微電網(wǎng)繼電保護問題探析

馬曉豐 牛靜杰

摘 要：本文提出了微電網(wǎng)的概念，簡要概括了微電網(wǎng)并網(wǎng)可以造成三段式電流保護誤動或者拒動、保護靈敏性改變和失去選擇性等不利影響。指出了微電網(wǎng)保護需要考慮的幾個問題，并對微電網(wǎng)保護研究的現(xiàn)狀進行了簡單總結(jié)和概述，展望了其發(fā)展趨勢。

關鍵詞：分布式發(fā)電；微電網(wǎng)；配電網(wǎng)；保護

微電網(wǎng)（Micro.grid，MG）是指將分布式發(fā)電系統(tǒng)（distributed generation，DG）、儲能系統(tǒng)、用電負荷、控制裝置與保護裝置結(jié)合在一起的一個小型的發(fā)配電系統(tǒng)。[1.2]隨著微電網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)融入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)產(chǎn)生了一系列的影響，本文以微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)三段式電流保護和自動重合閘的影響為切入點，對該問題進行了探討。

1 微電網(wǎng)并網(wǎng)對三段式電流保護的影響

三段式電流保護由電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護構(gòu)成。大量研究表明，微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)三段式電流保護的影響與微電網(wǎng)中DG的接入位置和容量，以及DG的滲透率等因素有密切關系，這些因素會從不同層面影響電流保護選擇性、可靠性、速動性和靈敏性。[3.5]

微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護的影響主要包含以下幾個方面：

（1）導致本線路保護誤動。當微電網(wǎng)通過PCC向配電網(wǎng)回饋電能時，發(fā)生短路故障后，微電網(wǎng)可能通過線路向故障點輸送短路電流，導致本線路電流增大，本線路保護誤動的可能性加大，停電范圍擴大的概率也隨之增加。（2）導致保護靈敏度，甚至導致保護拒動。微電網(wǎng)通過PCC與配電網(wǎng)并網(wǎng)后，微電網(wǎng)的接入導致線路產(chǎn)生助增電流或者分流電流，從而影響使線路的故障電流的大小，進而導致線路靈敏度的相應改變，甚至導致保護拒動。（3）導致相鄰線路保護誤動，保護失去選擇性，擴大停電范圍。當微電網(wǎng)通過PCC向配電網(wǎng)回饋電能時，由于微電網(wǎng)助增電流的存在，當本線路發(fā)生接地故障時，相鄰線路流過的短路電流增大，保護可能誤動，從而使停電范圍擴大，保護失去選擇性。

2 微電網(wǎng)并網(wǎng)對自動重合閘的影響

電力系統(tǒng)長期的運行經(jīng)驗表明，在配電網(wǎng)線路故障中，有超過80%的故障是瞬時性的。自動重合閘（Autoreclosure，AR）可以有效避免因瞬時性故障引起的停電，提高電網(wǎng)的可靠性，因而得以廣泛應用。對于單端輻射狀的傳統(tǒng)配電網(wǎng)而言，AR的優(yōu)勢更加明顯。微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后，使得配電網(wǎng)發(fā)生瞬時性故障時，故障點持續(xù)電弧現(xiàn)象可能出現(xiàn)，造成自動重合閘失敗，同時，微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后，發(fā)生故障后，微電網(wǎng)形成的電力孤島與配電網(wǎng)一般很難保持同步，在這種情況下，AR會導致非同期合閘的出現(xiàn)，產(chǎn)生較大的沖擊電流和沖擊電壓，危害系統(tǒng)安全運行。

3 微電網(wǎng)繼電保護需要考慮的幾個問題

微電網(wǎng)有并網(wǎng)運行和孤島運行兩種狀態(tài)，微電網(wǎng)繼電保護配置應該確保在微電網(wǎng)在并網(wǎng)狀態(tài)和孤島運行狀態(tài)都能夠準確動作，在此情景下，基于本地電氣量的傳統(tǒng)繼電保護方案就顯示出明顯的不足。由于DG出力具有一定的間歇性，運行方式變化頻繁，不同類型DG故障特性迥異，同時含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化較大，這就要求保護的配置可以有效跟蹤適應這些特性，并可靠動作。隨著微電網(wǎng)技術的發(fā)展，DG的高滲透率并網(wǎng)必將在不久的將來成為現(xiàn)實，微電網(wǎng)繼電保護配置，應確保DG在高滲透率并網(wǎng)時可靠動作。微電網(wǎng)內(nèi)部以及PCC處含有大量價格昂貴的電力電子設備，不同DG對故障電流注入的承受能力也不盡相同，對這些裝置的保護也應該充分考量。另外，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和其相關技術的日趨成熟，電動汽車對電網(wǎng)來說既是負荷又是儲能，V2G（Vehicle to Grid）技術的發(fā)展成熟使之成為現(xiàn)實，針對電動汽車的移動特性，含移動儲能系統(tǒng)的微電網(wǎng)保護配置方案研究應該引起足夠重視。[6]

4 展望

目前含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)保護方案研究主要有兩種：一是對原有傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護進行改進；二是將現(xiàn)有輸電線路中已經(jīng)應用成熟的繼電保護方案應用到含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)中。目前其保護配置方案的研究主要有電流差動保護、自適應保護、負序電流保護、邊方向變化量保護、多代理（Agent）保護、縱聯(lián)保護、距離保護等。

需要注意的是，上述各種保護的配置方案都有一定的局限性，其中電流差動保護、縱聯(lián)保護、距離保護以及自適應保護都可以有效提高由于微電網(wǎng)并網(wǎng)帶來的諸多問題，提高配電網(wǎng)保護動作可靠性，但需要對系統(tǒng)的硬件和軟件，進行較大規(guī)模的改造，安裝維護工作較為復雜，保護的成本較高，在配電網(wǎng)中的應用暫時還不夠經(jīng)濟。負序電流保護可以再配電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時可以準確動作，當系統(tǒng)發(fā)生對稱短路故障時效果欠佳。邊方向變化量保護具有較好的理論可行性，但對配電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的依賴性較強，需要對節(jié)點電壓等量需要實時采集，在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)突然改變的時候保護無法準確動作。多Agent技術運用在繼電保護領域可以有效配電網(wǎng)繼電保護的容錯能力，但對智能算法和通信技術依賴較大，同時研究還不夠充分，但發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

隨著智能配電網(wǎng)的不斷推進，將來微電網(wǎng)保護的發(fā)展具有以下趨勢：（1）智能化，可以有效規(guī)避由網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)變化帶來的不利影響。（2）信息多元共享化，可以實現(xiàn)微電網(wǎng)控制、調(diào)度以及保護通信系統(tǒng)的深度融合和信息共享。（3）良好的容錯能力，避免部分數(shù)據(jù)或設備出錯引發(fā)的判斷失誤。（4）較好的可擴展性和兼容性，方便微電網(wǎng)的改擴建并較好地兼容其他各種測量、監(jiān)控、通信設配。（5）經(jīng)濟可行，可以適應微電網(wǎng)大規(guī)模并網(wǎng)和DG高滲透率接入配電網(wǎng)。

5 結(jié)語

微電網(wǎng)技術的發(fā)展為DG的并網(wǎng)提供了技術支撐，微電網(wǎng)并網(wǎng)造成配電網(wǎng)網(wǎng)絡拓撲的多變和潮流流向的不確定，對原有配電網(wǎng)保護的配置帶來較大的影響，對保護的選擇性、靈敏性、可靠性和速動性造成影響。當下微電網(wǎng)繼電保護研究呈現(xiàn)多樣化的特點，但始終未形成有效的可以大規(guī)模應用的配置方案，相關問題尚需進一步研究。

參考文獻：

[1]Hatziargyriou N，Asand H，Iravani，et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（4）：78.94.

[2]Hatziargyriou N，Asand H，Iravani，et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（4）：78.94.

[3]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)繼電保護與控制，2010，38（3）：1.5.

[4]郭凱.計及配電網(wǎng)影響的微電網(wǎng)線路保護研究[D].太原理工大學，2012.

[5]譚又寧.含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護研究[D].西南交通大學，2012.

[6]趙梟梟.含移動儲能單元的微電網(wǎng)保護方案研究[D].北京交通大學，2011.