張士杰

摘 要：微電網(wǎng)是將分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、控制系統(tǒng)，整合在一起，形成一種新型的供電系統(tǒng)。它的出現(xiàn)一方面解決了分布式電源就近接入配電網(wǎng)給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊性；另一方面也增加了系統(tǒng)電源的供電形式，增強(qiáng)了系統(tǒng)緊急情況下的供電可靠性。但是，伴隨著微電網(wǎng)的接入，給大電網(wǎng)在運(yùn)行、系統(tǒng)的繼電保護(hù)等方面也造成很大的麻煩，如何消除這些不利因素，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)有效的控制，有必要展開(kāi)相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；故障；繼電保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0167-02

引言

隨著電力需求的不斷增加，化石能源的消耗量越來(lái)越大，但是化石能源的儲(chǔ)量有限，而且不易形成，給現(xiàn)實(shí)需求提出了嚴(yán)重考驗(yàn)采用分布式發(fā)電技術(shù)，有助于防范大面積停電事故，提高電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力，對(duì)于電網(wǎng)和國(guó)家安全都有著重要的實(shí)際意義。分布式發(fā)電系統(tǒng)采用的是鄰近的能源，可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)分片的靈活供電，不需要建設(shè)遠(yuǎn)距離輸電設(shè)施，節(jié)省輸配電建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)可減少線路損耗，能提高能源利用率。

1 分布式電源的并網(wǎng)方式

各類(lèi)分布式發(fā)電電源所采用的能源不同，各類(lèi)能源自身

的特點(diǎn)不一決定了其電源的輸出形式不同，實(shí)際使用中一般

將分布式電源按其并網(wǎng)模式分為三類(lèi)。

1.1 直接并網(wǎng)

部分分布式電源發(fā)出工頻交流電，符合大電網(wǎng)中的電能質(zhì)量要求，對(duì)于這類(lèi)發(fā)電裝置通常使用直接并網(wǎng)方式并入電網(wǎng)使用。這類(lèi)并網(wǎng)方式主要出現(xiàn)在籠型感應(yīng)電機(jī)為主的風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者傳統(tǒng)的小功率的同步發(fā)電機(jī)。

1.2 逆變器并網(wǎng)

其余的大部分分布式電源由于其能源來(lái)源波動(dòng)性大等特點(diǎn)，發(fā)出的電能并不是工頻交流電，需要先轉(zhuǎn)化為工頻交流電在并入電網(wǎng)。這些分布式電源通常采用電力電子裝置完成轉(zhuǎn)換過(guò)程，我們稱(chēng)之為逆變型分布式電源。具體的逆變過(guò)程有兩種。

其一，直流型電源。有燃料電池、光伏電池、太陽(yáng)能電池及儲(chǔ)能電容等，這些直流電源的共同點(diǎn)是將化學(xué)能、太陽(yáng)能等能源轉(zhuǎn)化為直流電，然后經(jīng)過(guò)逆變器裝置并入電網(wǎng)。

其二，交流-直流-交流型電源。這類(lèi)電源主要有微型燃?xì)廨啓C(jī)、變頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，發(fā)出的交流電能不是頻率為50Hz的電能或者不能發(fā)出穩(wěn)定頻率的電能。要使發(fā)出的電能能夠并入電網(wǎng)，需要先將發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流裝置變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)逆變器裝置轉(zhuǎn)化為工頻交流電之后并入電網(wǎng)，以控制電源的輸出頻率保證電能質(zhì)量提高供電可靠性。

2 微電網(wǎng)故障特性分析

微電源（或DG）一般通過(guò)電力電子設(shè)備接入大系統(tǒng)，為臨近負(fù)荷提供電能。正常狀況下時(shí)由PCC開(kāi)關(guān)將微電網(wǎng)與系統(tǒng)相連工作在并網(wǎng)模式下；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，通過(guò)PCC開(kāi)關(guān)迅速隔離微電網(wǎng)與大電網(wǎng)。當(dāng)故障切除后，微電網(wǎng)通過(guò)相關(guān)程序控制，然后平滑恢復(fù)到與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)分布式 接入配電網(wǎng)后，原有的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)會(huì)轉(zhuǎn)變成一種多電源的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。微電源經(jīng)逆變器等電力電子裝置并入配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的配網(wǎng)中的各個(gè)保護(hù)設(shè)備之間依靠故障電流大小而僅有起來(lái)的動(dòng)作時(shí)間配合關(guān)系也被破壞，繼電保護(hù)的動(dòng)作特性能也會(huì)受到很大的影響。

3 分布式電源接入位置不同對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

3.1分布式電源并入配電網(wǎng)的始端母線上

此時(shí)只是相當(dāng)于增加了配電網(wǎng)中供電電源的容量，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的各條線路來(lái)說(shuō)，并入分布式電源并沒(méi)有改變網(wǎng)絡(luò)中單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。當(dāng)此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)加強(qiáng)保護(hù)元件流過(guò)的故障電流值，卻不會(huì)影響各保護(hù)間的配合關(guān)系，所以說(shuō)只要對(duì)各保護(hù)處的整定值重新進(jìn)行校正即可，相對(duì)其他的各處保護(hù)的影響較小，可以不必要計(jì)較太多。整定數(shù)值重算，再輸入相關(guān)參數(shù)里面即完成了校核工作。

3.2 分布式電源并入配電網(wǎng)的中間母線上

如上圖所示，分布式電源并入網(wǎng)絡(luò)中的中間母線3上，下面對(duì)網(wǎng)絡(luò)線路上k1、k2、k3及相鄰線路上k4、k5處故障時(shí)系統(tǒng)中的故障電流值的變化情況進(jìn)行分析并總結(jié)其規(guī)律行。

（1）k1處發(fā)生故障。如上圖所示，當(dāng)故障點(diǎn)處于k1時(shí)，在PCC斷開(kāi)前系統(tǒng)短路電流有電源和分布式電源同時(shí)向故障點(diǎn)供應(yīng)，但保護(hù)裝置B2中則只會(huì)流過(guò)由系統(tǒng)電源提供的短路電流，測(cè)得的短路電流比實(shí)際的短路點(diǎn)處的短路電流要小，保護(hù)的靈敏度降低。此外當(dāng)B2處的保護(hù)裝置動(dòng)作后由于分布式電源仍會(huì)向故障點(diǎn)提供短路電流，可能會(huì)使B2處的瞬時(shí)性故障變?yōu)橛谰眯怨收稀?/p>

（2）k2處發(fā)生故障。當(dāng)并入分布式電源的母線上游線路上出現(xiàn)故障，此處會(huì)出現(xiàn)上述k1處故障時(shí)相同的故障特點(diǎn)。同時(shí)該處故障還有一個(gè)k1處故障時(shí)不具有的特性：當(dāng)k2處故障是靈敏度過(guò)低，導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間的延時(shí)，此時(shí)后備保護(hù)B2會(huì)越級(jí)動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍。

（3）k3處發(fā)生故障。如圖當(dāng)k3處發(fā)生故障時(shí)，由于短路電流由系統(tǒng)電源和分布式電源一起向故障點(diǎn)供應(yīng)，間接導(dǎo)致過(guò)電流水平增加，保護(hù)的靈敏度增大。但是當(dāng)兩電源通過(guò)的短路電流過(guò)大是可能導(dǎo)致上一級(jí)線路L3上的保護(hù)B4也動(dòng)作，會(huì)擴(kuò)大事故范圍。

（4）k5處發(fā)生故障。k5處發(fā)生故障時(shí)，在PCC斷開(kāi)前系統(tǒng)有電源和分布式電源同時(shí)向故障點(diǎn)供應(yīng)短路電流，當(dāng)故障電流過(guò)大時(shí)，保護(hù)的動(dòng)作狀況類(lèi)似于k3處故障時(shí)的越級(jí)動(dòng)作狀況。

總結(jié)上面各類(lèi)情況，一方面，可以看出并入分布式電源后會(huì)造成連有分布式電源的母線上游線路故障時(shí)靈敏度的降低，保護(hù)的延時(shí)，從而相關(guān)后備保護(hù)越級(jí)跳閘，擴(kuò)大故障范圍。又一方面，由于分布式電源提供的短路電流，可能會(huì)使的連有分布式電源的母線與系統(tǒng)電源之間的線路上各保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作，或者使相鄰饋線上的保護(hù)靈敏度過(guò)大，進(jìn)一步導(dǎo)致了保護(hù)范圍故障范圍擴(kuò)大，這些都是因?yàn)榉捶较蚬收想娏鞯淖饔眯Ч?/p>

4 中性點(diǎn)不接地單相接地故障特征分析

我國(guó)的10kV配電系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地。在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于其中性點(diǎn)是沒(méi)有有效接地的，因此是沒(méi)有短路回路的，自然也就不存在短路電流。由于其不影響供電，故允許帶單相接地故障運(yùn)行1～2h。但是這種情況下，系統(tǒng)健全相的對(duì)地電壓變?yōu)榱讼到y(tǒng)沒(méi)有故障時(shí)相電壓的倍，所以會(huì)對(duì)線路和運(yùn)行設(shè)備的絕緣造成很大的損害，為避免線路絕緣被擊穿造成更嚴(yán)重的故障，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要在發(fā)生故障后盡可能快地查出故障點(diǎn)并將故障線路或設(shè)備從系統(tǒng)切除。

5 結(jié)束語(yǔ)

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)相結(jié)合的供電方式將是今后配電網(wǎng)發(fā)展的重要方向，未來(lái)的配電網(wǎng)將會(huì)是大量的微電網(wǎng)并入。完善保護(hù)和控制系統(tǒng)是今后微電網(wǎng)技術(shù)能夠 繼續(xù)有效的發(fā)展并廣泛的加以應(yīng)用的重要保障，針對(duì)于微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行時(shí)的對(duì)傳統(tǒng)電流三段式保護(hù)的影響有著非常重要意義。

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