基于故障分量的微電網(wǎng)保護適用性

高崧耀+++賀鵬

【摘要】：微電網(wǎng)是由微電源、儲能裝置、臨近負(fù)荷及保護單元、控制系統(tǒng)組成的自主系統(tǒng)。微電網(wǎng)具有兩種運行模式，即并網(wǎng)運行模式及孤島運行模式。目前，微電網(wǎng)中存在一些基于故障分量的保護方法。故障分量是由故障本身引起的，獨立于負(fù)荷分量之外，不受負(fù)荷電流、過渡電阻的影響，具有較高的靈敏度。所以，基于故障分量的阻抗保護在輸電系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：故障分量；微電網(wǎng)；保護適用性

1、導(dǎo)言

在傳統(tǒng)的故障分量附加網(wǎng)絡(luò)中，只要故障點存在一個電勢源。但這里有個條件，即同步發(fā)電機的容量假設(shè)為無窮大，故障時電壓不發(fā)生下跌，可以供給很大的短路電流。逆變型分布式電源的容量有限，且輸出電流受變流器的約束，故逆變器出口電壓將在故障剎那間發(fā)生變化，從而在故障附加網(wǎng)絡(luò)中IIDG接入處發(fā)生等效的附加電源，使故障分量網(wǎng)絡(luò)中含有多個電源。

2、微電網(wǎng)繼電保護的特點及其困難

微電網(wǎng)的維護疑問與傳統(tǒng)配網(wǎng)維護有著極大不一樣，具體表現(xiàn)有：（1）因為分布式電源的存在，使得潮流具有雙向流通性；（2）微電網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)和獨立運轉(zhuǎn)兩種運轉(zhuǎn)形式下，短路電流巨細(xì)區(qū)別很大，影響繼電維護的整定核算。因而，如安在聯(lián)網(wǎng)和獨立兩種運轉(zhuǎn)形式下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出有效的呼應(yīng)，甚至在聯(lián)網(wǎng)形式下也能迅速感知大電網(wǎng)故障，而且保證該維護的選擇性、迅速性、靈敏性與可靠性，是當(dāng)時微電網(wǎng)維護的要害，也是微電網(wǎng)維護研討的難點。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)的通常構(gòu)造特點是呈放射型構(gòu)造而且由單電源供電，配電網(wǎng)的繼電維護是恰是基于此構(gòu)造進(jìn)行規(guī)劃和裝備的。當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)以后，配電網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造隨之發(fā)作改動。而當(dāng)有分布式電源存在的配電網(wǎng)發(fā)作故障時，除了電網(wǎng)電源向故障點供給故障電流以外，分布式電源也將對故障點供給必定的故障電流，改動了原有配電網(wǎng)的節(jié)點短路水平，然后影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)相應(yīng)繼電維護設(shè)備的正常動作。而分布式電源的類型、安裝位置和容量巨細(xì)等因素都將對配電網(wǎng)的繼電維護形成影響。配電網(wǎng)絡(luò)的繼電維護，相關(guān)于高電壓大體系繼電維護而言，屬于簡單維護。配電網(wǎng)中常用的繼電維護有電流維護、電壓維護、反時限電流維護等。分布式電源接入配電網(wǎng)以后，原有配電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造發(fā)作了較大改變。在故障發(fā)作時，因為分布式電源助增電流的效果，流經(jīng)故障點的故障電流將增大。分布式電源的引進(jìn)改動了分布式電源鄰近節(jié)點的短路水平，對配電網(wǎng)繼電維護的準(zhǔn)確動作帶來影響；也改動了維護的規(guī)模和靈敏度，給各線路繼電維護的上下級合作帶來疑問。由此可知，關(guān)于分布式電源滲透率較高的微電網(wǎng)，電流速斷維護在選擇性、靈敏度校驗上均不滿意維護的請求。

3、微電網(wǎng)故障分量保護原理分析

3.1含多個IIDG的微電網(wǎng)正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)

不失一般性，以圖1所示含IIDG的典型微電網(wǎng)進(jìn)行具體分析。圖中：ES為體系電源；ZS為體系阻抗；PCC為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的公共連接點，本文只分析微電網(wǎng)并網(wǎng)運行的狀況；LD1，LD2，LD3，LD4均為負(fù)荷；IIDG1，IIDG2，IIDG3均為PQ操控的逆變型分布式電源；M1—M4，P1—P4，Q1—Q3，N1—N3為各母線處的分支饋線開關(guān)，并代表地點的饋線稱號。

圖1 含IIDG的并網(wǎng)運行微電網(wǎng)

當(dāng)F1處發(fā)作故障時，可將IIDG等效為受控電流源模型。盡管逆變型分布式電源控制系統(tǒng)的非線性使得故障時期的電網(wǎng)不能等效為一個線性網(wǎng)絡(luò)，但假如將受控電流源視為獨立電流源，此刻受控源的電流值仍為IIDG并網(wǎng)點電壓的函數(shù)，而且不隨網(wǎng)絡(luò)在疊加過程中的改變而改變，則可以獲得如圖2所示的正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)。圖中：△i1，△i2，△i3分別為逆變型分布式電源輸出的等效附加電流；ZS1為大電網(wǎng)的等效正序阻抗；ZF為故障點的過渡阻抗；ΔUF為故障點的附加電源；ZMP，ZP1，ZQ1，ZMN為各線路的等效正序阻抗；Z1，Z2，Z3，Z4為負(fù)荷的等效正序阻抗。假定母線指向饋線的方向作為電流的參閱正方向，各饋線故障電流正方向如圖標(biāo)示所示。

由于受控制策略影響使得IIDG并網(wǎng)點電壓與輸出電流之間存在著很強的非線性關(guān)系，以及IIDG間的相互耦合，造成該網(wǎng)絡(luò)無法通過線性變換而直接求解。利用迭代修正的求解方法，十分復(fù)雜，很難得到具體的解析解。所以本文只進(jìn)行定性分析。

圖2正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)

3.2母線N處各饋線的正序電流故障分量

當(dāng)F1處發(fā)生故障時，母線N處的電壓降較小，IIDG3輸出的有功電流和無功電流均略有增大，其故障電流如圖3（a）所示。圖中，UN和UN.f分別為故障前后母線N的電壓，ΔUN為母線N處電壓的故障分量，i3為故障前IIDG3輸出的正序電流，i3.f為故障時IIDG輸出的正序電流，Δi3則為IIDG3輸出正序電流的故障分量；其他各圖中這些變量的含義與此類同。

由圖2可知， 且 ，其中負(fù)荷的正序阻抗Z4為感性，則可得到如圖3（b）所示的電流相量關(guān)系。

顯然，故障饋線N1上的正序電流故障分量幅值最大，方向與其余饋線的正序電流故障分量幾乎相反，即滿足

（1）

（2）

4、結(jié)論

綜上所述，如今，隨著新能源越來越被人們所重視，分布式發(fā)電也越來越快的發(fā)展起來，微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的補充，也越來越多的得到了應(yīng)用。然而對于包含微電網(wǎng)的電網(wǎng)保護方案，至今還沒有很多問題亟需解決，微電網(wǎng)的繼電保護策略迫切被需求。本文針對PQ控制的逆變型分布式電源，在故障時對其采用具有無功支撐能力的故障穿越控制策略，分析了不同電壓降時IIDG輸出故障電流的變化。并使用更加準(zhǔn)確的壓控電流源模型，通過正序電流故障分量的幅值和相位特征對微電網(wǎng)中的故障分量原理進(jìn)行了分析。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]王鈞銘，鮑安平，徐開軍.微電網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用關(guān)鍵問題綜述[J].電子世界，2013，17：33—34.

[2]袁超，曾祥君等.分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2014，37（2）：99-104.

[3]楊為，丁明，畢銳，高研，丁銀.微電網(wǎng)實驗平臺設(shè)計[J]，合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，33（1）：38-41.