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        含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)研究方案綜述

        2020-12-28 09:40:27徐密
        裝備維修技術(shù) 2020年17期

        徐密

        摘要:分布式電源(DG)大量接入配電網(wǎng),使配電網(wǎng)成為功率雙向流動(dòng)的有源網(wǎng)路,傳統(tǒng)電流保護(hù)不能滿足保護(hù)的需求,引起保護(hù)誤動(dòng)或者拒動(dòng)。本文分析總結(jié)了現(xiàn)有含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案,主要分為三種:對(duì)傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn),采用輸電線路的保護(hù)原理,采用智能設(shè)備及通信手段實(shí)現(xiàn)新型保護(hù)方案。

        關(guān)鍵詞:分布式電源;配電網(wǎng)保護(hù);三段式電流保護(hù);輸電線路保護(hù)原理;新型保護(hù)

        0.引言

        我國(guó)中、低壓配電網(wǎng)目前多為單電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò),主要故障為單相接地、兩相接地和三相短路三種,且80%以上為瞬時(shí)故障。我國(guó)中、低壓配電網(wǎng)一般配置三段式電流保護(hù),有些配備反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)作為配合,采用三相一次重合閘,并與熔斷器、分段器等自動(dòng)化裝置相互配合。另外距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、自適應(yīng)保護(hù)及各種新型保護(hù)都是含DG的配電網(wǎng)保護(hù)研究熱點(diǎn)。目前,改善的主要途徑共有三種:第一,對(duì)傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn),如對(duì)保護(hù)的整定原則、結(jié)構(gòu)以及配合進(jìn)行改進(jìn),加裝方向元件等;第二,采用輸電線路的保護(hù)原理;第三,采用智能設(shè)備及通信手段實(shí)現(xiàn)新型保護(hù)方案,提高保護(hù)的自適應(yīng)性。

        1、對(duì)傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)

        在傳統(tǒng)保護(hù)基礎(chǔ)之上,附加方向元件,判斷故障區(qū)域后再利用電流保護(hù)隔離故障,但該種原理會(huì)出現(xiàn)保護(hù)死區(qū),保護(hù)不能正確動(dòng)作。分別利用DG等效、故障附加狀態(tài)等方法改進(jìn)電流保護(hù)整定值??紤]了DG分流作用,采用雙整定原則,適用于運(yùn)行方式變化較小的系統(tǒng)。在DG上游區(qū)域安裝保護(hù)模塊,利用故障方向和保護(hù)模塊之間的時(shí)間配合判定故障區(qū)域。利用電流幅值的變化判定故障區(qū)域,故障的上游與下游電流幅值差異大,兩者之間的區(qū)段即為故障區(qū)域,此方案可以快速隔離故障區(qū)域。

        2、運(yùn)用輸電線路中的保護(hù)原理

        傳統(tǒng)距離保護(hù)一般用于中高壓線路上。配電網(wǎng)整定值小,過(guò)渡電阻對(duì)短路阻抗測(cè)量有較大影響,采用故障時(shí)序分量進(jìn)行改進(jìn)來(lái)躲過(guò)渡電阻。針對(duì)上下級(jí)線路之間的長(zhǎng)短相差很大的問(wèn)題,按照靈敏度要求調(diào)整設(shè)定的整定值,提高了距離保護(hù)的適應(yīng)性。

        有通道的快速電流保護(hù)配合縱聯(lián)保護(hù)方案,改進(jìn)了三段式電流保護(hù),利用通信通道實(shí)現(xiàn)閉鎖防止誤動(dòng),同時(shí)由過(guò)電流II段啟動(dòng)快速電流保護(hù)而實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)。通過(guò)控制閉鎖功能的投入與否,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電流三段式與快速電流保護(hù)模式的切換,對(duì)DG的接入有很好的適應(yīng)性,實(shí)際運(yùn)用中,無(wú)需在雙端安裝互感器采集信息,故比縱聯(lián)保護(hù)更經(jīng)濟(jì)可行。由于傳統(tǒng)的功率方向元件采用90°接線方法,易受到故障點(diǎn)過(guò)渡電阻影響,正方向出口三相短路有死區(qū),針對(duì)該問(wèn)題,基于正序分量的過(guò)流保護(hù)原理,利用故障前后一周期故障電流相角差,實(shí)現(xiàn)故障定位。對(duì)于DG接入構(gòu)成的雙端供電系統(tǒng),只有過(guò)流元件與方向元件同時(shí)啟動(dòng),才能可靠切除故障,避免了事故范圍擴(kuò)大。利用電壓電流故障前后幅值、相量的變化等作為方向元件的判據(jù),判定故障方向,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的保護(hù)?;趯?duì)等式通信的保護(hù),采用多點(diǎn)間的縱聯(lián)方向比較原理,利用關(guān)聯(lián)方向與過(guò)流方向相乘而得的判據(jù)作為過(guò)流方向檢測(cè)依據(jù),目標(biāo)為找到故障末端開(kāi)關(guān),使其跳閘切除故障,該方案對(duì)DG高滲透率的配電網(wǎng)的適應(yīng)性高。

        3、采用智能設(shè)備及通信手段的新型保護(hù)

        在繼電保護(hù)中,故障定位是至關(guān)重要的一步,采用智能設(shè)備采集故障特征信息,利用遺傳算法、粒子群算法等不同算法進(jìn)行故障定位。遺傳算法存在早熟問(wèn)題,易陷入局部最優(yōu),可以改進(jìn)遺傳算法或者與其他保護(hù)原理相結(jié)合。對(duì)配電網(wǎng)區(qū)域進(jìn)行區(qū)域劃分后采用免疫算法,可以避免局部收斂問(wèn)題,并通過(guò)增加記憶單元避免了交叉變異過(guò)程中種群退化問(wèn)題?;趶V域保護(hù),將遺傳算法與區(qū)域保護(hù)相結(jié)合,避免信息采集過(guò)程中畸變等問(wèn)題,正確定位故障區(qū)域。根據(jù)故障時(shí)的正序電流相位變化,建立了故障區(qū)域診斷樹(shù)算法,實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的容錯(cuò)性。

        通過(guò)對(duì)故障相關(guān)區(qū)域轉(zhuǎn)發(fā)搜索信號(hào)進(jìn)行區(qū)域的自適應(yīng)劃分,根據(jù)不同故障信號(hào)在相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障隔離與區(qū)域保護(hù),同時(shí)利用IEC61850解決數(shù)據(jù)異步問(wèn)題,減少了數(shù)據(jù)通信時(shí)間。采用分布式區(qū)域縱聯(lián)保護(hù),以智能配電終端為支撐,該方案將一個(gè)大的區(qū)域劃分為許多小的區(qū)域,并在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)安裝一個(gè)管理主機(jī),形成分布式智能終端快速隔離故障的系統(tǒng)模式。智能配電終端實(shí)時(shí)檢監(jiān)測(cè)各出線電壓電流,故障時(shí)根據(jù)故障方向與過(guò)流信息判斷出的準(zhǔn)確結(jié)果,在相應(yīng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)故障定位及隔離運(yùn)算。具體保護(hù)方案采用縱聯(lián)方向比較保護(hù)。該方案具有一定的靈活性與自適應(yīng)能力。

        基于多代理系統(tǒng)的集合式保護(hù)方案,將系統(tǒng)分為系統(tǒng)決策、區(qū)域保護(hù)與本地執(zhí)行三層,利用廣域故障信息快速判斷并隔離故障,。通信系統(tǒng)采用光纖通信,采用全網(wǎng)保護(hù)實(shí)時(shí)同步采樣對(duì)時(shí)方式。該種保護(hù)方案汲取了集中式與分布式的優(yōu)點(diǎn),采取混合式控制方式,具有一定的靈活性。

        廣域測(cè)控系統(tǒng)可為配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)控制應(yīng)用提供統(tǒng)一支撐平臺(tái)。其結(jié)構(gòu)與常規(guī)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)類(lèi)似。廣域測(cè)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):兼容就地控制和集中控制等傳統(tǒng)控制模式;支持基于對(duì)等通信的分布式控制,可以利用廣域信息、性能完善、動(dòng)作速度快;支持設(shè)備與應(yīng)用軟件的即插即用。廣域保護(hù)的控制方式分為集中式和分布式兩種控制方式,集中控制是將所有數(shù)據(jù)采集后集中傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理,涉及環(huán)節(jié)多,響應(yīng)速度慢;分布式智能控制方式是分區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理,響應(yīng)速度快,能滿足配電網(wǎng)保護(hù)對(duì)速動(dòng)性的要求。基于高級(jí)饋線終端單元的保護(hù)控制方案,可以快速定位故障區(qū)域,隔離故障。

        總結(jié)

        目前,大部分含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案分為三種:對(duì)傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行改進(jìn),采用輸電線路的保護(hù)原理,采用智能設(shè)備及通信手段實(shí)現(xiàn)新型保護(hù)方案。大部分保護(hù)方案是將DG看作為恒功率電源,未考慮DG的隨機(jī)性,具有一定的局限性。不同的DG滲透率對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響也不同,因此需要針對(duì)不同的滲透率制定不同的配電網(wǎng)保護(hù)方案。

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