電網(wǎng)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案研究

王勇 邱雄 蔣若何

摘 要：分布式發(fā)電和微網(wǎng)迅速得到發(fā)展，并得到推廣。然而大量分布式電源接入配電網(wǎng)，改變了傳統(tǒng)無源配電網(wǎng)供電模式，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的保護(hù)配置產(chǎn)生了巨大影響。通過對微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)系統(tǒng)的框架搭建、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案的建立。

關(guān)鍵詞：微網(wǎng);分布式電源;故障分析;網(wǎng)絡(luò);IEC 61850

1 緒論

1.1 課題研究背景和意義

發(fā)電裝置的投資可通過安裝在重要負(fù)荷邊上的分布式電源形成微網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的單側(cè)保護(hù)主要用于線路的保護(hù)，如果線路發(fā)生了短路故障，無法隔離分布式電源的接入點(diǎn)，將會導(dǎo)致故障時間增長。若不及時發(fā)現(xiàn)處理，故障將轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯裕瑢?dǎo)致重合閘失敗，增加停電范圍。因此，急需對微網(wǎng)繼電保護(hù)提出相應(yīng)方法，有效保證微網(wǎng)的安全運(yùn)行。同時，在并網(wǎng)模式運(yùn)行下的微網(wǎng)，如果發(fā)生故障，可以快速找到故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，有效保證供電可靠性。

1.2 微網(wǎng)繼電保護(hù)的特點(diǎn)及困難

與現(xiàn)階段配網(wǎng)保護(hù)相比，微網(wǎng)繼電保護(hù)的特殊性，主要有以下兩方面原因：（1）因分布式電源接入電網(wǎng)，使系統(tǒng)潮流具有雙向性;（2）線路在出現(xiàn)故障后的電流會在兩種方式下運(yùn)行，聯(lián)網(wǎng)和獨(dú)立，兩者的差別比較大，使微網(wǎng)保護(hù)整定難。為此，我們現(xiàn)階段研究難點(diǎn)為解決微網(wǎng)保護(hù)在前兩種情況下對微網(wǎng)做出判斷，尤其是在聯(lián)網(wǎng)的情況下響應(yīng)速度更快，還能保證相對的選擇、快速、靈敏和可靠幾個特性。

2 微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案的實(shí)現(xiàn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)

傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)應(yīng)用差動技術(shù)、方向元件、通信技術(shù)等技術(shù)，一般利用兩點(diǎn)或三點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息即可。當(dāng)利用的數(shù)據(jù)點(diǎn)增加，覆蓋較大區(qū)域，保護(hù)將體現(xiàn)集中性與分布性特點(diǎn)，本文稱之為網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)。

2.2 微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 整體構(gòu)架

（1）保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案。實(shí)現(xiàn)該保護(hù)方案應(yīng)將集中和分布兩個特點(diǎn)相結(jié)合，突出在微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)功能上，類似在高壓電網(wǎng)中廣域后備保護(hù)的特點(diǎn)。目前，有兩套方案僅實(shí)現(xiàn)功能，對具體細(xì)節(jié)沒有詳細(xì)要求如圖1。

綜合考慮，本文采取帶MTU的方案來實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)的系統(tǒng)。

（2）保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。數(shù)字結(jié)構(gòu)。數(shù)字結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)完全按照IEC 61850的思想構(gòu)建。

（3）兼容結(jié)構(gòu)。兼容結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)體現(xiàn)出模擬結(jié)構(gòu)和數(shù)字結(jié)構(gòu)兼?zhèn)涞奶攸c(diǎn)，模擬結(jié)構(gòu)對應(yīng)傳統(tǒng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式，數(shù)字結(jié)構(gòu)對應(yīng)遵循IEC 61850思想。

2.2.2 整體設(shè)計(jì)

（1）微網(wǎng)終端單元。如圖3中分別有交流、數(shù)據(jù)采集、處理通信、開入開出、電源和人機(jī)界面等6個模塊，在將其計(jì)入MTU的整體結(jié)構(gòu)中。MTU裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，交流、數(shù)據(jù)采集、處理通信、開入開出和電源模塊都作為插件插入MTU的母板上，電源母線、數(shù)字量信號線和交流模擬量信號線都在母板上布線。在MTU裝置的平面上安裝人機(jī)界面模塊。

（2）微網(wǎng)保護(hù)裝置。保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無論采用數(shù)字結(jié)構(gòu)還是兼容結(jié)構(gòu)，其保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)都是相同的。保護(hù)裝置仍采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，共有保護(hù)通信、人機(jī)界面和電源3個模塊。

（3）電源和人機(jī)界面模塊。該裝置需要5V電源進(jìn)行通信保護(hù)和界面模塊供電，所以保護(hù)裝置的模塊比MTU的電源模塊簡單。主電路和輸出異常好相同，需要重新計(jì)數(shù)相關(guān)參數(shù)，那么變壓器的次級繞組只有一路5V輸出。5V的輸出監(jiān)視原理與MTU電源模塊相同。人機(jī)界面模塊的軟件結(jié)構(gòu)，軟件采用中斷機(jī)制，外部可以采用鍵盤、串口等中斷，內(nèi)部可以通過定時來控制。內(nèi)部軟件設(shè)計(jì)計(jì)時、通信處理、保護(hù)模塊自檢，串口接收數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)。

3 總結(jié)

當(dāng)前微電網(wǎng)的研究是電力系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)，微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化的保護(hù)也是急需解決的問題，本文對微網(wǎng)的特性和接入后的影響進(jìn)行分析，在充分考慮原配電網(wǎng)保護(hù)方式的前提，創(chuàng)新提出微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案。對微網(wǎng)站內(nèi)通信選擇、時鐘同步選擇、保護(hù)系統(tǒng)搭建，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案。

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