微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用

馬燁

【摘要】微網(wǎng)是由分布式新能源發(fā)電和就近負(fù)載組成的微型電網(wǎng)。微網(wǎng)的有點(diǎn)事能夠運(yùn)用可再生資源，避免長(zhǎng)途運(yùn)輸所導(dǎo)致的線路損耗。微網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)吸引了大量的研究者進(jìn)行研究探討。本文筆者根據(jù)微電網(wǎng)控制靈活、短路故障電流小等優(yōu)點(diǎn)，討論研究了微電網(wǎng)保護(hù)的方法和策略等。

【關(guān)鍵詞】微電網(wǎng)；繼電保護(hù)；研究應(yīng)用

針對(duì)微電網(wǎng)的特點(diǎn)，探討微電網(wǎng)繼電保護(hù)方法，在微電網(wǎng)內(nèi)給出幾種具體的保護(hù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微電網(wǎng)的繼電保護(hù)。本文總結(jié)了一些微電網(wǎng)繼電保護(hù)方面所面臨的問(wèn)題，按照保護(hù)院里對(duì)不同的方案進(jìn)行分析討論。傳統(tǒng)的大型電網(wǎng)正常安全的運(yùn)行離不開(kāi)繼電保護(hù)裝置，當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候，繼電保護(hù)裝置能夠迅速的把故障隔離開(kāi)來(lái)，盡最大可能的減少損失。而微電網(wǎng)的運(yùn)行同樣離不開(kāi)微電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行。微電網(wǎng)繼電保護(hù)不僅能夠適應(yīng)微電網(wǎng)，而且又能滿足快速、可靠和選擇性等特性。

1.微電網(wǎng)保護(hù)的特點(diǎn)研究

傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)原理已經(jīng)不能夠在適應(yīng)微電網(wǎng)。微電網(wǎng)中分布式電流的接入使得其內(nèi)短路電流大小和方向都改變了，并且各級(jí)之間得配合保護(hù)被打破，由此看來(lái)微電網(wǎng)保護(hù)方面存在很多的問(wèn)題。在微電網(wǎng)運(yùn)行方式方面，當(dāng)電廠的配電系統(tǒng)存在故障時(shí)，微電網(wǎng)可以直接轉(zhuǎn)入離網(wǎng)模式繼續(xù)運(yùn)行，并可以對(duì)負(fù)荷不間斷的進(jìn)行供電。微電網(wǎng)的分布式電源接入有多種不同的方式，而每種方式又有不同的短路特性。例如逆變器分布式電源的故障電流為額定電流的一倍或兩倍左右。

2.微電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與方法的研究

微電網(wǎng)的由于是分布式的電源接入，就使得其故障特征與大電網(wǎng)余所不同。大電網(wǎng)中所采用的繼電保護(hù)原理和方法在很大程度上都不適合微電網(wǎng)。所以必須要在大電網(wǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)繼電保護(hù)的原理和方法做一改進(jìn)，只有這樣才能更好地保證電廠的安全生產(chǎn)。在研究中發(fā)現(xiàn)，微電網(wǎng)繼電保護(hù)中現(xiàn)有的保護(hù)方法有差動(dòng)電流、過(guò)電流、方向縱聯(lián)和電壓擾動(dòng)等一些方法。下面就對(duì)這些方法進(jìn)行探究。

2.1差動(dòng)電流保護(hù)法

所謂的差動(dòng)電流法就是在基爾霍夫電流定理的基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的。差動(dòng)電流法的原理比較簡(jiǎn)單，而且能夠滿足一些基本的繼電保護(hù)需要。在微電網(wǎng)中，差動(dòng)電流法被廣泛的使用。使用中只需要檢測(cè)工作過(guò)程中的不平衡電流，而設(shè)定的定值能夠滿足躲過(guò)最大的不平衡電流就行了，所以差動(dòng)電流保護(hù)的靈敏性很高。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，差動(dòng)電流保護(hù)的選擇性較好。它將微電網(wǎng)劃分為幾個(gè)保護(hù)區(qū)域，可以區(qū)別不同區(qū)域中發(fā)生的故障然后進(jìn)行配合保護(hù)，這樣能夠有效的避免一些大的事故發(fā)生。差動(dòng)保護(hù)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是各區(qū)域間保護(hù)配合簡(jiǎn)單，各個(gè)區(qū)域中僅需要考慮最大不平衡電流，而不用通過(guò)定值來(lái)進(jìn)行各區(qū)域之間的配合保護(hù)。在近年來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，差動(dòng)電流的研究成果顯著，差動(dòng)電流的優(yōu)點(diǎn)不可否置，但還應(yīng)該在差動(dòng)電流保護(hù)靈敏度方面進(jìn)行調(diào)整提高。

2.2過(guò)電流的保護(hù)

在傳統(tǒng)的大型電網(wǎng)繼電保護(hù)中往往考慮的是單向潮流，在每級(jí)保護(hù)之間用定值區(qū)分保護(hù)的范圍。但在微電網(wǎng)中，饋線上沒(méi)有電源，所以采用了不用考慮電流方向的過(guò)流保護(hù)方法進(jìn)行。在微電網(wǎng)繼電保護(hù)中，從以往簡(jiǎn)單的熔絲到近年來(lái)發(fā)展的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，都是按照電流超出值記性檢測(cè)故障。如果要把已有的配網(wǎng)裝置中運(yùn)用到微電網(wǎng)的保護(hù)中則必須對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合微電網(wǎng)保護(hù)的特點(diǎn)加以利用。很多學(xué)者對(duì)過(guò)流保護(hù)做了探討，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)模式下的過(guò)流保護(hù)無(wú)法適用于微電網(wǎng)的繼電保護(hù)。為了微電網(wǎng)電流不被分布式電源所影響，一些專(zhuān)家指出用故障限流器來(lái)減小電流，使微電網(wǎng)保護(hù)中可以采用熔絲等傳統(tǒng)的保護(hù)裝置。

2.3方向縱聯(lián)保護(hù)方法

方向縱聯(lián)保護(hù)方法的基本原理是比較原理，就是通過(guò)別叫故障鄰近區(qū)域中各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的故障的信息，判斷出故障發(fā)生的位置然后采取一定的保護(hù)策略的一種保護(hù)方法。方向縱聯(lián)保護(hù)方法只需要把電流的方向作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，而不需要對(duì)電源和用戶端的電流進(jìn)行測(cè)定。方向縱聯(lián)保護(hù)法的原理簡(jiǎn)單，方法可靠，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)寬帶的要求很低，所以這項(xiàng)方法廣受專(zhuān)家學(xué)者的喜愛(ài)，并在這方面取得了顯著的研究成果。在微電網(wǎng)繼電保護(hù)中，方向縱聯(lián)保護(hù)值得借鑒使用。

2.4電壓擾動(dòng)保護(hù)方法

所謂電壓擾動(dòng)保護(hù)方法就是研究微電網(wǎng)故障時(shí)分布式電源間的電壓變化來(lái)判斷故障的一種方法。在研究中表明，通過(guò)對(duì)分布式電源間的電壓進(jìn)行abc-dq變換坐標(biāo)系，發(fā)生的故障對(duì)電壓造成擾動(dòng)反應(yīng)成d值和q值得擾動(dòng)。電壓擾動(dòng)法對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的要求較高，目前離網(wǎng)情況和高阻故障等情況下這種方法還不太適應(yīng)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究測(cè)定。

2.5其他的保護(hù)方法

除了以上四種常見(jiàn)的微電網(wǎng)繼電保護(hù)方法之外，還有學(xué)者提出基于諧波檢測(cè)的保護(hù)方案，就是在故障發(fā)生以后，逆變器電源把故障電流控制在額定電流的兩倍左右，這樣就會(huì)向網(wǎng)內(nèi)注入諧波分量。然而在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于諧波分量的大小受到諸多不確定因素的影響，這種情況下繼電保護(hù)的定值就會(huì)難以確定，所以不能夠可靠使用。還有人提出了一種兩段距離保護(hù)方法，距離I段按傳統(tǒng)距離保護(hù)來(lái)整定，距離II段則考慮分布式電源接入的影響，按照分布式電源在保護(hù)安裝處的最不利情況來(lái)整定。這些保護(hù)方案都以測(cè)量阻抗作為故障判據(jù)，雖然這些方法在實(shí)驗(yàn)中都能夠被證明是有效的，然而微電網(wǎng)的不同運(yùn)行模式和一些復(fù)雜的如高阻故障等情況中不能保證這些方法仍然有效，所以這些方法目前的應(yīng)用還不是很廣泛。要使得這些繼電保護(hù)方法得以廣泛的應(yīng)用，必須對(duì)其進(jìn)行全面的論證，使得在各個(gè)故障中都能起到保護(hù)作用。

3.微電網(wǎng)繼電保護(hù)的應(yīng)用展望

在目前的微電網(wǎng)保護(hù)中，往往是從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮的。一方面是從微電網(wǎng)繼電保護(hù)的原理出發(fā)，在傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)的基礎(chǔ)上來(lái)研究探討適應(yīng)微電網(wǎng)保護(hù)的方法，使用一些現(xiàn)有的、裝置簡(jiǎn)單的保護(hù)措施。這方面的研究雖然能在一定程度上解決微電網(wǎng)保護(hù)的一些問(wèn)題，卻又有一定的局限性。在一些簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)系統(tǒng)中這種方法可以檢測(cè)出大部分的故障，然而在一些難以檢測(cè)的故障中這種方法便不再適用，所以在這方面仍需要進(jìn)一步的加深研究。另外一個(gè)方面就是根據(jù)通信系統(tǒng)和智能裝置，搭建一個(gè)智能保護(hù)平臺(tái)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，這方面的發(fā)展日新月異。通過(guò)布局全網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的智能終端，廣域保護(hù)系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)過(guò)程能夠反應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)。廣域保護(hù)在微電網(wǎng)的保護(hù)中是非常適用的，在未來(lái)的微電網(wǎng)繼電保護(hù)中應(yīng)該朝著這方面進(jìn)行發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)

隨著分布式能源發(fā)電技術(shù)的成熟和普及，微電網(wǎng)項(xiàng)目在近年來(lái)也迅速發(fā)展。微網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)性能可靠的保護(hù)裝置的支持，諸如智能保護(hù)系統(tǒng)的可靠性等許多問(wèn)題值得廣大科研人員繼續(xù)深入研究。

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