微电网系统保护配置方法研究

　　【摘 要】：通过分析分布式发电接入对配电系统在电网结构、保护控制等方面的影响及传统保护配置方式，提出一种微网系统保护配置原则及方法。 

　　【关键词】：微网 分布式电源 保护 方法 

　　分布式发电给现代电力供应提供了新的机会，同时也对现有电力系统的安全运行提出了挑战。分布式电源接入配电网，改变了配电网的运行方式，配电网由原来的辐射型供电系统变为一个多电源点的网络.配电系统的保护控制和管理将变得更加复杂。 

　　1 微网系统保护发展现状 

　　分布式电源的容量一般比较小，电压等级较低，通常以35kV或10kV电压等级接入电力系统。传统的35kV或10kV电网为单电源辐射型供电网络结构，保护多采用带反时限的过流保护。接入分布式电源以后，配电网变成了双电源或多电源供电结构。其故障电流的大小、持续时间及方向都将发生改变，容易导致过流保护配合失误。 

　　传统并网小发电机组继电保护及自动装置配置简单，若对部分保护进行改造，增加方向元件，检同期装置等，将使保护的整定更加复杂，可能造成保护拒动，在系统发生故障时可能造成重合闸的时限配合不协调。目前通常在并网线路两侧加装逆功率保护装置和光纤纵差保护装置，来克服分布式电源的接入对继电保护带来的一系列影响。 

　　目前电网内35kV变电站的变压器后备保护均按低压侧无电源来考虑保护配置。小发电机组接入系统后，主变低压侧有小电源，在主变区内故障时有制动电流，可能会造成电磁型差动保护拒动。在低渗透时，微网的接入对公共电网的影响不大，但随着渗透率 的逐渐增大，公共大电网将失稳。其中 ， 为微网渗透到公共电网的功率， 为公共大电网的容量。传统配电网典型保护设计方案通常是主馈线采用电流速断保护和过流保护组成的两段式保护，并配置三厢一次重合闸装置。电流速断按照线路末端故障有灵敏度的方法整定，过流保护按保护线路全长加时限整定。所以，微网并网运行对公共配电网继电保护的影响主要表现在对馈线电流保护和重合闸动作情况两个方面。 

　　2 微网系统保护配置方法研究 

　　2.1 需遵循的原则 

　　1）无论在孤网运行模式还是并网运行模式，微网的保护策略必须一致； 

　　2）短路故障时，提供短路电流的电源必需迅速切除。 

　　微网有并网运行和孤网运行两种模式。微网通过PCC与公共电网相连，PCC处的静态开关及其相应的继电保护特性的定义是微网继电保护的一个难点。它必须能够准确判断电网的各种故障并迅速做出反应，决定微网是否需要进入孤网运行，实现微网这两种运行模式间的平滑切换；微网继电保护的另一个难点是在孤网运行故障电流小的情况下给微网配置充分的保护，由于微网的分布式电源DG采用电力电子设备接入微网，微网发生接地故障时，分布式电源DG提供的短路电流被限制在2 ，传统配电网广泛采用的过流保护不再适合于微网，微网的继电保护必须采用新的保护原理。针对这两个难点，一般采用系统级保护和单元级保护的方案，以合理配置微网的继电保护。 

　　2.2 微网系统级保护 

　　微网系统级保护的关键是其与公共配电网的连接点PCC。微网并网运行对配电网继电保护的影响主要取决于两个要素：注入配电网的短路电流大小和持续时间。当公共电网发生永久性故障或微网的运行状态不符合IEEE1547标准时，要求微网进入孤网运行，PCC的迅速动作能减轻微网对公共配电网继电保护的不利影响。所以，PCC安装的控制与保护装置必须能够检测并准确判断电网的各种故障情况，迅速做出响应，决定微网是否进入孤网运行。 

　　2.3 微网单元级保护 

　　微网单元级保护必须考虑两个方面：能够处理微网并网运行时的各种内部故障；外部电网故障使微网PCC处解列进入孤网运行时，必须保证微网能平滑过度到新稳态运行，若微网内部发生故障能够迅速切除故障部分，保证健全部分安全稳定运行。 

　　1）基于电流序分量的保护方法 

　　正常运行时，由于负荷的不对称性，微网中包含有一定数值的零序和负序分量，为了避免由于负荷不对称造成序电流元件动作，必需给每个序电流元件一个合适的门槛值。在研究差动保护和电流对称分量的基础上，用零序电流保护作为单相接地故障的主保护，用负序电流保护作为相间短路的主保护，电流差动保护作为后备保护。这种组合有很好的保护效果。 

　　2）谐波畸变法 

　　通过相电压的变化识别故障类型，正常运行时三相电压幅值近似相等，故障发生，故障相电压将低于健全相电压，以此可实现故障相判别；利用THD的畸变进行故障定位。正常运行时配电网相当于一个低阻抗的电压源，微网的THD维持在较小值，约为0。故障阿生，静态开关迅速动作，微网与配电网的连接断开，进入孤网运行模式，此时，逆变器输出电流所含谐波将增加，导致THD增大。 

　　3 展望 

　　微网继电保护研究已经取得了一定的成果，但还需要对以下几个方面进行更系统、深入的探讨。 

　　1）微网的继电保护必需与其控制结合起来，通过研究微网的运行特性、控制原理以及对故障的响应特性来指导微网继电保护的研究。 

　　2）无论是系统级保护还是单元级保护，都要求微网各个单元之间能实现通信。必须寻求一种稳定不易被干扰的通信和信号的处理方式。 

　　3）微网的保护要有系统性，单元级保护要求微网孤网运行模式和并网模式和并网运行模式下要有一致性。不仅要保护微网安全稳定运行，还要尽可能减少微网并网对公共电网的不利影响。