內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布電業(yè)局 劉海峰

淺述微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用

內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布電業(yè)局 劉海峰

隨著分布式能源技術(shù)的成熟和知識(shí)的普及，微電網(wǎng)項(xiàng)目近年來也以快速的速度發(fā)展。微電網(wǎng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行都離不開可靠的保護(hù)裝置的支持，比如智能保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性等。微電網(wǎng)安全還有許多問題值得研究人員進(jìn)一步研究。

微電網(wǎng)；繼電保護(hù)；研究應(yīng)用

1.微電網(wǎng)保護(hù)的新特點(diǎn)

在配電供電系統(tǒng)中接入分布式電源，能對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可以對(duì)短路電流進(jìn)行大小和方向上向下發(fā)生變化，這時(shí)不適合使用傳統(tǒng)的過流保護(hù)，因?yàn)樵撃Ｐ推茐牧藗鹘y(tǒng)的配電分布關(guān)系，因此保護(hù)性也會(huì)受到相對(duì)應(yīng)的影響。微電網(wǎng)的新特點(diǎn)使它面臨著許多的新問題。

1.1 微電網(wǎng)運(yùn)行方式產(chǎn)生的影響

在配電網(wǎng)產(chǎn)生故障的時(shí)候，微電網(wǎng)內(nèi)部的分布式電源不是直接從網(wǎng)絡(luò)中退出，而是將其轉(zhuǎn)為離網(wǎng)模式并且繼續(xù)運(yùn)行著，從而形成了負(fù)荷的電源不間斷的供電。并網(wǎng)型微電網(wǎng)有并網(wǎng)和離網(wǎng)這兩種不同的運(yùn)行模式。在并網(wǎng)的模式下，故障電流是通過分布式電源和大電網(wǎng)系統(tǒng)共同提供的，離網(wǎng)模式則是電流只通過微電網(wǎng)系統(tǒng)中的發(fā)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(tài)產(chǎn)生的影響

根據(jù)不同的接入方法，微電網(wǎng)的分布式電源可分為三種不同類型：同步發(fā)電機(jī)、逆變器和異步發(fā)電機(jī)，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(yīng)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(wǎng)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(fā)電機(jī)比較大的機(jī)組容量也小得多，短路電流的大小也會(huì)受到其暫態(tài)電勢(shì)的影響。由新能源如風(fēng)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(wěn)定的電力，因此經(jīng)常進(jìn)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(tài)的影響，特別是在孤網(wǎng)模式下，當(dāng)故障電流比較小的時(shí)候，可以首先的看到這種影響現(xiàn)象。

1.3 微電網(wǎng)與各級(jí)保護(hù)之間的相互配合

在離網(wǎng)工作的狀態(tài)下，逆變器電源將作為主要電源，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大型發(fā)電機(jī)組的，如果故障長(zhǎng)時(shí)間的存在，微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓將很快的失去穩(wěn)定性，可以通過采用分布式電源的低電壓保護(hù)模式，使微電網(wǎng)的電源斷開，導(dǎo)致停電事故的發(fā)生。因此，微電網(wǎng)的保護(hù)要與分布式電源自身保護(hù)的時(shí)間上要有延遲或者提前的區(qū)分。在微電網(wǎng)發(fā)生故障的第一時(shí)間，微電網(wǎng)的保護(hù)反應(yīng)必須在上游電網(wǎng)發(fā)出反應(yīng)之前提前反應(yīng)，以此來防止因月季式跳閘所帶來的嚴(yán)重?fù)p失。在微電網(wǎng)外部發(fā)生故障的時(shí)候，微電網(wǎng)內(nèi)部的所有原件保護(hù)都要與電源模式切換的時(shí)間分開。以此來防止對(duì)微電網(wǎng)分布式電源或者負(fù)荷的影響。

2.微電網(wǎng)繼電保護(hù)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(wǎng)的故障特征與大電網(wǎng)的故障特征大不想同。在大電網(wǎng)中所采取的繼電保護(hù)原理和方式很大程度上都不適合用于微電網(wǎng)的使用。因此，有必要在大電網(wǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)繼電保護(hù)的原理和方式進(jìn)行加以改進(jìn)，只有這樣才能更好的保障電廠的生產(chǎn)安全。在研究中表明，對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行繼電保護(hù)現(xiàn)有的方法有差動(dòng)電流保護(hù)法、無通道保護(hù)法和諧波畸變法等。下面就對(duì)這些保護(hù)方法進(jìn)行討論與分析。

2.1 差動(dòng)電流保護(hù)法

所謂的差動(dòng)電流保護(hù)法就是在基爾霍夫電流定理的理論基礎(chǔ)上建立起來的。差動(dòng)電流保護(hù)法的原理相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，而且能夠滿足一些基本的繼電保護(hù)的要求。在微電網(wǎng)運(yùn)行中，差動(dòng)電流保護(hù)法被廣泛的采用。在采用差動(dòng)電流保護(hù)法中只需要檢測(cè)工作過程中出現(xiàn)的不平衡電流，微電網(wǎng)所設(shè)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(dòng)電流保護(hù)法的靈敏性比較高。從另外一個(gè)方面來說，差動(dòng)電流保護(hù)法的選擇性能比較好。它可以將微電網(wǎng)分別劃分為好幾個(gè)保護(hù)區(qū)域，可以及時(shí)區(qū)別不同區(qū)域中出現(xiàn)的故障然后相互配合地進(jìn)行保護(hù)工作，這樣能夠有效的控制出現(xiàn)一些比較大的故障。差動(dòng)保護(hù)法還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是各個(gè)區(qū)域之間的保護(hù)配合比較簡(jiǎn)單，各個(gè)區(qū)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(jìn)行各個(gè)區(qū)域之間的配合保護(hù)。在最近幾年的發(fā)展過程中，差動(dòng)電流保護(hù)法的研究成果比較顯著，差動(dòng)電流保護(hù)法的的優(yōu)勢(shì)是不可否認(rèn)的，但差動(dòng)電流保護(hù)法還應(yīng)該在靈敏度的方面進(jìn)行稍加調(diào)整。

2.2 無通道保護(hù)

無通道保護(hù)法是在線路的兩側(cè)都增加安裝了保護(hù)部件，這樣可以準(zhǔn)確的知道故障是出現(xiàn)在哪一條線路上。當(dāng)發(fā)生線路不對(duì)稱故障的時(shí)候，斷路器將會(huì)把一段的線路斷開，在這個(gè)時(shí)候，由于電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，正常的電流也就會(huì)發(fā)生變化。這一個(gè)變化，將會(huì)被線路中另一側(cè)的線路保護(hù)裝置檢測(cè)到，線路保護(hù)裝置檢測(cè)到這個(gè)變化后，另一端的保護(hù)裝置將會(huì)把這個(gè)故障信號(hào)發(fā)送給斷路器并且將故障線路斷開，這時(shí)故障的線路將會(huì)被準(zhǔn)確的切除。具體的方法是通過測(cè)量系統(tǒng)中的零序和負(fù)序分量來判斷的，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)就會(huì)產(chǎn)生零序和負(fù)序分量，當(dāng)發(fā)生相間故障時(shí)就會(huì)產(chǎn)生負(fù)序分量，保護(hù)裝置通過測(cè)量系統(tǒng)中的負(fù)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(fā)生故障。如果發(fā)生故障，該比值也將會(huì)發(fā)生變化，并且將信號(hào)發(fā)送給另一端的保護(hù)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(yùn)行情況作為參考的方式來保護(hù)微電網(wǎng)的，具體是根據(jù)故障相電壓的畸變來判斷是否發(fā)生故障的。當(dāng)相電壓發(fā)生故障的時(shí)候，故障相電壓就會(huì)低于相電壓正常運(yùn)行時(shí)的電壓，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧波畸變。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，首先會(huì)先把靜態(tài)開關(guān)PCC斷開，隨后微電網(wǎng)將會(huì)進(jìn)入到孤島模式運(yùn)行，這樣的情況下輸出的諧波將會(huì)變大，諧波畸變的概率也會(huì)增大，而在正常運(yùn)行的時(shí)候，配電網(wǎng)就相當(dāng)于一個(gè)電壓源，設(shè)個(gè)時(shí)候的諧波畸變的概率幾乎為零。通過諧波畸變這個(gè)方法可以準(zhǔn)確的定位故障相和故障的位置。

3.結(jié)語

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)能正常安全的運(yùn)行都離不開繼電保護(hù)裝置，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，繼電保護(hù)裝置可以快速地進(jìn)行故障隔離，盡可能的減少故障所帶來的損失。繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行對(duì)于微電網(wǎng)正常安全運(yùn)行來說也是必不可少的，繼電保護(hù)裝置不僅能夠適應(yīng)智能電網(wǎng)，而且還能夠滿足微電網(wǎng)所需要的快速、可靠和選擇等特性。

[1]郭建勇,李瑞生,李獻(xiàn)偉等.微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2014.

劉海峰（1979—），男，現(xiàn)供職于內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司烏蘭察布電業(yè)局。