大于故障點上游的微網(wǎng)1的容量，二者所提供的故障電流同樣會引起短路線路保護裝置的故障電流減小，影響其靈敏度。

此外，通過仿真Line1線路末端三相短路以及Line3線路三相短路，同樣證明了故障點下游并入的微網(wǎng)對故障點短路電流的減小，從而引起的保護裝置靈敏度降低；以及故障點上游并入的微網(wǎng)對故障點電流的助增作用，從而使其靈敏度增加。

4 結(jié)語

通過分析單個微網(wǎng)接入不同位置且故障點不同時，對于故障線路以及相鄰線路原有保護裝置動作的影響，綜合不同并網(wǎng)位置的微網(wǎng)同時并網(wǎng)對配網(wǎng)產(chǎn)生的繼電保護影響，得出了微網(wǎng)群并網(wǎng)后對潮流方向以及短路電流大小及方向的改變會使原有保護裝置發(fā)生保護拒動、誤動以及失去選擇性，并通過仿真實驗，驗證了本文觀點的正確性。通過對微網(wǎng)群并網(wǎng)產(chǎn)生的配電網(wǎng)繼電保護問題分析，為今后提出新型的含微網(wǎng)群并網(wǎng)的多方向潮流配電網(wǎng)保護算法提供一定的理論依據(jù)。

［1］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理（第三版）［M］.北京：中國電力出版社，1994.

［2］周衛(wèi)，張堯，夏成軍，等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（3）：1-5，10.

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Analysis of Influence of Microgrids Access on the Protection of Distribution Network

SHI Yi，MA Hao
（College of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China）

Based on the distribution network model including microgrids，the impact on the relay protection and safety automatic device of original distribution network are discussed when a single microgrid is incorporated into different feeders or different sections of distribution network.Then，the influence of microgrid group connection to distribution network relay protection is analyzed comprehensively，and the theoretical analysis is verified by simulation at last.By analyzing the influence of single microgrid and microgrids on the relay protection of distribution network，The aim is to provide the basis for the new protection algorithm for the distribution network containing microgrids.

microgrids；distribution network；relay protection；short-circuit current

TM732

A

1007－9904（2017）05－0029－04

2016-12-23

石毅（1991），男，從事含微網(wǎng)群配電網(wǎng)故障診斷及定位等研究工作；馬浩（1990），男，從事電力系統(tǒng)研究工作。