微電網繼電保護的研究與應用

李克磊

摘 要：本文在區域差動保護和正反方向阻抗的理論基礎上，結合微電網接入后對配電網的設備要求，對配電網設備提出了配電網保護和低壓配電保護解決方案。經過具體的施工實踐證明，區域差動保護可以有效解決微電網與常規配電網多電源或重合閘等接入時所出現的保護影響，而分布式電源與低壓配電網接入時所產生的影響完全可以通過正反方向阻抗低壓配電來解決。

關鍵詞：繼電保護；研究；微電網

所謂微電網，指分布式發電、能量變換裝置、儲能裝置以及有關負荷等組成的發電系統。當微電網接入后，會引發電力系統保護新問題。微電網會隨著滲透率和DG數量的不斷增加，內部潮流的方向有可能發生改變，進而影響了整個電力網絡。微電網在并網運行過程中，其潮流是呈雙向流動的狀態的，而常規配電網的流動特征會受到并網時雙向流動的影響發生改變。另外，在進行微電網接入時，必須要運用到電力電子技術，并以“柔性”的方式進行微電網的接入。由于微電網的電源特征不同于平常發電機，在接入微電網后，配電網的繼電保護與低壓配電都將受到微電網的影響。

1 微電網接入影響

1.1 對常規配電網保護的影響

當微電網與配電網接入時，會改變配電網原有的電流量及流向，從而降低其保護的靈敏度、拒動以及誤動。針對靈敏度，并非全部降低，部分保護靈敏度會得到增加。

如圖1所示，當K3出現接地故障時，受MG分流作用影響，B3所受故障電流減小，并且靈敏度出現降低。但K2出現接地故障時，B4將會順著MG的故障電流流動，增加保護B4的靈敏度。

1.2 對配電網繼電保護影響

常規配電網一般是10kV，其運行方式有兩種，分別是單向輻射型網絡式和環網型開環式。傳統的單端電源過流保護沒有方向元件，當DG接入后，配電系統會發生轉變，成為多電源網絡，配電網的潮流分布在運行過程中會出現變化，同時，故障后短路電流量及流向與分布都會受到影響而產生不同程度的變化，打亂傳統保護的配合關系，新的需求將無法從保護行為與性能上得到滿足。隨著DG的接入，形成兩側電源，這等于在配電網接入了一個常規發電機，所以，會像傳統兩側電網那樣，對繼電保護的影響依然是相鄰線路保護誤動問題，重合閘無法順利熄弧，導致重合失敗問題。

2 微電網接入配電網的保護對策

2.1 配電一次設備與繼電保護要求

由于微電網接入后，快速的故障隔離要求無法從傳統配電一次設備上得到滿足，所以，需要將配電網一次設備進行以下調整：對每個10KV以上的配電網都設置斷路器。對0.4KV低壓配電網全部配置可支持外部遙控功能的斷路器。最后在進行微電網的接入時，不要改變原來原來0.4KV低壓配電網的接地方式，結合DG接地情況再進行施島運行。

2.2 區域差動下的繼電保護方式

（1）區域差動主保護?？梢愿鶕顒颖Ｗo對象將10kv電壓配電網分化成多區域，然后再進行保護。區域差動保護主要通過啟動判據和比率制動判據組成與門出口?？紤]到微電網中只能采集單元的局部控制層、配電網調度層配電網調度系統與中央控制區域差動保護這三層結構的區域差動保護，應考慮網絡構建的一致性。為了使其可靠性能有所保障，區域差動保護集中控制層采用雙冗余配置。實質上差動保護網絡指的就是通過收集和分配系統以及狀態信息區域中的每個節點的電流差動保護，最終實現以最快的速度完成故障自動定位與故障隔離；（2）后備保護。在區域差動保護過程中，如果配置發生故障而失靈，此時后備保護會從臨近斷路器將故障隔離。對超過10KV（包括10KV）的配電網系統實施雙套區域差動保護，可以使其靈敏性、可靠性及運作性得到保障。從“對主保護進行強化、對后備保護裝置進行簡化”這一原則來看，可以用簡單的帶時限過流對配電網系統進行配置，然后通過智能采集單元來實現預防主配電網喪失防護的作用。

實時智能采集單元配置后備保護功能，線路就地采集單元配置距離是線路與母線的后備保護，然后為了使變壓器具備后備保護，可以將過流保護裝置在變壓器就地采集單元。將定值限方向過流保護配置到配電升壓變壓器的高壓側。變壓器內部故障有了后備保護，低壓母線故障的靈敏性也有了保障。裝置定時限過流保護的配電降壓變壓器可以按躲過最大負荷電流整定。

2.3 如何對反方向阻抗繼電器的低壓配電網實施繼電保護

DG饋線單元配置對低壓配網系統是非常重要的，尤其在低壓配網系統具備微電網的條件下，缺少DG饋線單元配置就會形成負荷出線，就會導致正方向阻抗繼電器喪失延遲出口，最終使保護線路發生故障。若有DG饋線單元配置器、反向配置時，延時現象沒有在正方向抗阻繼電器中出現，反方向抗阻繼電器將延長0.5秒釋放，其對低壓母線故障有較好的保護作用。正方向阻抗繼電器根據避免設置最大負荷設定值，當線或白色出現短路時，此時繼電器動作的延時將為0秒，出口跳躍線路斷路器。

在相反方向的阻抗繼電器，按躲過變壓器高壓側短路，或者根據避免高壓側出口速度故障保護終端短路的設定值，設定值小，其保護變壓器內部部分范圍（或高壓線，低線），固定值不能太大，避免誤操作時，高壓側短路。這個距離保護配置，在微電網投入運行是電網運行和關閉，可以起到保護的效率，是一種微電網在離網運行時的保護，在微電網并聯運行時，0.4 kV低壓系統可以跳機保護斷路器。

3 工程實踐

通過用微電網來接入配電網集中保護控制裝置，可以將繼電保護功能大幅度提升，使其在定位、故障識別與故障隔離等功能上都得到了保障，另一方面，為了使分布式電源能夠在多電源及運行狀態下將微機保護作用發揮出來，應根據微電網系統制定一系列處理措施。除此之外，微電網保護配置方案已經得到國家電網的許可和認證，證明該項目含有微電網的智能配用電系統控制保護功能。

4 結語

本文通過微電網對接入配電網設備時的要求，對微電網與配電網接入后所產生的影響進行了詳細的分析，并提出基于正反方向阻抗解決低壓配電保護的解決方案，以及區域差動保護解決配電網保護的解決方案，通過工程的實踐運用，得出區域差動保護可以將微電網接入配電網時所帶來的影響有效解決，而針對微電網與低壓配電網相接所發生的保護影響，可以利用正反方向阻抗繼電器來解決。endprint