微網群接入對配電網保護影響分析

石毅，馬浩

（山東理工大學電氣與電子工程學院，山東淄博255049）

微網群接入對配電網保護影響分析

石毅，馬浩

（山東理工大學電氣與電子工程學院，山東淄博255049）

以包含微網群的配電系統為模型，首先討論了單個微網于不同位置接入配電網時，對原有配電網繼電保護及安全自動裝置的影響。然后綜合分析了微網群并網對配電網繼電保護的影響，最后對上述理論分析做了仿真驗證。通過分析單微網于不同位置以及微網群大規模接入對配電網繼電保護的影響，旨在為含微網群的配電網新型繼電保護算法研究提供一定的理論依據。

微網群；配電網；繼電保護；短路電流

0 引言

傳統配電網保護采用傳統三段式電流保護方案，即：瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。其中，電流速斷保護按照躲過本線路末端短路時流過保護的最大短路電流整定，瞬時動作切除故障，但不能保護線路全長；定時限電流速斷保護按照本線路末端故障時有足夠靈敏度并與相鄰線路的瞬時電流保護配合的原則整定，能保護本線路全長；過電流保護按照躲過本線路最大負荷電流并與相鄰線路過電流保護配合的原則整定，能保護本線路及相鄰線路的全長。此外，對于不需要與相鄰線路配合的終端線路，電流速斷保護按照本線路末端短路有足夠靈敏度的原則整定，能保護線路全長［1］。

文獻［2-10］對分布式電源并網給配電網的潮流分布及繼電保護帶來的影響進行了分析，分布式電源并入配電網后，使原有的潮流方向發生改變，短路電流的方向及大小均有不確定性，對原有配電網保護產生巨大影響。微電網為分布式電源的集合，容量更大，控制方式更靈活，對潮流及短路電流分析時，在一定程度上微網可等效為分布式電源。通過分析微網群并入配電網后，對配電網繼電保護的影響，旨在為今后研究含微網群的配電網新型繼電保護提供可靠的理論基礎。

1 不同位置并入微網對配電網保護的影響

微網的并入給傳統的配網保護帶來一系列問題：配電網的結構發生了改變使得單輻射配網變成了多端供電網絡；配網潮流的大小和方向均具有不確定性。傳統的配網保護已經不能滿足含微網群的配網保護，微網群接入配電網可能導致原有保護裝置的靈敏性降低或選擇性失去，使得保護裝置拒動或誤動。微網的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，對保護裝置動作行為的影響也就不同。

1.1 微網由線路末端接入配電網

微網由線路末端接入配電網，如圖1所示。當微網由某一線路末端接入配電網時，微網對不同位置發生短路故障時的影響是不同的。

圖1 微網由線路末端接入配電網

1.1.1 相鄰線路故障

當F1點發生故障時，若微網所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的保護裝置誤動作，QF1處有來自系統電源以及微網所提供的短路電流流過，會增加QF1處保護的靈敏度，保護裝置可迅速起動，切除線路，因此QF2處不會有短路電流流過。QF3與QF4處的保護均會有由微網提供的短路電流流過，如果微網的容量過大，其所提供的短路電流可能會使QF4處的保護誤動作，切除本線路，微網作為獨立電源向L4處的負荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應對電能質量、系統及用戶設備的危害，應使微網解列。

當F2處發生故障時，QF1處保護同樣有來自電源以及微網的短路電流流過，若微網所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的故障誤動作，則可能會使QF1處流過的電流超過其動作值而失去選擇性斷開其所在支路。若QF1處不動作，則QF2處的保護會因短路電流的增大而增加其靈敏度，使其保護能夠迅速啟動，斷開故障線路。QF3與QF4處的保護均會有來自微網的故障電流流過，如果微網的容量過大，其所提供的短路電流可能會使QF4處的保護誤動作，切除本線路，此時，微網作為獨立電源向L4處的負荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應對電能質量的影響應使微網與配電網斷開。

1.1.2 微網所在饋線故障

當微網上游F3點故障時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，故其動作不會受到微網的影響。若微網所提供的短路電流不足以使其上游QF4處的保護裝置誤動作，則流過故障點的電流由系統電源以及微網提供。QF4處保護則會出現兩種情況：一是微網提供的短路電流過大，使其誤動作，微網作為獨立電源向L4處的負荷供電，形成電力孤島，為避免孤島效應對電能質量的影響應使微網與配電網斷開；二是QF4不動作，QF3處動作，微網作為獨立電源持續向故障點送電，可能會使故障加劇，因此應當使微網與配電網斷開。

當微網上游F4點故障時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，故其動作不會受到微網的影響。QF3處流過的故障電流僅由系統電源提供，故其保護不會受到影響。由于故障點同時流過系統電源提供的正向電流以及微網提供的反向電流使短路電流值減小，可能會使QF4處保護裝置拒動。

1.2 微網由線路中間位置接入配電網

1.2.1 相鄰線路故障

微網由線路中間位置接入配電網，如圖2所示。當F1點故障時，若微網提供的電流不會使其上游的QF3處保護誤動作，則QF1處的保護會有來自系統電源以及微網的短路電流流過，會使其靈敏度增加，能夠迅速反應斷開故障支路，QF2因此不會有故障電流流過。微網并網點上游的QF3處保護會有微網提供的故障電流流過，若此電流過大，則QF3處保護可能誤動作。微網并網點下游的QF4處保護不會有故障電流流過，因此微網的并網不會對QF4的保護動作產生影響。

圖2 微網由線路中間位置接入配電網

當F2點故障時，若微網提供的電流不會使其上游的QF3處保護誤動作，則QF1處的保護會有來自系統電源以及微網所提供的短路電流流過，若此電流超過其動作值，則會引起QF1處的保護因失去選擇性而斷開。若QF1處保護不動作，QF2處保護流過的電流為系統電源與微網提供的短路電流，其靈敏度會增加，保護能夠立即動作斷開故障支路。QF3處保護有微網提供的短路電流流過，若此的電流過大，則會使QF3處保護誤動作。QF4處的保護不會有故障電流流過，因此對其保護無影響。

1.2.2 微網并網線路故障

當微網并網點上游F3處故障時，相鄰線路的QF1與QF2不會有故障電流流過，其保護不受影響。由于故障點同時流過系統電源提供的正向電流以及微網提供的反向電流使短路電流值減小，可能會使QF3處保護裝置拒動。微網并網點下游的QF4不會有短路電流流過，因此其保護亦不受微網并網的影響。但微網會作為獨立電源向故障點持續送電，可能會使瞬時故障演變為永久性故障，因此要及時將微網與配電網斷開。

當微網并網點下游F4處故障時，相鄰線路的QF1與QF2不會有故障電流流過，其保護不受影響。QF3處的保護流過的電流為系統電源提供的電流，其保護不受影響。QF4處保護流過的故障電流由系統電源與微網同時提供，會增加其靈敏度，能夠及時可靠動作，切斷故障線路。

2 微網群并網對配電網保護綜合影響分析

微網群接入配電網后將改變配電網的拓撲結構以及潮流分布，使原有輻射型網絡變為多端有源網絡，配電網的保護裝置可能會因微網群的接入而拒動、誤動，從而影響保護的選擇性和靈敏性。

圖3 含微網群并網的配電網結構

選取特殊位置并入微網，分別位于母線M某一點的微網1、某一饋線中部的微網2，以及某一饋線的末端的微網3，系統結構如圖3所示。忽略微網內部故障，假設微網內部各分布式電源的發電量已滿足微網內部負荷所需，將其視為獨立電源向配網供電。分別分析接入位置不同的微網對其保護上游、保護下游及相鄰母線故障的影響。

2.1 無微網并入饋線短路

當F1點短路時，QF2處保護無短路電流流過。在微網并入之前，QF1處保護的短路電流由電源提供，當微網1、2、3并入配網之后，QF1處保護則有來自電源及并入母線的微網M1，以及并入相鄰饋線的2、3所提供的短路電流流過，QF1處保護的靈敏度會大幅度增加，即時斷開。與此同時，QF4處的保護有來自饋線末端微網3所提供的短路電流流過，若此電流過大，則QF4處保護容易誤動作。若QF4處保護未動作，QF3處保護則會受到來自饋線下游2與3所提供的短路電流，若2與3所提供的短路電流達到QF3處保護的動作值時，將造成QF3處的保護誤動作。

當F2處發生短路時，QF1處保護受到來自電源及其他饋線的微網所提供的短路電流，將會有失去選擇性而斷開的可能性，對于QF3與QF4處保護同樣有誤動作的風險。

2.2 微網所在饋線發生短路

當F3處發生短路時，QF1與QF2處的保護不會有短路電流流過，因此不受影響。而QF3處的保護裝置有來自電源與微網1所提供的正向故障電流及微網2與微網3所提供的反向短路電流，若微網1處所提供的短路電流大于微網2與微網3提供的短路電流之和，則QF3處的保護靈敏性增加，反之，則QF3處保護流過的電流可能因為達不到動作值而拒動。QF4有來自線路末端微網微網3提供的短路電流流過，若微網3提供的短路電流過大，可能會引起QF4處保護的誤動作。

當F4處短路時，QF1與QF2處保護不會有故障電流流過，QF3處會有電源及微網1提供的故障電流流過，可能會使QF3失去選擇性而斷開，當QF3沒有因失去選擇性而斷開時，QF4處有來自電源以及微網1與微網2提供的正向故障電流，及末端微網微網3提供的反向短路電流流過，一般情況下，正向短路電流遠大于反向短路電流，因此會提高QF4處保護的靈敏度，使其快速斷開。若QF3因失去選擇性而斷開，則QF4處流過的電流為微網2提供的正向電流與微網3提供的反向電流，一般情況下會使流過保護的電流過小而拒動，使故障點不斷有短路電流流入，有可能使瞬時性故障演變為永久性故障。

3 仿真驗證

仿真模型如圖4所示，10 kV配電網中分別在母線B和線路BC的末端接入微網1與2。線路阻抗ZL1=（0.368+j0.196）Ω，ZL2=（0.368+j0.196）Ω，ZL3=（0.68+j0.36）Ω，設定微網1與2的容量分別為10 MVA與20 MVA，負荷Load1、Load2和Load3均為10 MW。仿真時間設為0.2 s，在0.1 s時刻發生三相短路。分別測得當線路BC饋線中間位置三相短路時，當未接入微網、僅接入微網1、僅接入微網2以及同時接入微網1與2時，流過Line2保護裝置QF2的短路電流有效值，如圖5所示。

圖4 仿真電路

由圖5可知，未接入微網時，流過BC線路QF2處保護的穩態電流測得為1.56kA，0.1s時BC線路中間位置發生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.203 kA。

圖5 不同情況下微網接入流過QF2處保護裝置的短路電流

微網1接入時，流過BC線路QF2處保護的穩態電流測得為1.89 kA，0.1 s時BC線路路中間位置發生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.867 kA。

微網2接入時，流過BC線路QF2處保護的穩態電流測得為1.12 kA，0.1 s時BC線路路中間位置發生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為5.687 kA。

微網1與2同時接入時，流過BC線路QF2處保護的穩態電流測得為1.21 kA，0.1 s時BC線路中間位置發生三相短路，短路瞬間測得的短路電流值為6.267 kA。

當故障點上游有微網1并入時，對BC末端的短路電流有助增作用，會增加QF2處保護裝置的靈敏度。故障點下游微網2的并網會故障點電壓降低，從而使流過保護裝置的故障電流減小，可能引起保護裝置的拒動，影響其靈敏度。當故障點下游的微網2容量大于故障點上游的微網1的容量，二者所提供的故障電流同樣會引起短路線路保護裝置的故障電流減小，影響其靈敏度。

此外，通過仿真Line1線路末端三相短路以及Line3線路三相短路，同樣證明了故障點下游并入的微網對故障點短路電流的減小，從而引起的保護裝置靈敏度降低；以及故障點上游并入的微網對故障點電流的助增作用，從而使其靈敏度增加。

4 結語

通過分析單個微網接入不同位置且故障點不同時，對于故障線路以及相鄰線路原有保護裝置動作的影響，綜合不同并網位置的微網同時并網對配網產生的繼電保護影響，得出了微網群并網后對潮流方向以及短路電流大小及方向的改變會使原有保護裝置發生保護拒動、誤動以及失去選擇性，并通過仿真實驗，驗證了本文觀點的正確性。通過對微網群并網產生的配電網繼電保護問題分析，為今后提出新型的含微網群并網的多方向潮流配電網保護算法提供一定的理論依據。

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［3］徐青山.分布式發電與微電網技術［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［4］胡成志，盧繼平，胡利華，等.分布式電源對配電網繼電保護影響的分析［J］.重慶大學學報（自然科學版），2006，29（8）：36-39.

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Analysis of Influence of Microgrids Access on the Protection of Distribution Network

SHI Yi，MA Hao
（College of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China）

Based on the distribution network model including microgrids，the impact on the relay protection and safety automatic device of original distribution network are discussed when a single microgrid is incorporated into different feeders or different sections of distribution network.Then，the influence of microgrid group connection to distribution network relay protection is analyzed comprehensively，and the theoretical analysis is verified by simulation at last.By analyzing the influence of single microgrid and microgrids on the relay protection of distribution network，The aim is to provide the basis for the new protection algorithm for the distribution network containing microgrids.

microgrids；distribution network；relay protection；short-circuit current

TM732

A

1007－9904（2017）05－0029－04

2016-12-23

石毅（1991），男，從事含微網群配電網故障診斷及定位等研究工作；馬浩（1990），男，從事電力系統研究工作。