含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)研究方案綜述

徐密

摘要：分布式電源（DG）大量接入配電網(wǎng)，使配電網(wǎng)成為功率雙向流動的有源網(wǎng)路，傳統(tǒng)電流保護(hù)不能滿足保護(hù)的需求，引起保護(hù)誤動或者拒動。本文分析總結(jié)了現(xiàn)有含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案，主要分為三種：對傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，采用輸電線路的保護(hù)原理，采用智能設(shè)備及通信手段實現(xiàn)新型保護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電網(wǎng)保護(hù);三段式電流保護(hù);輸電線路保護(hù)原理;新型保護(hù)

0.引言

我國中、低壓配電網(wǎng)目前多為單電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)，主要故障為單相接地、兩相接地和三相短路三種，且80%以上為瞬時故障。我國中、低壓配電網(wǎng)一般配置三段式電流保護(hù)，有些配備反時限過電流保護(hù)作為配合，采用三相一次重合閘，并與熔斷器、分段器等自動化裝置相互配合。另外距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、自適應(yīng)保護(hù)及各種新型保護(hù)都是含DG的配電網(wǎng)保護(hù)研究熱點。目前，改善的主要途徑共有三種：第一，對傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，如對保護(hù)的整定原則、結(jié)構(gòu)以及配合進(jìn)行改進(jìn)，加裝方向元件等;第二，采用輸電線路的保護(hù)原理;第三，采用智能設(shè)備及通信手段實現(xiàn)新型保護(hù)方案，提高保護(hù)的自適應(yīng)性。

1、對傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)

在傳統(tǒng)保護(hù)基礎(chǔ)之上，附加方向元件，判斷故障區(qū)域后再利用電流保護(hù)隔離故障，但該種原理會出現(xiàn)保護(hù)死區(qū)，保護(hù)不能正確動作。分別利用DG等效、故障附加狀態(tài)等方法改進(jìn)電流保護(hù)整定值。考慮了DG分流作用，采用雙整定原則，適用于運行方式變化較小的系統(tǒng)。在DG上游區(qū)域安裝保護(hù)模塊，利用故障方向和保護(hù)模塊之間的時間配合判定故障區(qū)域。利用電流幅值的變化判定故障區(qū)域，故障的上游與下游電流幅值差異大，兩者之間的區(qū)段即為故障區(qū)域，此方案可以快速隔離故障區(qū)域。

2、運用輸電線路中的保護(hù)原理

傳統(tǒng)距離保護(hù)一般用于中高壓線路上。配電網(wǎng)整定值小，過渡電阻對短路阻抗測量有較大影響，采用故障時序分量進(jìn)行改進(jìn)來躲過渡電阻。針對上下級線路之間的長短相差很大的問題，按照靈敏度要求調(diào)整設(shè)定的整定值，提高了距離保護(hù)的適應(yīng)性。

有通道的快速電流保護(hù)配合縱聯(lián)保護(hù)方案，改進(jìn)了三段式電流保護(hù)，利用通信通道實現(xiàn)閉鎖防止誤動，同時由過電流II段啟動快速電流保護(hù)而實現(xiàn)全線速動。通過控制閉鎖功能的投入與否，實現(xiàn)傳統(tǒng)電流三段式與快速電流保護(hù)模式的切換，對DG的接入有很好的適應(yīng)性，實際運用中，無需在雙端安裝互感器采集信息，故比縱聯(lián)保護(hù)更經(jīng)濟(jì)可行。由于傳統(tǒng)的功率方向元件采用90°接線方法，易受到故障點過渡電阻影響，正方向出口三相短路有死區(qū)，針對該問題，基于正序分量的過流保護(hù)原理，利用故障前后一周期故障電流相角差，實現(xiàn)故障定位。對于DG接入構(gòu)成的雙端供電系統(tǒng)，只有過流元件與方向元件同時啟動，才能可靠切除故障，避免了事故范圍擴(kuò)大。利用電壓電流故障前后幅值、相量的變化等作為方向元件的判據(jù)，判定故障方向，實現(xiàn)配電網(wǎng)的保護(hù)。基于對等式通信的保護(hù)，采用多點間的縱聯(lián)方向比較原理，利用關(guān)聯(lián)方向與過流方向相乘而得的判據(jù)作為過流方向檢測依據(jù)，目標(biāo)為找到故障末端開關(guān)，使其跳閘切除故障，該方案對DG高滲透率的配電網(wǎng)的適應(yīng)性高。

3、采用智能設(shè)備及通信手段的新型保護(hù)

在繼電保護(hù)中，故障定位是至關(guān)重要的一步，采用智能設(shè)備采集故障特征信息，利用遺傳算法、粒子群算法等不同算法進(jìn)行故障定位。遺傳算法存在早熟問題，易陷入局部最優(yōu)，可以改進(jìn)遺傳算法或者與其他保護(hù)原理相結(jié)合。對配電網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行區(qū)域劃分后采用免疫算法，可以避免局部收斂問題，并通過增加記憶單元避免了交叉變異過程中種群退化問題。基于廣域保護(hù)，將遺傳算法與區(qū)域保護(hù)相結(jié)合，避免信息采集過程中畸變等問題，正確定位故障區(qū)域。根據(jù)故障時的正序電流相位變化，建立了故障區(qū)域診斷樹算法，實現(xiàn)了保護(hù)的容錯性。

通過對故障相關(guān)區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)搜索信號進(jìn)行區(qū)域的自適應(yīng)劃分，根據(jù)不同故障信號在相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障隔離與區(qū)域保護(hù)，同時利用IEC61850解決數(shù)據(jù)異步問題，減少了數(shù)據(jù)通信時間。采用分布式區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)，以智能配電終端為支撐，該方案將一個大的區(qū)域劃分為許多小的區(qū)域，并在每個小區(qū)域內(nèi)安裝一個管理主機(jī)，形成分布式智能終端快速隔離故障的系統(tǒng)模式。智能配電終端實時檢監(jiān)測各出線電壓電流，故障時根據(jù)故障方向與過流信息判斷出的準(zhǔn)確結(jié)果，在相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障定位及隔離運算。具體保護(hù)方案采用縱聯(lián)方向比較保護(hù)。該方案具有一定的靈活性與自適應(yīng)能力。

基于多代理系統(tǒng)的集合式保護(hù)方案，將系統(tǒng)分為系統(tǒng)決策、區(qū)域保護(hù)與本地執(zhí)行三層，利用廣域故障信息快速判斷并隔離故障，。通信系統(tǒng)采用光纖通信，采用全網(wǎng)保護(hù)實時同步采樣對時方式。該種保護(hù)方案汲取了集中式與分布式的優(yōu)點，采取混合式控制方式，具有一定的靈活性。

廣域測控系統(tǒng)可為配電網(wǎng)監(jiān)測與保護(hù)控制應(yīng)用提供統(tǒng)一支撐平臺。其結(jié)構(gòu)與常規(guī)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)類似。廣域測控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：兼容就地控制和集中控制等傳統(tǒng)控制模式;支持基于對等通信的分布式控制，可以利用廣域信息、性能完善、動作速度快;支持設(shè)備與應(yīng)用軟件的即插即用。廣域保護(hù)的控制方式分為集中式和分布式兩種控制方式，集中控制是將所有數(shù)據(jù)采集后集中傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理，涉及環(huán)節(jié)多，響應(yīng)速度慢;分布式智能控制方式是分區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，響應(yīng)速度快，能滿足配電網(wǎng)保護(hù)對速動性的要求。基于高級饋線終端單元的保護(hù)控制方案，可以快速定位故障區(qū)域，隔離故障。

總結(jié)

目前，大部分含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案分為三種：對傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，采用輸電線路的保護(hù)原理，采用智能設(shè)備及通信手段實現(xiàn)新型保護(hù)方案。大部分保護(hù)方案是將DG看作為恒功率電源，未考慮DG的隨機(jī)性，具有一定的局限性。不同的DG滲透率對配電網(wǎng)保護(hù)的影響也不同，因此需要針對不同的滲透率制定不同的配電網(wǎng)保護(hù)方案。

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