淺述微電網繼電保護的研究與應用

內蒙古電力（集團）有限責任公司烏蘭察布電業局 劉海峰

淺述微電網繼電保護的研究與應用

內蒙古電力（集團）有限責任公司烏蘭察布電業局 劉海峰

隨著分布式能源技術的成熟和知識的普及，微電網項目近年來也以快速的速度發展。微電網能安全穩定運行都離不開可靠的保護裝置的支持，比如智能保護系統的可靠性、穩定性等。微電網安全還有許多問題值得研究人員進一步研究。

微電網；繼電保護；研究應用

1.微電網保護的新特點

在配電供電系統中接入分布式電源，能對微電網運行時可以對短路電流進行大小和方向上向下發生變化，這時不適合使用傳統的過流保護，因為該模型破壞了傳統的配電分布關系，因此保護性也會受到相對應的影響。微電網的新特點使它面臨著許多的新問題。

1.1 微電網運行方式產生的影響

在配電網產生故障的時候，微電網內部的分布式電源不是直接從網絡中退出，而是將其轉為離網模式并且繼續運行著，從而形成了負荷的電源不間斷的供電。并網型微電網有并網和離網這兩種不同的運行模式。在并網的模式下，故障電流是通過分布式電源和大電網系統共同提供的，離網模式則是電流只通過微電網系統中的發布式電源提供的，這兩種模式是由兩種差別很大的電流形成的。

1.2 分布式電源以及工作狀態產生的影響

根據不同的接入方法，微電網的分布式電源可分為三種不同類型：同步發電機、逆變器和異步發電機，三種不同類型的分布式電源也就擁有分別不同的特性。比如，逆變器類型的分布式電源的快速響應限流的特性能使故障電流的大小只有額定電流的兩倍，比大電網所提供的故障電流小得多。除此之外，在分布式電源中所使用的同步和異步發電機比較大的機組容量也小得多，短路電流的大小也會受到其暫態電勢的影響。由新能源如風或者光等提供的分布式電源，容易受到天氣的影響，無法提供穩定的電力，因此經常進行投退的操作，故障電流容易受到分布式電源正常工作狀態的影響，特別是在孤網模式下，當故障電流比較小的時候，可以首先的看到這種影響現象。

1.3 微電網與各級保護之間的相互配合

在離網工作的狀態下，逆變器電源將作為主要電源，其轉動慣量是遠遠小于大型發電機組的，如果故障長時間的存在，微電網系統的頻率和電壓將很快的失去穩定性，可以通過采用分布式電源的低電壓保護模式，使微電網的電源斷開，導致停電事故的發生。因此，微電網的保護要與分布式電源自身保護的時間上要有延遲或者提前的區分。在微電網發生故障的第一時間，微電網的保護反應必須在上游電網發出反應之前提前反應，以此來防止因月季式跳閘所帶來的嚴重損失。在微電網外部發生故障的時候，微電網內部的所有原件保護都要與電源模式切換的時間分開。以此來防止對微電網分布式電源或者負荷的影響。

2.微電網繼電保護原理與方法的研究

由于分布式電源不同的接入方式就使得微電網的故障特征與大電網的故障特征大不想同。在大電網中所采取的繼電保護原理和方式很大程度上都不適合用于微電網的使用。因此，有必要在大電網的基礎上對繼電保護的原理和方式進行加以改進，只有這樣才能更好的保障電廠的生產安全。在研究中表明，對微電網進行繼電保護現有的方法有差動電流保護法、無通道保護法和諧波畸變法等。下面就對這些保護方法進行討論與分析。

2.1 差動電流保護法

所謂的差動電流保護法就是在基爾霍夫電流定理的理論基礎上建立起來的。差動電流保護法的原理相對而言比較簡單，而且能夠滿足一些基本的繼電保護的要求。在微電網運行中，差動電流保護法被廣泛的采用。在采用差動電流保護法中只需要檢測工作過程中出現的不平衡電流，微電網所設定的電流定值能夠滿足躲過最大的不平衡電流就可以了，所以差動電流保護法的靈敏性比較高。從另外一個方面來說，差動電流保護法的選擇性能比較好。它可以將微電網分別劃分為好幾個保護區域，可以及時區別不同區域中出現的故障然后相互配合地進行保護工作，這樣能夠有效的控制出現一些比較大的故障。差動保護法還有一個優勢就是各個區域之間的保護配合比較簡單，各個區域中只需要考慮最大的不平衡電流，而不用通過電流的定值來進行各個區域之間的配合保護。在最近幾年的發展過程中，差動電流保護法的研究成果比較顯著，差動電流保護法的的優勢是不可否認的，但差動電流保護法還應該在靈敏度的方面進行稍加調整。

2.2 無通道保護

無通道保護法是在線路的兩側都增加安裝了保護部件，這樣可以準確的知道故障是出現在哪一條線路上。當發生線路不對稱故障的時候，斷路器將會把一段的線路斷開，在這個時候，由于電網系統結構發生的變化，正常的電流也就會發生變化。這一個變化，將會被線路中另一側的線路保護裝置檢測到，線路保護裝置檢測到這個變化后，另一端的保護裝置將會把這個故障信號發送給斷路器并且將故障線路斷開，這時故障的線路將會被準確的切除。具體的方法是通過測量系統中的零序和負序分量來判斷的，當發生接地故障時就會產生零序和負序分量，當發生相間故障時就會產生負序分量，保護裝置通過測量系統中的負序分量和零序分量的總和，與正序分量的比值來確定是否發生故障。如果發生故障，該比值也將會發生變化，并且將信號發送給另一端的保護裝置，從而使故障線路斷開。

2.3 諧波畸變法

諧波畸變法是通過電壓量和相電壓的運行情況作為參考的方式來保護微電網的，具體是根據故障相電壓的畸變來判斷是否發生故障的。當相電壓發生故障的時候，故障相電壓就會低于相電壓正常運行時的電壓，這時就會產生諧波畸變。當故障發生時，首先會先把靜態開關PCC斷開，隨后微電網將會進入到孤島模式運行，這樣的情況下輸出的諧波將會變大，諧波畸變的概率也會增大，而在正常運行的時候，配電網就相當于一個電壓源，設個時候的諧波畸變的概率幾乎為零。通過諧波畸變這個方法可以準確的定位故障相和故障的位置。

3.結語

傳統的配電網系統能正常安全的運行都離不開繼電保護裝置，當故障發生時，繼電保護裝置可以快速地進行故障隔離，盡可能的減少故障所帶來的損失。繼電保護裝置的運行對于微電網正常安全運行來說也是必不可少的，繼電保護裝置不僅能夠適應智能電網，而且還能夠滿足微電網所需要的快速、可靠和選擇等特性。

[1]郭建勇,李瑞生,李獻偉等.微電網繼電保護的研究與應用[J].電力系統保護與控制,2014.

劉海峰（1979—），男，現供職于內蒙古電力(集團)有限責任公司烏蘭察布電業局。