基于故障分量的微電網保護適用性

高崧耀+++賀鵬

【摘要】：微電網是由微電源、儲能裝置、臨近負荷及保護單元、控制系統組成的自主系統。微電網具有兩種運行模式，即并網運行模式及孤島運行模式。目前，微電網中存在一些基于故障分量的保護方法。故障分量是由故障本身引起的，獨立于負荷分量之外，不受負荷電流、過渡電阻的影響，具有較高的靈敏度。所以，基于故障分量的阻抗保護在輸電系統中已經得到了廣泛的應用。

【關鍵詞】：故障分量；微電網；保護適用性

1、導言

在傳統的故障分量附加網絡中，只要故障點存在一個電勢源。但這里有個條件，即同步發電機的容量假設為無窮大，故障時電壓不發生下跌，可以供給很大的短路電流。逆變型分布式電源的容量有限，且輸出電流受變流器的約束，故逆變器出口電壓將在故障剎那間發生變化，從而在故障附加網絡中IIDG接入處發生等效的附加電源，使故障分量網絡中含有多個電源。

2、微電網繼電保護的特點及其困難

微電網的維護疑問與傳統配網維護有著極大不一樣，具體表現有：（1）因為分布式電源的存在，使得潮流具有雙向流通性；（2）微電網在聯網和獨立運轉兩種運轉形式下，短路電流巨細區別很大，影響繼電維護的整定核算。因而，如安在聯網和獨立兩種運轉形式下均能對微電網內部故障做出有效的呼應，甚至在聯網形式下也能迅速感知大電網故障，而且保證該維護的選擇性、迅速性、靈敏性與可靠性，是當時微電網維護的要害，也是微電網維護研討的難點。

傳統配電網的通常構造特點是呈放射型構造而且由單電源供電，配電網的繼電維護是恰是基于此構造進行規劃和裝備的。當分布式電源接入配電網以后，配電網的拓撲構造隨之發作改動。而當有分布式電源存在的配電網發作故障時，除了電網電源向故障點供給故障電流以外，分布式電源也將對故障點供給必定的故障電流，改動了原有配電網的節點短路水平，然后影響傳統配電網相應繼電維護設備的正常動作。而分布式電源的類型、安裝位置和容量巨細等因素都將對配電網的繼電維護形成影響。配電網絡的繼電維護，相關于高電壓大體系繼電維護而言，屬于簡單維護。配電網中常用的繼電維護有電流維護、電壓維護、反時限電流維護等。分布式電源接入配電網以后，原有配電網絡的構造發作了較大改變。在故障發作時，因為分布式電源助增電流的效果，流經故障點的故障電流將增大。分布式電源的引進改動了分布式電源鄰近節點的短路水平，對配電網繼電維護的準確動作帶來影響；也改動了維護的規模和靈敏度，給各線路繼電維護的上下級合作帶來疑問。由此可知，關于分布式電源滲透率較高的微電網，電流速斷維護在選擇性、靈敏度校驗上均不滿意維護的請求。

3、微電網故障分量保護原理分析

3.1含多個IIDG的微電網正序故障分量附加網絡

不失一般性，以圖1所示含IIDG的典型微電網進行具體分析。圖中：ES為體系電源；ZS為體系阻抗；PCC為微電網與大電網之間的公共連接點，本文只分析微電網并網運行的狀況；LD1，LD2，LD3，LD4均為負荷；IIDG1，IIDG2，IIDG3均為PQ操控的逆變型分布式電源；M1—M4，P1—P4，Q1—Q3，N1—N3為各母線處的分支饋線開關，并代表地點的饋線稱號。

圖1 含IIDG的并網運行微電網

當F1處發作故障時，可將IIDG等效為受控電流源模型。盡管逆變型分布式電源控制系統的非線性使得故障時期的電網不能等效為一個線性網絡，但假如將受控電流源視為獨立電流源，此刻受控源的電流值仍為IIDG并網點電壓的函數，而且不隨網絡在疊加過程中的改變而改變，則可以獲得如圖2所示的正序故障分量附加網絡。圖中：△i1，△i2，△i3分別為逆變型分布式電源輸出的等效附加電流；ZS1為大電網的等效正序阻抗；ZF為故障點的過渡阻抗；ΔUF為故障點的附加電源；ZMP，ZP1，ZQ1，ZMN為各線路的等效正序阻抗；Z1，Z2，Z3，Z4為負荷的等效正序阻抗。假定母線指向饋線的方向作為電流的參閱正方向，各饋線故障電流正方向如圖標示所示。

由于受控制策略影響使得IIDG并網點電壓與輸出電流之間存在著很強的非線性關系，以及IIDG間的相互耦合，造成該網絡無法通過線性變換而直接求解。利用迭代修正的求解方法，十分復雜，很難得到具體的解析解。所以本文只進行定性分析。

圖2正序故障分量附加網絡

3.2母線N處各饋線的正序電流故障分量

當F1處發生故障時，母線N處的電壓降較小，IIDG3輸出的有功電流和無功電流均略有增大，其故障電流如圖3（a）所示。圖中，UN和UN.f分別為故障前后母線N的電壓，ΔUN為母線N處電壓的故障分量，i3為故障前IIDG3輸出的正序電流，i3.f為故障時IIDG輸出的正序電流，Δi3則為IIDG3輸出正序電流的故障分量；其他各圖中這些變量的含義與此類同。

由圖2可知， 且 ，其中負荷的正序阻抗Z4為感性，則可得到如圖3（b）所示的電流相量關系。

顯然，故障饋線N1上的正序電流故障分量幅值最大，方向與其余饋線的正序電流故障分量幾乎相反，即滿足

（1）

（2）

4、結論

綜上所述，如今，隨著新能源越來越被人們所重視，分布式發電也越來越快的發展起來，微電網作為大電網的補充，也越來越多的得到了應用。然而對于包含微電網的電網保護方案，至今還沒有很多問題亟需解決，微電網的繼電保護策略迫切被需求。本文針對PQ控制的逆變型分布式電源，在故障時對其采用具有無功支撐能力的故障穿越控制策略，分析了不同電壓降時IIDG輸出故障電流的變化。并使用更加準確的壓控電流源模型，通過正序電流故障分量的幅值和相位特征對微電網中的故障分量原理進行了分析。

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