論分布式發(fā)電保護(hù)與微網(wǎng)保護(hù)

楊廣麗

摘 要：隨著社會發(fā)展對能源需求量的日益增加，以及社會環(huán)保意識的逐漸增強(qiáng)，分布式發(fā)電技術(shù)得到了日益廣泛的應(yīng)用。通過微網(wǎng)的形式將分布式電源接入大電網(wǎng)配網(wǎng)運(yùn)行，能有效發(fā)揮分布式發(fā)電系統(tǒng)的最大效益。分布式發(fā)電保護(hù)與微網(wǎng)保護(hù)對于分布式發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。本文淺析了分布式發(fā)電保護(hù)和微網(wǎng)保護(hù)的策略，以期為我國的繼電保護(hù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電保護(hù)；微網(wǎng)保護(hù)；配電網(wǎng)

前言：隨著電力負(fù)荷需求的日漸增長，新能源發(fā)電的研究取得了巨大的進(jìn)展。分布式發(fā)電具有位置靈活分散的特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對分散電力需求和資源分布的良好適應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)升級投資的有效延緩。但是分布式發(fā)電具有較高的單機(jī)接入成本和較強(qiáng)的運(yùn)行不確定性，因此大電網(wǎng)對分布式發(fā)電采取了隔離限制的措施。為充分發(fā)揮分布式發(fā)電的效益，采用微網(wǎng)對分布式發(fā)電進(jìn)行有效的集成應(yīng)用。

一、分布式發(fā)電保護(hù)

1、分布式發(fā)電保護(hù)的研究對象與方法

分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)，對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)帶來了巨大的影響。為分析這種影響，有必要對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)方式進(jìn)行研究。常見的實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動化保護(hù)的方式有三種，分別是：（1）不具備自動化的配電網(wǎng)，多采用段式電流保護(hù)，以熔斷器、斷路器作為主要的保護(hù)設(shè)備。（2）通過重合器模式實(shí)現(xiàn)自動化的配電網(wǎng)，通過各種自動開關(guān)設(shè)備，諸如重合器、分段器等的相互配合，隔離定位故障。（3）通過饋線終端單元實(shí)現(xiàn)自動化的配電網(wǎng)，通過通信基礎(chǔ)、斷路器、FTU與主站系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障定位隔離[1]。對于以上三種對象，保護(hù)設(shè)備的相互配合遵循選擇性原則。2個保護(hù)設(shè)備可以形成3段線路，如圖1所示：

2、分布式發(fā)電保護(hù)策略

當(dāng)前，對分布式發(fā)電保護(hù)主要有以下研究方向：在接入分布式發(fā)電的情況下，盡量減少對傳統(tǒng)配電保護(hù)的影響；對于分布式發(fā)電保護(hù)的接入，尋找較完善的保護(hù)方法，忽略對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的影響。在以上研究方向下，對分布式發(fā)電保護(hù)主要有以下四種方法：（1）當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，立即退出分布式發(fā)電，確保傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)不受影響。（2）對分布式發(fā)電的容量和接入位置進(jìn)行限制，不調(diào)整傳統(tǒng)配電網(wǎng)。（3）通過對故障限流器等故障電流限制手段的引入，降低故障時分布式發(fā)電的影響，不調(diào)整傳統(tǒng)配電網(wǎng)。（4）網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)依賴于通信，因此需要調(diào)整配電網(wǎng)。

故障發(fā)生時，分布式發(fā)電迅速離網(wǎng)技術(shù)具有較高的可靠性?，F(xiàn)行的一些標(biāo)準(zhǔn)，諸如IEEE 1547規(guī)定，并網(wǎng)分布式發(fā)電，在故障發(fā)生時及自動重合閘前要離網(wǎng)。但是在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，分布式發(fā)電在故障發(fā)生時推出不及時，甚至在某些情況下，切除故障之后，分布式發(fā)電仍然可以并網(wǎng)供電。因此，要對分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的情況下保護(hù)設(shè)備的配合行為進(jìn)行考慮。在這種情況下，要對分布式發(fā)電的容量和接入位置進(jìn)行限制，較為有效的方法是對故障電流限制手段的引入。在這種方式下，要根據(jù)實(shí)際情況的具體要求，整定原有保護(hù)設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)對被隔離故障區(qū)域的縮小[2]。

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)改造很大，且對通信設(shè)備較為依賴，需要較大的成本投入。當(dāng)分布式發(fā)電較多時，要對之進(jìn)行合理的規(guī)劃，構(gòu)成更為可取的微網(wǎng)。

二、交流微網(wǎng)保護(hù)

交流微網(wǎng)是一種微型電網(wǎng)，主要由多個負(fù)荷和微型電源組成。微網(wǎng)與配電網(wǎng)的連接是通過唯一的接口，微網(wǎng)一方面可以獨(dú)立運(yùn)行，另一方面，也可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。對交流微網(wǎng)的保護(hù)主要有兩種：一種是不依賴通信的保護(hù)，一種是依賴通信的保護(hù)。

1、不依賴通信的保護(hù)

微網(wǎng)不依賴通信的保護(hù)，主要是基于零序負(fù)序分量和差動電流分量。不依賴通信的保護(hù)提供了保護(hù)微網(wǎng)的一種思路，但是這種保護(hù)針對的是較為簡單的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的針對性，對微網(wǎng)的保護(hù)不具通用性。對于復(fù)雜的微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用這種保護(hù)方式，可能造成較為矛盾的結(jié)果。這主要是由于微網(wǎng)具有雙向潮流的特點(diǎn)，傳統(tǒng)保護(hù)中的選擇性原則很難滿足此要求。將開關(guān)站設(shè)置在微網(wǎng)中，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)開關(guān)站的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)保護(hù)對通信依賴的減少。對微網(wǎng)設(shè)計(jì)開關(guān)站時，可以對高壓變電站的接線結(jié)構(gòu)進(jìn)行借鑒。常見的變電站接線方式有以下幾種：雙母線、單母線、3/2斷路器等。其中可靠性最高的接線方式是3/2斷路器[3]。以該方式為例，對微網(wǎng)開關(guān)站進(jìn)行構(gòu)建，如下圖所示：

2、依賴通信的保護(hù)

微網(wǎng)具有雙向潮流的特性，通過對多點(diǎn)信息的利用，能加強(qiáng)對故障點(diǎn)的判斷。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字微網(wǎng)保護(hù)的基礎(chǔ)是通信，通過對微網(wǎng)級的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建，對微網(wǎng)多處的電流電壓信息進(jìn)行利用以實(shí)現(xiàn)對故障的綜合分析和判斷，有利于實(shí)現(xiàn)保護(hù)微網(wǎng)的目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字微網(wǎng)保護(hù)要注意以下方面：要確保保護(hù)算法的快速有效；要確保通信網(wǎng)的快速可靠；要實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)電流電壓信息的同步。

3、微網(wǎng)獨(dú)立與并網(wǎng)運(yùn)行時的保護(hù)

微網(wǎng)在獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種不同方式下，具有不同的電流，且電流差異較大。分布式發(fā)電通過逆變器進(jìn)行交流電的輸出，會受到電力電子器件過流能力的限制，在故障發(fā)生時，無法實(shí)現(xiàn)對足夠大的短路電流的提供。因此，在微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行情況下，采用微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的保護(hù)策略，是不可行的。反之也是這樣。對微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種情況的保護(hù)策略，主要有以下兩種：一種是對保護(hù)策略進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，使該保護(hù)策略同時適應(yīng)微網(wǎng)運(yùn)行的兩種情況；一種是通過限制條件的設(shè)置，使保護(hù)策略只針對一種運(yùn)行情況有效[4]。

三、直流微網(wǎng)保護(hù)

1、直流微網(wǎng)存在的可行性

直流輸電相對于交流輸電，具有諸多優(yōu)勢：系統(tǒng)穩(wěn)定、能實(shí)現(xiàn)對短路電流的有效限制、對交流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)異步相聯(lián)、具有較低的造價、不存在無功損耗、不存在集膚效應(yīng)等。在區(qū)域適合的情況下，對小規(guī)模低壓直流微網(wǎng)的構(gòu)建，能提高效率和經(jīng)濟(jì)性，但要注意保持區(qū)域的規(guī)模，避免由于區(qū)域規(guī)模過大而導(dǎo)致直流微網(wǎng)存在可行性的喪失。

2、直流微網(wǎng)保護(hù)的分析

低壓直流微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

由于低壓直流微網(wǎng)規(guī)模較小，因此其保護(hù)較為簡化。其主要的保護(hù)設(shè)備有：直流負(fù)載供電線路的保護(hù)、電源線路的保護(hù)等。當(dāng)發(fā)生接地故障時，不同的接地系統(tǒng)會對故障進(jìn)行鑒別。

結(jié)語

分布式發(fā)電保護(hù)和微網(wǎng)保護(hù)是繼電保護(hù)的重要組成部分，對于繼電保護(hù)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。本文希望通過對分布式發(fā)電保護(hù)和微網(wǎng)保護(hù)的思考與分析，為繼電保護(hù)的發(fā)展提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]趙上林， 吳在軍， 胡敏強(qiáng)，等. 關(guān)于分布式發(fā)電保護(hù)與微網(wǎng)保護(hù)的思考[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2010， 34（1）：73-77.

[2]趙上林. 分布式發(fā)電保護(hù)和微網(wǎng)保護(hù)的研究[D]. 東南大學(xué)， 2012.

[3]劉云， 許健， 王家華，等. 分布式發(fā)電微網(wǎng)保護(hù)解決方案[J]. 電腦知識與技術(shù)， 2012， 08（4）：935-938.

[4]黃偉， 雷金勇， 夏翔，等. 分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護(hù)的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2008， 32（1）：93-97.