摘#8195;要 本文通過(guò)對(duì)微電網(wǎng)的介紹，從幾個(gè)方面對(duì)其電路保護(hù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 繼電保護(hù)；微電網(wǎng)

中圖分類號(hào) TM 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)031-0106-01

電力調(diào)配方面，我國(guó)負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，截至2010年3月的發(fā)電裝機(jī)已達(dá)到8.7億千瓦，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到16億千瓦。然而人均裝機(jī)仍處于世界平均水平，總體來(lái)看，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，電力裝機(jī)和電力消費(fèi)仍處在一個(gè)快速發(fā)展的階段。與負(fù)荷的快速增長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的則是電網(wǎng)建設(shè)，特別是城市配電網(wǎng)建設(shè)的滯后。

1 微電網(wǎng)

盡管分布式能源優(yōu)點(diǎn)突出，但本身存在諸多問(wèn)題，例如，DG使線路調(diào)壓復(fù)雜化，使繼電保護(hù)選型和配置困難等。但是應(yīng)該注意：分布式電源單機(jī)接入成本高、控制困難等。分布式電源相對(duì)大電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可控源，因此電力系統(tǒng)往往采取限制、隔離的方式來(lái)處置分布式電源，以期減小其對(duì)大電網(wǎng)的沖擊。為協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來(lái)的價(jià)值和效益，在本世紀(jì)初，學(xué)者們提出了微電網(wǎng)的概念。

在配電網(wǎng)發(fā)生故障或者電能質(zhì)量問(wèn)題情況下，可以通過(guò)主斷路器切斷微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的聯(lián)系。通過(guò)微電網(wǎng)的定義和結(jié)構(gòu)可知，微電網(wǎng)技術(shù)是新型分布式發(fā)電、電力電子技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。具有以下幾個(gè)特征：1）微電網(wǎng)不但提供DG并網(wǎng)的運(yùn)行方式，而且還繼承了單獨(dú)DG所具有的所有優(yōu)點(diǎn)。2）由于微電網(wǎng)是一個(gè)獨(dú)立的整體模塊，因此不會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，從而不需要對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行策略進(jìn)行修改。3）微電網(wǎng)中DG擁有“即插即用”的特點(diǎn)，DG能靈活的接入或者脫離微電網(wǎng)。4）微電網(wǎng)中連接了多個(gè)DG和儲(chǔ)能系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)容量，將使系統(tǒng)慣性增大，減弱電壓波動(dòng)和電壓閃變現(xiàn)象，提高了電能質(zhì)量。5）微電網(wǎng)在主電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)入孤立運(yùn)行模式，提高了供電可靠性。DG以微電網(wǎng)的形式并網(wǎng)運(yùn)行，是發(fā)揮DG供能的最有效方式。

目前，微電網(wǎng)的控制和保護(hù)技術(shù)是分布式電源廣泛應(yīng)用的技術(shù)難題之一。在微電網(wǎng)概念提出之前，系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源將主動(dòng)脫離電網(wǎng)。一般情況下不允許孤島運(yùn)行。當(dāng)分布式電源、負(fù)載和儲(chǔ)能裝置以微電網(wǎng)的方式接入主電網(wǎng)，主電網(wǎng)故障時(shí)，微電網(wǎng)由并網(wǎng)方式平滑切換到孤島運(yùn)行模式，提高了供電的可靠性和分布式電源的利用效率。但是微電網(wǎng)的接入會(huì)給配電網(wǎng)的保護(hù)帶來(lái)很大的影響，改變了故障時(shí)的電氣量信息。原有的保護(hù)方案和檢測(cè)原理將不再滿足要求。

2 微電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

微電網(wǎng)系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式分別是與主電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式。在并網(wǎng)時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷根據(jù)用戶的情況從微電網(wǎng)內(nèi)部以及外部吸收能量。當(dāng)配電網(wǎng)中有故障，停電檢修或者電能質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，微電網(wǎng)需要從并網(wǎng)平滑過(guò)渡到獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。微電網(wǎng)進(jìn)入孤島運(yùn)行模式。由于微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)主電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響可以等效成一個(gè)分布式電源對(duì)它的影響。所以本章分析微電網(wǎng)并入對(duì)主電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析用分布式電源來(lái)代替。

直流電源并網(wǎng)是太陽(yáng)能電池、燃料電池、蓄電池和儲(chǔ)能電容器等都是直流電源，由于它們的電壓等級(jí)低，所以首先采用DC-DC中的Boost電路將其升高至合適的電壓等級(jí)，然后再逆變成穩(wěn)定的交流電。交流電源的并網(wǎng)是由于風(fēng)力發(fā)電在風(fēng)速低時(shí)發(fā)電機(jī)所發(fā)電能的電壓過(guò)低且頻率變化而不能并網(wǎng)，因此不可能采用將發(fā)電機(jī)與公共電網(wǎng)直接相連的方法進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，需要在風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)連接點(diǎn)處設(shè)計(jì)一個(gè)電力電子轉(zhuǎn)換裝置。將風(fēng)機(jī)的電壓，頻率等調(diào)整到符合并網(wǎng)的范圍之內(nèi)，再與電網(wǎng)相連。

分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)只要是影響體現(xiàn)在很多方面。配電網(wǎng)的特點(diǎn)是呈輻射性，并由單側(cè)電源供電，配電網(wǎng)的繼電保護(hù)是由此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。從主電網(wǎng)的角度看，微電網(wǎng)如同電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)或負(fù)荷，是一個(gè)模塊化的整體單元。當(dāng)微電網(wǎng)作為負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如同一般的用電設(shè)備。當(dāng)它作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，可把它看作為一個(gè)分布式電源，當(dāng)它接入主電網(wǎng)后會(huì)使得配電網(wǎng)潮流雙向流通，主電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變。當(dāng)主電網(wǎng)中發(fā)生短路故障時(shí)，除了系統(tǒng)會(huì)提供故障電流外，微電網(wǎng)中的電源也將對(duì)故障點(diǎn)提供故障電流，這樣便改變了電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的短路水平。微電網(wǎng)中電源的容量等因素都將對(duì)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。

3 微電網(wǎng)保護(hù)裝置

為了獲得微電網(wǎng)中的電氣量數(shù)據(jù)，將微電網(wǎng)中的電流電壓互感器輸出信號(hào)引入到保護(hù)裝置中，再通過(guò)裝置中的傳感器轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路就是把電壓、電流互感器采集的交流電壓、電流信號(hào)變換處理，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。信號(hào)調(diào)理電路由抗混疊模擬濾波器和幅值調(diào)節(jié)電路組成。抗混疊模擬濾波器的作用就是濾掉高頻信號(hào)成分，使輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)頻域?yàn)橛邢迬捫盘?hào)，并且以很小的衰減使有效的頻率信號(hào)通過(guò)而抑制這個(gè)頻帶以外的頻率信號(hào)，從而防止信號(hào)的頻譜發(fā)生混疊及高頻干擾。

對(duì)于單端模擬輸入信號(hào)連接，PCI-1713提供32路單端模擬量輸入通道，當(dāng)測(cè)量一個(gè)單端信號(hào)時(shí)，只需一根導(dǎo)線將信號(hào)連接到輸入端口，被測(cè)的輸入電壓以公共地為參考。沒(méi)有地端的信號(hào)源稱為“浮動(dòng)”信號(hào)源，在這種模式下，PCI-1713為外部浮動(dòng)信號(hào)源提供一個(gè)參考地。測(cè)量單端模擬信號(hào)輸入，標(biāo)準(zhǔn)連接方法。而對(duì)于差分式模擬信號(hào)輸入連接來(lái)說(shuō)，PCI-1713有32個(gè)模擬輸入通道，可以設(shè)置成16對(duì)差分式輸入通道。差分輸入需要兩根線分別接到兩個(gè)輸入通道上，測(cè)量的是兩個(gè)輸入端的電壓差。如果信號(hào)源連有參考地，則為了避免PCI-1713的地端和信號(hào)源的地端之間的共模干擾電壓，可以將信號(hào)地連到低電壓輸入端，這樣就可以消除其共模干擾電壓。

在微電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，工控機(jī)需要將跳閘信號(hào)輸出到相應(yīng)的斷路器跳閘裝置，實(shí)現(xiàn)故障切除功能，并且要讀取斷路器的開關(guān)狀態(tài)，為滿足這一需要本文選用了研華公司的數(shù)字量輸入輸出卡PCI-1762，利用數(shù)字量的輸出發(fā)送跳閘信號(hào)，利用其數(shù)字量的輸入巡查各斷路器開關(guān)的狀態(tài)，以便驗(yàn)證跳閘的成功與否。研華PCI-1762卡是一款PCI總線的隔離數(shù)字量繼電器輸出輸入卡，板卡上有16個(gè)LED繼電器狀態(tài)指示燈，用來(lái)顯示輸出的狀態(tài)，輸出高電平指示燈點(diǎn)亮，反之則熄滅。16路數(shù)字量輸入通道設(shè)有2500VDC的隔離保護(hù)，數(shù)字量輸入范圍較寬，在10 V-50 V之間，同時(shí)還具有輸出狀態(tài)回讀的功能。在有噪聲的工業(yè)環(huán)境下，研華PCI-1762是一個(gè)理想選擇。

為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置與上位機(jī)之間的信息交流，本文的選用研華公司生產(chǎn)的PCI-1601通信板卡實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)之間的串口通信。研華PCI-1601是一款與PCI總線規(guī)格兼容的2端口RS-422/485PCI通信卡。PCI-1601提供2個(gè)可選的隔離/浪涌保護(hù)RS-422/485端口，可滿足用戶的需求。該通信卡提供了幾種功能，如921.6kbps的高傳輸速率，可選的過(guò)壓級(jí)隔離保護(hù)，windows工具軟件等。

隨著科技的進(jìn)步，本世紀(jì)將會(huì)有越來(lái)越多的各種類型的分布式電源接入配電網(wǎng)中，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)互為補(bǔ)充的運(yùn)行方式會(huì)成為今后分布式電源供電的的主要方式。微電網(wǎng)繼電保護(hù)不受配網(wǎng)運(yùn)行方式、短路故障類型和短路點(diǎn)的影響，能夠快速正確地判斷出故障位置，進(jìn)而向相應(yīng)的斷路器發(fā)出跳閘命令，切除故障線路。

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