微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用

李克磊

摘 要：本文在區(qū)域差動保護(hù)和正反方向阻抗的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合微電網(wǎng)接入后對配電網(wǎng)的設(shè)備要求，對配電網(wǎng)設(shè)備提出了配電網(wǎng)保護(hù)和低壓配電保護(hù)解決方案。經(jīng)過具體的施工實踐證明，區(qū)域差動保護(hù)可以有效解決微電網(wǎng)與常規(guī)配電網(wǎng)多電源或重合閘等接入時所出現(xiàn)的保護(hù)影響，而分布式電源與低壓配電網(wǎng)接入時所產(chǎn)生的影響完全可以通過正反方向阻抗低壓配電來解決。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；研究；微電網(wǎng)

所謂微電網(wǎng)，指分布式發(fā)電、能量變換裝置、儲能裝置以及有關(guān)負(fù)荷等組成的發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)微電網(wǎng)接入后，會引發(fā)電力系統(tǒng)保護(hù)新問題。微電網(wǎng)會隨著滲透率和DG數(shù)量的不斷增加，內(nèi)部潮流的方向有可能發(fā)生改變，進(jìn)而影響了整個電力網(wǎng)絡(luò)。微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，其潮流是呈雙向流動的狀態(tài)的，而常規(guī)配電網(wǎng)的流動特征會受到并網(wǎng)時雙向流動的影響發(fā)生改變。另外，在進(jìn)行微電網(wǎng)接入時，必須要運(yùn)用到電力電子技術(shù)，并以“柔性”的方式進(jìn)行微電網(wǎng)的接入。由于微電網(wǎng)的電源特征不同于平常發(fā)電機(jī)，在接入微電網(wǎng)后，配電網(wǎng)的繼電保護(hù)與低壓配電都將受到微電網(wǎng)的影響。

1 微電網(wǎng)接入影響

1.1 對常規(guī)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

當(dāng)微電網(wǎng)與配電網(wǎng)接入時，會改變配電網(wǎng)原有的電流量及流向，從而降低其保護(hù)的靈敏度、拒動以及誤動。針對靈敏度，并非全部降低，部分保護(hù)靈敏度會得到增加。

如圖1所示，當(dāng)K3出現(xiàn)接地故障時，受MG分流作用影響，B3所受故障電流減小，并且靈敏度出現(xiàn)降低。但K2出現(xiàn)接地故障時，B4將會順著MG的故障電流流動，增加保護(hù)B4的靈敏度。

1.2 對配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響

常規(guī)配電網(wǎng)一般是10kV，其運(yùn)行方式有兩種，分別是單向輻射型網(wǎng)絡(luò)式和環(huán)網(wǎng)型開環(huán)式。傳統(tǒng)的單端電源過流保護(hù)沒有方向元件，當(dāng)DG接入后，配電系統(tǒng)會發(fā)生轉(zhuǎn)變，成為多電源網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)的潮流分布在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)變化，同時，故障后短路電流量及流向與分布都會受到影響而產(chǎn)生不同程度的變化，打亂傳統(tǒng)保護(hù)的配合關(guān)系，新的需求將無法從保護(hù)行為與性能上得到滿足。隨著DG的接入，形成兩側(cè)電源，這等于在配電網(wǎng)接入了一個常規(guī)發(fā)電機(jī)，所以，會像傳統(tǒng)兩側(cè)電網(wǎng)那樣，對繼電保護(hù)的影響依然是相鄰線路保護(hù)誤動問題，重合閘無法順利熄弧，導(dǎo)致重合失敗問題。

2 微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)的保護(hù)對策

2.1 配電一次設(shè)備與繼電保護(hù)要求

由于微電網(wǎng)接入后，快速的故障隔離要求無法從傳統(tǒng)配電一次設(shè)備上得到滿足，所以，需要將配電網(wǎng)一次設(shè)備進(jìn)行以下調(diào)整：對每個10KV以上的配電網(wǎng)都設(shè)置斷路器。對0.4KV低壓配電網(wǎng)全部配置可支持外部遙控功能的斷路器。最后在進(jìn)行微電網(wǎng)的接入時，不要改變原來原來0.4KV低壓配電網(wǎng)的接地方式，結(jié)合DG接地情況再進(jìn)行施島運(yùn)行。

2.2 區(qū)域差動下的繼電保護(hù)方式

（1）區(qū)域差動主保護(hù)。可以根據(jù)差動保護(hù)對象將10kv電壓配電網(wǎng)分化成多區(qū)域，然后再進(jìn)行保護(hù)。區(qū)域差動保護(hù)主要通過啟動判據(jù)和比率制動判據(jù)組成與門出口。考慮到微電網(wǎng)中只能采集單元的局部控制層、配電網(wǎng)調(diào)度層配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)與中央控制區(qū)域差動保護(hù)這三層結(jié)構(gòu)的區(qū)域差動保護(hù)，應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的一致性。為了使其可靠性能有所保障，區(qū)域差動保護(hù)集中控制層采用雙冗余配置。實質(zhì)上差動保護(hù)網(wǎng)絡(luò)指的就是通過收集和分配系統(tǒng)以及狀態(tài)信息區(qū)域中的每個節(jié)點(diǎn)的電流差動保護(hù)，最終實現(xiàn)以最快的速度完成故障自動定位與故障隔離；（2）后備保護(hù)。在區(qū)域差動保護(hù)過程中，如果配置發(fā)生故障而失靈，此時后備保護(hù)會從臨近斷路器將故障隔離。對超過10KV（包括10KV）的配電網(wǎng)系統(tǒng)實施雙套區(qū)域差動保護(hù)，可以使其靈敏性、可靠性及運(yùn)作性得到保障。從“對主保護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化、對后備保護(hù)裝置進(jìn)行簡化”這一原則來看，可以用簡單的帶時限過流對配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行配置，然后通過智能采集單元來實現(xiàn)預(yù)防主配電網(wǎng)喪失防護(hù)的作用。

實時智能采集單元配置后備保護(hù)功能，線路就地采集單元配置距離是線路與母線的后備保護(hù)，然后為了使變壓器具備后備保護(hù)，可以將過流保護(hù)裝置在變壓器就地采集單元。將定值限方向過流保護(hù)配置到配電升壓變壓器的高壓側(cè)。變壓器內(nèi)部故障有了后備保護(hù)，低壓母線故障的靈敏性也有了保障。裝置定時限過流保護(hù)的配電降壓變壓器可以按躲過最大負(fù)荷電流整定。

2.3 如何對反方向阻抗繼電器的低壓配電網(wǎng)實施繼電保護(hù)

DG饋線單元配置對低壓配網(wǎng)系統(tǒng)是非常重要的，尤其在低壓配網(wǎng)系統(tǒng)具備微電網(wǎng)的條件下，缺少DG饋線單元配置就會形成負(fù)荷出線，就會導(dǎo)致正方向阻抗繼電器喪失延遲出口，最終使保護(hù)線路發(fā)生故障。若有DG饋線單元配置器、反向配置時，延時現(xiàn)象沒有在正方向抗阻繼電器中出現(xiàn)，反方向抗阻繼電器將延長0.5秒釋放，其對低壓母線故障有較好的保護(hù)作用。正方向阻抗繼電器根據(jù)避免設(shè)置最大負(fù)荷設(shè)定值，當(dāng)線或白色出現(xiàn)短路時，此時繼電器動作的延時將為0秒，出口跳躍線路斷路器。

在相反方向的阻抗繼電器，按躲過變壓器高壓側(cè)短路，或者根據(jù)避免高壓側(cè)出口速度故障保護(hù)終端短路的設(shè)定值，設(shè)定值小，其保護(hù)變壓器內(nèi)部部分范圍（或高壓線，低線），固定值不能太大，避免誤操作時，高壓側(cè)短路。這個距離保護(hù)配置，在微電網(wǎng)投入運(yùn)行是電網(wǎng)運(yùn)行和關(guān)閉，可以起到保護(hù)的效率，是一種微電網(wǎng)在離網(wǎng)運(yùn)行時的保護(hù)，在微電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時，0.4 kV低壓系統(tǒng)可以跳機(jī)保護(hù)斷路器。

3 工程實踐

通過用微電網(wǎng)來接入配電網(wǎng)集中保護(hù)控制裝置，可以將繼電保護(hù)功能大幅度提升，使其在定位、故障識別與故障隔離等功能上都得到了保障，另一方面，為了使分布式電源能夠在多電源及運(yùn)行狀態(tài)下將微機(jī)保護(hù)作用發(fā)揮出來，應(yīng)根據(jù)微電網(wǎng)系統(tǒng)制定一系列處理措施。除此之外，微電網(wǎng)保護(hù)配置方案已經(jīng)得到國家電網(wǎng)的許可和認(rèn)證，證明該項目含有微電網(wǎng)的智能配用電系統(tǒng)控制保護(hù)功能。

4 結(jié)語

本文通過微電網(wǎng)對接入配電網(wǎng)設(shè)備時的要求，對微電網(wǎng)與配電網(wǎng)接入后所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出基于正反方向阻抗解決低壓配電保護(hù)的解決方案，以及區(qū)域差動保護(hù)解決配電網(wǎng)保護(hù)的解決方案，通過工程的實踐運(yùn)用，得出區(qū)域差動保護(hù)可以將微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)時所帶來的影響有效解決，而針對微電網(wǎng)與低壓配電網(wǎng)相接所發(fā)生的保護(hù)影響，可以利用正反方向阻抗繼電器來解決。endprint