基于微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行情況下的繼電保護

夏瑩+譚江平+劉年

摘要

微電網(wǎng)的應(yīng)用，能夠有效降低輸配電成本，并增強其可靠性與環(huán)保效益，日漸成為電力行業(yè)的研究熱點。隨著分布式發(fā)電（Distributed Generation，DG）的并入，微電網(wǎng)的潮流特征由傳統(tǒng)配電網(wǎng)的單線流動性轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流動性，使傳統(tǒng)配電網(wǎng)的電流三段式保護，無法滿足配電網(wǎng)保護的新標準要求。但微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷供電，增強了供電過程的可靠性保障。因此，本文基于微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行情況，對繼電保護的相關(guān)研究展開簡要分析。

【關(guān)鍵詞】微電網(wǎng) 孤網(wǎng)運行 繼電保護

1微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行

孤網(wǎng)運行是微電網(wǎng)當中的一項重要特征，它為重要負荷的供電過程提供了更有利的保障。離網(wǎng)運行是在電網(wǎng)故障或者計劃需要時，與主配電系統(tǒng)斷開，再通過負荷、儲能裝置和DG繼續(xù)運行的一種運行方式，其主要特征是：通過分布式電源獨立供電；獨立于主電網(wǎng)系統(tǒng)并能夠運行；電壓與頻率保持在允許范圍。微電網(wǎng)的孤網(wǎng)運行，重要作用就是保證離網(wǎng)運行情況下，微電網(wǎng)的穩(wěn)定，同時最大限度的供給更多負荷電能。

2微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行的繼電保護故障形式與故障點

2.1微電網(wǎng)繼電保護故障形式

傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的供電電源是輻射狀單端電源，這種系統(tǒng)中的饋線保護，不需要方向元件的配置，而且多數(shù)為三段式電流保護方式。微電網(wǎng)的接入，短路故障時不僅大電網(wǎng)向故障節(jié)點輸送短路電流，微電網(wǎng)也會向故障節(jié)點輸送短路電流，這種情況下的配電網(wǎng)系統(tǒng)，就成為了一個過電源供電的配電網(wǎng)，進而改變配電網(wǎng)中的短路狀況。微電網(wǎng)電源類型與運行方式等決定性因素的改變，對網(wǎng)絡(luò)繼電保護的有效運行會產(chǎn)生重要影響。微電網(wǎng)接入單向輻射型配電網(wǎng)，對傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護造成的改變主要表現(xiàn)在末端故障電流靈敏度降低、相鄰線的故障保護誤動、重合閘不成功等系列問題。

2.2微電網(wǎng)故障點

2.2.1饋線初始位置

如圖1所示，在饋線的初始位置接入DG，會造成全部保護裝置無法運行，需要按照最大運行方式，對繼電保護系數(shù)進行全新的整定計算。

2.2.2饋線中間

如圖2所示，在饋線中間位置接入DG，若在相鄰線路2上的kl節(jié)點處發(fā)生短路故障，則可能發(fā)生故障電流有DG向故障節(jié)點輸送的現(xiàn)象，進而造成相鄰線路1上的保護裝置3的誤動作。若相鄰線路1上的k2節(jié)點處發(fā)生了短路故障，則會引起保住裝置3的靈敏度降低，進而導(dǎo)致繼電保護動作，在這種情況下，繼電保護系數(shù)需要誠信整定計算。

2.2.3饋線末端

當DG接入饋線末端時，系統(tǒng)與DG之間會轉(zhuǎn)變?yōu)殡p電源供電形式，而其他的區(qū)段仍保持單電源供電。當相鄰線路2上的kl節(jié)點處，發(fā)生短路故障時，可能發(fā)生故障電流由DG向短路節(jié)點輸送的現(xiàn)象，進而造成相鄰線路1上的保護裝置1、2、3誤動作。

3微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行狀態(tài)下的保護策略

3.1離網(wǎng)運行檢測方法

3.1.1電壓和頻率檢測法

利用過壓或欠壓、高頻率或低頻率的檢測方法，在逆變器并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)當中的離網(wǎng)運行狀態(tài)檢測當中，能夠達到預(yù)期效果。

3.1.2電壓相位突變法

電壓相位突變的檢測方法，主要檢測逆變器輸出端的電壓與電流之間的相位關(guān)系。在正常的并網(wǎng)運行狀態(tài)下，兩者保持一致，當相位發(fā)生突變，且超過離網(wǎng)檢測的臨界點時，可判定離網(wǎng)運行狀態(tài)。

3.2繼電保護策略

微電網(wǎng)常常需要在并網(wǎng)與孤網(wǎng)兩種運行狀態(tài)之間反復(fù)切換，而微電網(wǎng)保護策略就是處理兩者變換時的故障發(fā)生。微電網(wǎng)的接入造成的電源轉(zhuǎn)換，對微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行狀態(tài)下的繼電保護造成了更大的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致一些更有效的保護措施相繼出現(xiàn)。

3.2.1正、反方向阻抗器對低壓配電網(wǎng)的繼電保護

當?shù)蛪号潆娋W(wǎng)當中接入了微電網(wǎng)，在接入DG的饋線區(qū)段，安裝正、反方向的阻抗繼電器，能夠達到距離保護的目的。這種方式的應(yīng)用在出線故障當中，需要無延時出口的正方向的阻抗繼電器；當?shù)蛪耗妇€發(fā)生故障時，延時0.5s出口的反向阻抗繼電器能夠達到保護效果。

3.2.2電壓擾動保護

在微電網(wǎng)處在孤網(wǎng)運行狀態(tài)時，故障電流與并網(wǎng)狀態(tài)下的故障電流相比，要小得多，十分不易檢測。這種情況下，可以通過對電源的輸出電壓進行擾動檢測，能夠有效辨別是否發(fā)生故障，進而判斷故障類型。通過標準電壓互感器對逆變器出口處三相端電壓進行檢測，然后將繼電器與三相坐標系下分量進行轉(zhuǎn)換。再由檢測信號與周期更新的參考信號進行比較，得出擾動電壓。由擾動電壓的值能夠準確判斷出故障類型。

4結(jié)束語

綜上所述，本文對微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行狀態(tài)下配電網(wǎng)繼電保護故障進行了簡要介紹，并提出相關(guān)孤網(wǎng)運行狀態(tài)的檢測方法以及保護策略。隨著微電網(wǎng)在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的接入，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成了多端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使配電網(wǎng)的繼電保護難度相應(yīng)增加。在接入DG的饋線區(qū)段安裝正、反方向的阻抗繼電器，或通過擾動檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)繼電保護。

參考文獻

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