含微網配電系統的繼電保護問題分析

韓雪

摘 要：分布式含微網配電系統是我國未來配電網發展的必然趨勢，分布式含微網配電系統與傳統配電系統存在著較大差別。當分布式的電源接入到配電網當中，將會對配電網產生重大影響，例如，對配電網的結構、故障電流大小以及電流方向等因素都有影響。為了有效解決新型配電網的保護技術的問題，文章將對含微網配電系統的繼電保護問題進行分析。

關鍵詞：含微網配電系統；繼電保護；問題分析

前言

微網是指由分布式電源、儲能電源、相關監控、保護裝置以及系統用電電荷等匯聚而成的自治發配電子系統，該系統既能實現并網運行，又能夠獨立運行。分布式微網系統，以在用戶側安裝分布式電源的方式，形成微網結構，能夠有效減小網絡中損耗，尤其是在特殊情況下還能夠實現對用戶用電的供應。該配電系統中繼電保護問題是關鍵，為此，文章將對含微網配電系統的繼電保護問題進行詳細分析。

1 微網配電系統概述

分布式電源在接入到配電網中可以采取兩種方式，一是可以采取并網運行的方式，二是采取獨立運行的方式。當分布式電源以并網方式接入配電網中時，將會對配電網的實際運行產生影響。供電部門為了充分發揮出并網運行的優勢，對分布式電源中存在不利因素消除，結合傳統電網發電方式，制定出聯網方案：第一，將分布式的電源輸出，由直流轉換為交流，并與交流網同步。第二，分布式電源的交流輸出，需要直接為特點電荷供電。第三，與交大電網隔離，形成獨立電網運行系統。在實際的電網運行中，為了保證分布式發電系統的有效運行，并對其在大電網中接入的安全問題進行解決。需要取代單一分布式電源的直接接入，將分布發電系統組網，該微網配電系統就是一個自治系統，不僅具有可控性，還能夠滿足用戶的多樣化需求。例如，在實際的電網供應中，能夠實現局部供電增強、提升線路中電壓的校正等[1]。

2 分布式電源接入到配電網對繼電保護系統的影響分析

將分布式電源接入到配電網，使得傳統的單電源輻射網絡發生變化，進而轉變為一種多源網絡。分布式電源的接入，對系統的電流、流向或者分布都帶來一定的影響。分布式電源并網形式的出現對配電網中的繼電保護系統影響較大，主要表現在以下三方面：

2.1 線路保護靈敏度降低

當在一個含微網的配電系統中，當線路系統中出現故障點時，系統電源將會對故障點提供短路電流。當分布式電源接入到系統中后，在同一位置發生故障時，其短路電流將由系統電源和分布式電源同時提供。但是故障點卻只能接受一種電路電流，一般情況下只能接收系統電源的線路電流供應。而正是有分布式電源的接入，使得系統電路電流較小。在這樣的情況下，系統的電流靈敏度降低，嚴重的情況下將出現緩動。分布式電源接入值越大，其對靈敏度的影響也越大[2]。

2.2 線路保護誤動

在進行分布式電源接入之前，配電網系統中是單電源輻射結構，其電路中的短路電流方向就是電源所指向的方向，基于這樣的線路背景，其進行元件安裝環節中不需要進行方向元件的安裝。在并聯且相鄰的2號線路上發生故障時，對于1號線路處的線路保護裝置不能感受到故障電流，而接入分布式電源時，依然是在2號線路處發生故障，2號線路上的線路保護能夠感受到故障電流，當故障電流足夠大時，在1號線路上將會出現線路保護誤動[3]。

2.3 相鄰線路瞬時速斷保護誤動

在配電網中以串聯方式相連的兩個元件F2、F3，當在F2處發生故障時，系統中的短路電流只由系統提供，當分布式電源接入帶系統中時，F2處的短路電流將由系統和分布式接入電源統一提供，在F3繼電保護處也會感受到故障電流，因此線路中的繼電保護發揮出作用，進而出現速斷保護誤動，針對F3來說，其失去了線路運行選擇性[4]。

3 分布式電源微網配電系統仿真

3.1 含一個分布式電源仿真

在含一個分布式帶電源的仿真中，采取額定功率為10kV的風力發電機為分布式電源，接入到配電網中。變壓器的變比為10.5/0.38kV，系統負荷為冷、熱、電三種負荷構成。系統的構線為單母線結構，系統中接受配電網一回10kV進線。分別對不同電源類型進行仿真分析，為了實現對不同電源類型中電氣量的變化情況進行分析，需要設時間為1s，采樣周期為1ms。

3.1.1 同步發電機時故障信息判斷

設系統故障點F2，相鄰故障點F1。在系統中F2處的故障判斷角度為140°～180°，滿足正向故障判斷，且故障在1s內的變化比較大，相鄰故障點情況比較類似，但是F1點的故障電流主要由主系統提供。當主系統的容量較大時，短路電流較大。故障元件的靈敏度判斷比較高。

3.1.2 異步發電機時故障信息判斷

在異步電動機接入系統中，對系統中發生短路故障時F2進行分析，實際故障發生在距離100米的母線之間，其角度在140°～180°，滿足正方向的故障判據。而另外一個故障點在0°～80°，滿足反方向的故障判據，但是其與正向判據相比，靈敏度較低，但是也不影響其將正確的故障信息反映出來。

當在配電網中接入一個分布式電源時，其主要有兩種形式，第一，異步發電機接入形式；第二，同步發電機接入形式。這兩種形式在系統故障信息判斷中存在著一定的差異性。對兩種電源的接入形式進行對比分析，異步發電機的電源接入形式對元件的影響比較小，在任意時刻，方向元件都能夠作出故障判斷。而同步發電機電源接入形式對元件的影響比較大[5]。

3.2 含多個分布式電源仿真

假設在一條線路中引入兩臺分布式電源，并且規定所接入的電源為同步發電機。兩臺發電機的額定容量為DG1=0.5MVA，GD2=0.6MVA，兩臺發電機都發出有功。當在P2處發生電路故障時，與其線路相連且距離300ms以內的方向元件P6能夠準確的向系統中反應出故障方向，而另外一個方向元件P7也能夠檢測到故障，且其檢測到的故障信息與P6一致。從系統仿真圖像上可以看出，當在同一故障點發生短路時，P7和P6的方向元件檢測結果相同，其對故障判斷的角度也相同。換言之，兩相短路方向元件能夠在任意時刻，對故障發生的方向進行詳細判斷。從多個分布式電源接入的故障分析中，可以看出，當采用同步發電機時，在線路中無論發生何種形式的短路故障，其正方向的故障元件，都能夠對系統中的故障進行準確判斷。但是發生在反方向故障時，由于分布式電源本身的頻率影響，會使得系統發生誤判。當系統中采用的是異步發電機，其頻率不發生變化，在線路系統發生故障之后，方向元件都能夠正確判斷出系統中的故障的方向。

4 結束語

隨著電網系統的不斷完善，分布式電源接入到配電網中，為電網系統發展帶來生機。微網與大網之間的相互補充，是未來配電網發展的主要方式。文章對微網配電網系統進行分析，微網配電網系統在實際的電網供應中，能夠實現局部供電增強、提升線路中電壓的校正。為了提升微網配電網運行，文章對分布式電源接入到配電網對繼電保護系統的影響進行分析，并進行了含微網配電系統的繼電保護的仿真。

參考文獻

[1]李蕾帆.含微網配電系統的保護問題研究[D].西華大學，2012.

[2]陳鑒.一種含微網的配電網過電流保護方案研究[D].西南交通大學，2013.

[3]武成龍.配電系統繼電保護存在的問題及對策研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009，2：246.

[4]魏建峰，李愛玲.配電系統繼電保護若干技術問題的探討[J].太原大學學報，2011，4：135-137.

[5]王東.城市電網10kV配電系統繼電保護的分析探討[J].黑龍江科技信息，2013，22：130.