楊廣麗

摘 要：隨著社會發(fā)展對能源需求量的日益增加，以及社會環(huán)保意識的逐漸增強，分布式發(fā)電技術得到了日益廣泛的應用。通過微網的形式將分布式電源接入大電網配網運行，能有效發(fā)揮分布式發(fā)電系統(tǒng)的最大效益。分布式發(fā)電保護與微網保護對于分布式發(fā)電系統(tǒng)的正常運行具有至關重要的意義。本文淺析了分布式發(fā)電保護和微網保護的策略，以期為我國的繼電保護提供借鑒。

關鍵詞：分布式發(fā)電保護；微網保護；配電網

前言：隨著電力負荷需求的日漸增長，新能源發(fā)電的研究取得了巨大的進展。分布式發(fā)電具有位置靈活分散的特點，能實現(xiàn)對分散電力需求和資源分布的良好適應，能實現(xiàn)對配電網升級投資的有效延緩。但是分布式發(fā)電具有較高的單機接入成本和較強的運行不確定性，因此大電網對分布式發(fā)電采取了隔離限制的措施。為充分發(fā)揮分布式發(fā)電的效益，采用微網對分布式發(fā)電進行有效的集成應用。

一、分布式發(fā)電保護

1、分布式發(fā)電保護的研究對象與方法

分布式發(fā)電接入配電網，對傳統(tǒng)的配電網帶來了巨大的影響。為分析這種影響，有必要對傳統(tǒng)配電網的保護方式進行研究。常見的實現(xiàn)中低壓配電網的自動化保護的方式有三種，分別是：（1）不具備自動化的配電網，多采用段式電流保護，以熔斷器、斷路器作為主要的保護設備。（2）通過重合器模式實現(xiàn)自動化的配電網，通過各種自動開關設備，諸如重合器、分段器等的相互配合，隔離定位故障。（3）通過饋線終端單元實現(xiàn)自動化的配電網，通過通信基礎、斷路器、FTU與主站系統(tǒng)，實現(xiàn)故障定位隔離[1]。對于以上三種對象，保護設備的相互配合遵循選擇性原則。2個保護設備可以形成3段線路，如圖1所示：

2、分布式發(fā)電保護策略

當前，對分布式發(fā)電保護主要有以下研究方向：在接入分布式發(fā)電的情況下，盡量減少對傳統(tǒng)配電保護的影響；對于分布式發(fā)電保護的接入，尋找較完善的保護方法，忽略對傳統(tǒng)配電網的影響。在以上研究方向下，對分布式發(fā)電保護主要有以下四種方法：（1）當配電網發(fā)生故障時，立即退出分布式發(fā)電，確保傳統(tǒng)配電網的保護不受影響。（2）對分布式發(fā)電的容量和接入位置進行限制，不調整傳統(tǒng)配電網。（3）通過對故障限流器等故障電流限制手段的引入，降低故障時分布式發(fā)電的影響，不調整傳統(tǒng)配電網。（4）網絡化數(shù)字保護依賴于通信，因此需要調整配電網。

故障發(fā)生時，分布式發(fā)電迅速離網技術具有較高的可靠性?，F(xiàn)行的一些標準，諸如IEEE 1547規(guī)定，并網分布式發(fā)電，在故障發(fā)生時及自動重合閘前要離網。但是在電網實際運行中，分布式發(fā)電在故障發(fā)生時推出不及時，甚至在某些情況下，切除故障之后，分布式發(fā)電仍然可以并網供電。因此，要對分布式發(fā)電并網運行的情況下保護設備的配合行為進行考慮。在這種情況下，要對分布式發(fā)電的容量和接入位置進行限制，較為有效的方法是對故障電流限制手段的引入。在這種方式下，要根據(jù)實際情況的具體要求，整定原有保護設備，最終實現(xiàn)對被隔離故障區(qū)域的縮小[2]。

網絡化數(shù)字保護對傳統(tǒng)配電網的保護改造很大，且對通信設備較為依賴，需要較大的成本投入。當分布式發(fā)電較多時，要對之進行合理的規(guī)劃，構成更為可取的微網。

二、交流微網保護

交流微網是一種微型電網，主要由多個負荷和微型電源組成。微網與配電網的連接是通過唯一的接口，微網一方面可以獨立運行，另一方面，也可以實現(xiàn)并網運行。對交流微網的保護主要有兩種：一種是不依賴通信的保護，一種是依賴通信的保護。

1、不依賴通信的保護

微網不依賴通信的保護，主要是基于零序負序分量和差動電流分量。不依賴通信的保護提供了保護微網的一種思路，但是這種保護針對的是較為簡單的微網結構，具有較強的針對性，對微網的保護不具通用性。對于復雜的微網結構，采用這種保護方式，可能造成較為矛盾的結果。這主要是由于微網具有雙向潮流的特點，傳統(tǒng)保護中的選擇性原則很難滿足此要求。將開關站設置在微網中，科學合理地設計開關站的結構，可以實現(xiàn)微網保護對通信依賴的減少。對微網設計開關站時，可以對高壓變電站的接線結構進行借鑒。常見的變電站接線方式有以下幾種：雙母線、單母線、3/2斷路器等。其中可靠性最高的接線方式是3/2斷路器[3]。以該方式為例，對微網開關站進行構建，如下圖所示：

2、依賴通信的保護

微網具有雙向潮流的特性，通過對多點信息的利用，能加強對故障點的判斷。網絡化數(shù)字微網保護的基礎是通信，通過對微網級的通信網絡進行構建，對微網多處的電流電壓信息進行利用以實現(xiàn)對故障的綜合分析和判斷，有利于實現(xiàn)保護微網的目標。網絡化數(shù)字微網保護要注意以下方面：要確保保護算法的快速有效；要確保通信網的快速可靠；要實現(xiàn)多點電流電壓信息的同步。

3、微網獨立與并網運行時的保護

微網在獨立運行和并網運行兩種不同方式下，具有不同的電流，且電流差異較大。分布式發(fā)電通過逆變器進行交流電的輸出，會受到電力電子器件過流能力的限制，在故障發(fā)生時，無法實現(xiàn)對足夠大的短路電流的提供。因此，在微網獨立運行情況下，采用微網并網運行時的保護策略，是不可行的。反之也是這樣。對微網獨立運行和并網運行兩種情況的保護策略，主要有以下兩種：一種是對保護策略進行統(tǒng)一設計，使該保護策略同時適應微網運行的兩種情況；一種是通過限制條件的設置，使保護策略只針對一種運行情況有效[4]。

三、直流微網保護

1、直流微網存在的可行性

直流輸電相對于交流輸電，具有諸多優(yōu)勢：系統(tǒng)穩(wěn)定、能實現(xiàn)對短路電流的有效限制、對交流系統(tǒng)可以實現(xiàn)異步相聯(lián)、具有較低的造價、不存在無功損耗、不存在集膚效應等。在區(qū)域適合的情況下，對小規(guī)模低壓直流微網的構建，能提高效率和經濟性，但要注意保持區(qū)域的規(guī)模，避免由于區(qū)域規(guī)模過大而導致直流微網存在可行性的喪失。

2、直流微網保護的分析

低壓直流微網的結構如下圖所示：

由于低壓直流微網規(guī)模較小，因此其保護較為簡化。其主要的保護設備有：直流負載供電線路的保護、電源線路的保護等。當發(fā)生接地故障時，不同的接地系統(tǒng)會對故障進行鑒別。

結語

分布式發(fā)電保護和微網保護是繼電保護的重要組成部分，對于繼電保護的發(fā)展具有至關重要的意義。本文希望通過對分布式發(fā)電保護和微網保護的思考與分析，為繼電保護的發(fā)展提供借鑒。

參考文獻

[1]趙上林， 吳在軍， 胡敏強，等. 關于分布式發(fā)電保護與微網保護的思考[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2010， 34（1）：73-77.

[2]趙上林. 分布式發(fā)電保護和微網保護的研究[D]. 東南大學， 2012.

[3]劉云， 許健， 王家華，等. 分布式發(fā)電微網保護解決方案[J]. 電腦知識與技術， 2012， 08（4）：935-938.

[4]黃偉， 雷金勇， 夏翔，等. 分布式電源對配電網相間短路保護的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2008， 32（1）：93-97.