微電網(wǎng)繼電保護技術(shù)探討

秦鵬飛

（靈川供電公司，廣西 靈川 541200）

0 引言

社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展，用戶對電網(wǎng)供電的可靠性能有了更高層次的要求，使得傳統(tǒng)的集中型發(fā)電的缺點不斷顯露出來，在控制成本的范圍內(nèi)不能滿足敏感性電力的負荷要求。為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式電源給電網(wǎng)和用戶帶來的潛在效益，智能微電網(wǎng)作為一種新型分布式能源組織形式應運而生，迅速得到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。

1 微電網(wǎng)

盡管分布式能源優(yōu)點突出，微電網(wǎng)作為范圍較小型分散的獨立發(fā)電系統(tǒng)，利用先進的電力技術(shù)，把風電、光伏型發(fā)電和燃氣輪機、蓄能設施以及燃料電池等并在一起，并直接連接用戶端。對于大型電網(wǎng)而言，微電網(wǎng)屬于電網(wǎng)系統(tǒng)中可以管理、控制的部分，其能在幾秒鐘內(nèi)運作用來滿足電網(wǎng)外部的輸配電網(wǎng)絡實際需求。因此電力系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來處置分布式電源，以期減小其對大電網(wǎng)的沖擊。為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益，在本世紀初，學者們提出了微電網(wǎng)的概念。在配電網(wǎng)發(fā)生故障或者電能質(zhì)量問題情況下，可以通過主斷路器切斷微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)系。可實現(xiàn)孤島與并網(wǎng)模式間的平滑轉(zhuǎn)換；就近向用戶供電，減少了輸電線路損耗，增強了抵御來自上級電網(wǎng)故障影響的能力。當上級電網(wǎng)發(fā)生故障或電能質(zhì)量不能滿足要求時，微電網(wǎng)切換到孤島模式下運行，保證自身安全穩(wěn)定運行。目前，微電網(wǎng)的控制和保護技術(shù)是分布式電源廣泛應用的技術(shù)難題之一。在微電網(wǎng)概念提出之前，系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源將主動脫離電網(wǎng)。一般情況下不允許孤島運行。當分布式電源、負載和儲能裝置以微電網(wǎng)的方式接入主電網(wǎng)，主電網(wǎng)故障時，微電網(wǎng)由并網(wǎng)方式平滑切換到孤島運行模式，提高了供電的可靠性和分布式電源的利用效率。但是微電網(wǎng)的接入會給配電網(wǎng)的保護帶來很大的影響，改變了故障時的電氣量信息。原有的保護方案和檢測原理將不再滿足要求。

2 微電網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響

微電網(wǎng)系統(tǒng)有兩種運行模式分別是與主電網(wǎng)并網(wǎng)運行模式和孤島運行模式。在并網(wǎng)時，微電網(wǎng)內(nèi)的負荷根據(jù)用戶的情況從微電網(wǎng)內(nèi)部以及外部吸收能量。當配電網(wǎng)中有故障，停電檢修或者電能質(zhì)量問題時，微電網(wǎng)需要從并網(wǎng)平滑過渡到獨立運行狀態(tài)。微電網(wǎng)進入孤島運行模式。由于微電網(wǎng)在并網(wǎng)運行過程中對主電網(wǎng)繼電保護的影響可以等效成一個分布式電源對它的影響。

分布式電源對配電網(wǎng)保護只要是影響體現(xiàn)在很多方面。配電網(wǎng)的特點是呈輻射性，并由單側(cè)電源供電，配電網(wǎng)的繼電保護是由此為基礎(chǔ)設計的。從主電網(wǎng)的角度看，微電網(wǎng)如同電網(wǎng)中的發(fā)電機或負荷，是一個模塊化的整體單元。當微電網(wǎng)作為負荷運行時，如同一般的用電設備。當它作為發(fā)電機運行時，可把它看作為一個分布式電源，當它接入主電網(wǎng)后會使得配電網(wǎng)潮流雙向流通，主電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變。當主電網(wǎng)中發(fā)生短路故障時，除了系統(tǒng)會提供故障電流外，微電網(wǎng)中的電源也將對故障點提供故障電流，這樣便改變了電網(wǎng)節(jié)點的短路水平。微電網(wǎng)中電源的容量等因素都將對配電網(wǎng)的正常運行造成影響。

3 微電網(wǎng)的繼電保護

繼電保護是實現(xiàn)電力網(wǎng)絡及相關(guān)設備監(jiān)測保護的重要技術(shù)，向計算機化、網(wǎng)絡化、智能化，以及保護、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展是該領(lǐng)域的長期發(fā)展趨勢。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止到2006 年底，全國220kV 及以上系統(tǒng)繼電保護裝置的微機化率已達91.41%。繼電保護裝置的微機化趨勢充分利用了先進的半導體處理器技術(shù)：高速的運算能力、完善的存貯能力和各種優(yōu)化算法，同時采用大規(guī)模集成電路和成熟的數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和抗干擾等技術(shù).因而系統(tǒng)響應速度、可靠性方面均有顯著的提升。

然而，微電網(wǎng)將極大地改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)，電子式互感器、數(shù)字化變電站技術(shù)、廣域測量技術(shù)、交直流靈活輸電及控制技術(shù)的大量應用，必然對電力系統(tǒng)繼電保護帶來影響。

3.1 微電網(wǎng)繼電保護構(gòu)成

微電網(wǎng)的分布式發(fā)電、交互式供電對繼電保護提出了更高要求，另一方面通信和信息技術(shù)的長足發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)及應用在各行各業(yè)的日益普及也為探索新的保護原理提供了條件。微電網(wǎng)中可利用傳感器對發(fā)電、輸電、配電、供電等關(guān)鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)控，然后把獲得的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行收集、整合，最后對數(shù)據(jù)進行分析。利用這些信息可對運行狀況進行監(jiān)測.實現(xiàn)對保護功能和保護定值的遠程動態(tài)監(jiān)控和修正。另外，對保護裝置而言，保護功能除了需要本保護對象的運行信息外，還需要相關(guān)聯(lián)的其他設備的運行信息。一方面，保證故障的準確實時識別；另一方面，保證在沒有或少量人工干預下，能夠快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發(fā)生。所以，智微電網(wǎng)繼電保護裝置保護動作時不一定只跳本保護對象，有可能在跳本保護對象時還需發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，也有可能只發(fā)連跳命令跳開其他關(guān)聯(lián)節(jié)點，不跳開本保護對象。

3.2 繼電保護技術(shù)的升級

微電網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展改變了電能傳輸?shù)哪承┨攸c，信息化和數(shù)字化的特征使微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了本質(zhì)的差別，作為繼電保護專業(yè)，也需要適應其發(fā)展，進行相關(guān)的研究工作。

3.2.1 數(shù)字化

互感器傳輸性能的提高和互感器故障的減少使繼電保護不需要再考慮電流互感器飽和、二次回路斷線、二次回路接地等互感器故障問題。電氣量信息傳輸?shù)恼鎸嵭砸矠槔^電保護裝置性能的提高帶來了便利條件。如何簡化繼電保護的輔助功能，利用數(shù)字化傳感器提高繼電保護的整體性能，是未來繼電保護發(fā)展需要研究的核心問題。

3.2.2 網(wǎng)絡化

新一代的數(shù)字化變電站改變了傳統(tǒng)繼電保護信息獲取和信號發(fā)送的媒介，利用網(wǎng)絡上共享的站內(nèi)其它相關(guān)電氣元件的信息提高主保護的性能，利用共享的控制信號網(wǎng)絡簡化繼電保護配置，是智能電網(wǎng)中繼電保護研究的前沿性問題。

3.2.3 自動整定技術(shù)

傳統(tǒng)的自適應保護僅能根據(jù)被保護線路的運行情況對定值進行調(diào)整，不能利用全網(wǎng)信息準確、實時地判斷運行方式來調(diào)整定值。微電網(wǎng)的繼電保護應實現(xiàn)全網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)自動整定和自動配置，從分散獨立的保護變?yōu)橄到y(tǒng)分布協(xié)同的保護。

3.3 員工技術(shù)提升

電力系統(tǒng)繼電保護是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的第一道防線，安全責任重大，對人員的業(yè)務能力要求高。而廣泛開展技能競賽活動，能夠給生產(chǎn)一線員工提供充分展示才華的機會和舞臺，更能在廣大員工中產(chǎn)生強烈的爭先意識和激勵作用，形成比、學、趕、幫、超的良好氛圍，促進提高員工的業(yè)務素質(zhì)和能力。

4 結(jié)語

隨著科技的進步，將會有越來越多的各種類型的分布式電源接入配電網(wǎng)中，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)互為補充的運行方式會成為今后分布式電源供電的的主要方式。微電網(wǎng)繼電保護不受配網(wǎng)運行方式、短路故障類型和短路點的影響，能夠快速正確地判斷出故障

位置，進而向相應的斷路器發(fā)出跳閘命令，切除故障線路。

［1］王成山，肖朝霞，王守相.微電網(wǎng)綜合控制與分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32.

［2］黃勝利，張國偉，孔力.電力電子技術(shù)在微電網(wǎng)中的應用[J].電氣應用，2008，27.