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        微電網(wǎng)繼電保護(hù)問題探析

        2018-10-21 11:36:10馬曉豐牛靜杰
        科技風(fēng) 2018年32期
        關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電微電網(wǎng)保護(hù)

        馬曉豐 牛靜杰

        摘 要:本文提出了微電網(wǎng)的概念,簡要概括了微電網(wǎng)并網(wǎng)可以造成三段式電流保護(hù)誤動或者拒動、保護(hù)靈敏性改變和失去選擇性等不利影響。指出了微電網(wǎng)保護(hù)需要考慮的幾個問題,并對微電網(wǎng)保護(hù)研究的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡單總結(jié)和概述,展望了其發(fā)展趨勢。

        關(guān)鍵詞:分布式發(fā)電;微電網(wǎng);配電網(wǎng);保護(hù)

        微電網(wǎng)(Micro.grid,MG)是指將分布式發(fā)電系統(tǒng)(distributed generation,DG)、儲能系統(tǒng)、用電負(fù)荷、控制裝置與保護(hù)裝置結(jié)合在一起的一個小型的發(fā)配電系統(tǒng)。[1.2]隨著微電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,微電網(wǎng)融入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)產(chǎn)生了一系列的影響,本文以微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)和自動重合閘的影響為切入點(diǎn),對該問題進(jìn)行了探討。

        1 微電網(wǎng)并網(wǎng)對三段式電流保護(hù)的影響

        三段式電流保護(hù)由電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)構(gòu)成。大量研究表明,微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響與微電網(wǎng)中DG的接入位置和容量,以及DG的滲透率等因素有密切關(guān)系,這些因素會從不同層面影響電流保護(hù)選擇性、可靠性、速動性和靈敏性。[3.5]

        微電網(wǎng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護(hù)的影響主要包含以下幾個方面:

        (1)導(dǎo)致本線路保護(hù)誤動。當(dāng)微電網(wǎng)通過PCC向配電網(wǎng)回饋電能時,發(fā)生短路故障后,微電網(wǎng)可能通過線路向故障點(diǎn)輸送短路電流,導(dǎo)致本線路電流增大,本線路保護(hù)誤動的可能性加大,停電范圍擴(kuò)大的概率也隨之增加。(2)導(dǎo)致保護(hù)靈敏度,甚至導(dǎo)致保護(hù)拒動。微電網(wǎng)通過PCC與配電網(wǎng)并網(wǎng)后,微電網(wǎng)的接入導(dǎo)致線路產(chǎn)生助增電流或者分流電流,從而影響使線路的故障電流的大小,進(jìn)而導(dǎo)致線路靈敏度的相應(yīng)改變,甚至導(dǎo)致保護(hù)拒動。(3)導(dǎo)致相鄰線路保護(hù)誤動,保護(hù)失去選擇性,擴(kuò)大停電范圍。當(dāng)微電網(wǎng)通過PCC向配電網(wǎng)回饋電能時,由于微電網(wǎng)助增電流的存在,當(dāng)本線路發(fā)生接地故障時,相鄰線路流過的短路電流增大,保護(hù)可能誤動,從而使停電范圍擴(kuò)大,保護(hù)失去選擇性。

        2 微電網(wǎng)并網(wǎng)對自動重合閘的影響

        電力系統(tǒng)長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,在配電網(wǎng)線路故障中,有超過80%的故障是瞬時性的。自動重合閘(Autoreclosure,AR)可以有效避免因瞬時性故障引起的停電,提高電網(wǎng)的可靠性,因而得以廣泛應(yīng)用。對于單端輻射狀的傳統(tǒng)配電網(wǎng)而言,AR的優(yōu)勢更加明顯。微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后,使得配電網(wǎng)發(fā)生瞬時性故障時,故障點(diǎn)持續(xù)電弧現(xiàn)象可能出現(xiàn),造成自動重合閘失敗,同時,微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后,發(fā)生故障后,微電網(wǎng)形成的電力孤島與配電網(wǎng)一般很難保持同步,在這種情況下,AR會導(dǎo)致非同期合閘的出現(xiàn),產(chǎn)生較大的沖擊電流和沖擊電壓,危害系統(tǒng)安全運(yùn)行。

        3 微電網(wǎng)繼電保護(hù)需要考慮的幾個問題

        微電網(wǎng)有并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行兩種狀態(tài),微電網(wǎng)繼電保護(hù)配置應(yīng)該確保在微電網(wǎng)在并網(wǎng)狀態(tài)和孤島運(yùn)行狀態(tài)都能夠準(zhǔn)確動作,在此情景下,基于本地電氣量的傳統(tǒng)繼電保護(hù)方案就顯示出明顯的不足。由于DG出力具有一定的間歇性,運(yùn)行方式變化頻繁,不同類型DG故障特性迥異,同時含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化較大,這就要求保護(hù)的配置可以有效跟蹤適應(yīng)這些特性,并可靠動作。隨著微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,DG的高滲透率并網(wǎng)必將在不久的將來成為現(xiàn)實(shí),微電網(wǎng)繼電保護(hù)配置,應(yīng)確保DG在高滲透率并網(wǎng)時可靠動作。微電網(wǎng)內(nèi)部以及PCC處含有大量價格昂貴的電力電子設(shè)備,不同DG對故障電流注入的承受能力也不盡相同,對這些裝置的保護(hù)也應(yīng)該充分考量。另外,隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展和其相關(guān)技術(shù)的日趨成熟,電動汽車對電網(wǎng)來說既是負(fù)荷又是儲能,V2G(Vehicle to Grid)技術(shù)的發(fā)展成熟使之成為現(xiàn)實(shí),針對電動汽車的移動特性,含移動儲能系統(tǒng)的微電網(wǎng)保護(hù)配置方案研究應(yīng)該引起足夠重視。[6]

        4 展望

        目前含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)保護(hù)方案研究主要有兩種:一是對原有傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)進(jìn)行改進(jìn);二是將現(xiàn)有輸電線路中已經(jīng)應(yīng)用成熟的繼電保護(hù)方案應(yīng)用到含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)中。目前其保護(hù)配置方案的研究主要有電流差動保護(hù)、自適應(yīng)保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、邊方向變化量保護(hù)、多代理(Agent)保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、距離保護(hù)等。

        需要注意的是,上述各種保護(hù)的配置方案都有一定的局限性,其中電流差動保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、距離保護(hù)以及自適應(yīng)保護(hù)都可以有效提高由于微電網(wǎng)并網(wǎng)帶來的諸多問題,提高配電網(wǎng)保護(hù)動作可靠性,但需要對系統(tǒng)的硬件和軟件,進(jìn)行較大規(guī)模的改造,安裝維護(hù)工作較為復(fù)雜,保護(hù)的成本較高,在配電網(wǎng)中的應(yīng)用暫時還不夠經(jīng)濟(jì)。負(fù)序電流保護(hù)可以再配電網(wǎng)發(fā)生不對稱故障時可以準(zhǔn)確動作,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生對稱短路故障時效果欠佳。邊方向變化量保護(hù)具有較好的理論可行性,但對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依賴性較強(qiáng),需要對節(jié)點(diǎn)電壓等量需要實(shí)時采集,在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)突然改變的時候保護(hù)無法準(zhǔn)確動作。多Agent技術(shù)運(yùn)用在繼電保護(hù)領(lǐng)域可以有效配電網(wǎng)繼電保護(hù)的容錯能力,但對智能算法和通信技術(shù)依賴較大,同時研究還不夠充分,但發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

        隨著智能配電網(wǎng)的不斷推進(jìn),將來微電網(wǎng)保護(hù)的發(fā)展具有以下趨勢:(1)智能化,可以有效規(guī)避由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化帶來的不利影響。(2)信息多元共享化,可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)控制、調(diào)度以及保護(hù)通信系統(tǒng)的深度融合和信息共享。(3)良好的容錯能力,避免部分?jǐn)?shù)據(jù)或設(shè)備出錯引發(fā)的判斷失誤。(4)較好的可擴(kuò)展性和兼容性,方便微電網(wǎng)的改擴(kuò)建并較好地兼容其他各種測量、監(jiān)控、通信設(shè)配。(5)經(jīng)濟(jì)可行,可以適應(yīng)微電網(wǎng)大規(guī)模并網(wǎng)和DG高滲透率接入配電網(wǎng)。

        5 結(jié)語

        微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為DG的并網(wǎng)提供了技術(shù)支撐,微電網(wǎng)并網(wǎng)造成配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩嘧兒统绷髁飨虻牟淮_定,對原有配電網(wǎng)保護(hù)的配置帶來較大的影響,對保護(hù)的選擇性、靈敏性、可靠性和速動性造成影響。當(dāng)下微電網(wǎng)繼電保護(hù)研究呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn),但始終未形成有效的可以大規(guī)模應(yīng)用的配置方案,相關(guān)問題尚需進(jìn)一步研究。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Hatziargyriou N,Asand H,Iravani,et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine,2007,5(4):78.94.

        [2]Hatziargyriou N,Asand H,Iravani,et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine,2007,5(4):78.94.

        [3]周衛(wèi),張堯,夏成軍,等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與控制,2010,38(3):1.5.

        [4]郭凱.計(jì)及配電網(wǎng)影響的微電網(wǎng)線路保護(hù)研究[D].太原理工大學(xué),2012.

        [5]譚又寧.含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)研究[D].西南交通大學(xué),2012.

        [6]趙梟梟.含移動儲能單元的微電網(wǎng)保護(hù)方案研究[D].北京交通大學(xué),2011.

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