微電網繼電保護的研究與應用

董傳岳

摘要：微電網繼電保護的主要目的是確保電網運行的安全可靠性。文章主要對微電網繼電保護面臨的問題進行研究，對微電網繼電保護的現狀進行了分析，并對微電網繼電保護的研究和應用進行了探究。

關鍵詞：微電網；繼電保護；電網運行；電網系統；配電網 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM773 文章編號：1009-2374（2015）18-0058-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.030

微網即微型電網，其主要組成部分為分布式新能源和就近的負載。微網的主要優點是對可再生資源的利用率較高，解決了長距離輸電的高線損、高投資的弊端，供電質量、供電靈活性和電力系統可靠性較高。但微電網的運行需要依靠繼電保護，繼電保護裝置在故障發生后能夠對故障的區域和分量進行及時檢測，并使近路開關跳閘，從而隔離故障，避免了大范圍停電。由此可知，微電網繼

電保護裝置在電網系統中起著至關重要的作用。

1 微電網繼電保護面臨的問題

微電網內短路電流的大小和方向隨著分布式電源的接入而改變，從而導致傳統的配電網保護的配合關系受到影響，繼而導致一系列的問題產生：（1）配電系統在故障發生時可不用直接退出分布式電流，只需要進行離網模式運行就可，這種模式可對負荷不間斷供電。所以井網、離網兩種運行模式在微網中均會應用，井網和離網狀態下存在較大的故障電流差；（2）同步發電機、異步發電機和逆變器是分布式電源的三種形式，其三種之間具有不同的短路特性。逆變器分布式電源故障電流與額定電流的比為1/2左右，首先是因為其安裝了快速響應限流功能，并且其余兩種發電機的容量與大機組相比更是較少，其次暫態電勢直接影響著短路電流，故障電流的大小與分布式電源的故障狀態息息相關；（3）逆變器電源作為主電源的離網模式，其具有較小的轉動慣量，故障若切除不及時，直接導致系統的電壓和頻率缺乏穩定性，電源受自身的低壓保護動作跳開，最后造成停電事故的發生。分布式電源的自身保護動作時間應與電網保護分離，一旦微電網出現故障，微電網保護可先于上游電網后背保護動作，可對避免越級跳閘發生。故障若發生在微電網之外，為了避免對分布式電源或負荷產生不必要的切除，微網內元件的所有保護應躲開模式切換動作時間；（4）若備自投裝置應用于微電網母線中，有幾個方面需要特別注意。動作時間較模式切換時間短，確保備自投先區域模式切換動作，應合理考慮備自投檢無壓判據因分布式電源的作用失效。若微網內線路有重合閘功能和電源時，為防止非同期合閘，應具備檢同期合閘的功能。

2 微電網繼電保護研究

微電網繼電保護方法可分為方向縱聯、差動電流、電壓擾動、過電流四種，方向縱聯保護是基于方向比較的原理，對故障相鄰區域多測點的故障方向信息進行比較，從而對故障位置做出準確的判斷，并采取相應的保護策略。該種保護方法依據為電流的方向，不涉及負荷和分布式電源側的電流大小。其傳送是以開關量和動作信號為主，減少傳輸數據，無較高的網絡寬帶要求，因此，該保護具有較高的可靠性。差動電流保護的建立基礎為基爾霍夫電流定理，在高壓電網中作為元件主保護被廣泛應用，其具有靈敏度高、選擇性好、保護間配合簡單等優點。差動電流保護只需對保護區的流入和流出的不平衡電流進行檢測，定值為最大不平衡電流以下即可。差動電流保護應用于微網各區域內，可對區內和區外的故障進行判別，從而避免越級跳閘導致的事故發生。各微電網保護區域之間不需要以定值進行各級保護配合，僅將各保護區域的最大平衡電流保護考慮在內即可。但差動電流保護在故障電流較小時期靈敏度較低，當保護區域發生內部故障時，如出現高阻接地或重負荷時，故障電流將較小，最終出現保護拒動現象。電壓擾動保護是建立在通訊系統支持上，其有效性在高阻故障發生時，具體在微電網中的適應性尚不明確。傳統配電網的過電流保護均只考慮單向電流，各級保護之間的保護范圍的區分主要是依據整定值大小，故障電流在饋線上不存在電源的情況下是由電網側指向故障點。電流超出限值為檢測故障的基本依據。傳統的過電流保護必須經過改進才能應用于微電網中，有研究表明應用故障限流器來減小分布電源提供的故障電流，確保微電網保護能夠應用低成本的熔絲等裝置，并且在反時限過流保護中應用低電壓加速方法使微網具有高度適應能力。

3 微電網繼電保護的應用

微電網繼電保護的研究可分為兩種方向：（1）以保護的原理為出發點，將傳統的過電流保護應用于微電網中，該保護可適應微電網不同的運行方式，并利用成本較低和已有的保護裝置。對于微電網繼電保護所面臨的問題也有一些研究，但研究成果均缺乏實際應用，且有局限性。過流保護若基于限流器之上，會存在犧牲故障電流大小的問題，保護的靈敏度降低，過流保護會因為小工作電流和最大工作電流之間有較大的差距而失效，而擾動保護檢測方法缺乏有效性，微電網系統需要選擇合適的保護原理，在選擇合理的情況下能夠將大多數故障檢測出來；（2）主要的研究基礎為智能裝置和通信系統，目的是創建對不同的微電網運行方式均能識別的自適應智能保護系統。在信息技術飛速發展的帶動下，廣域保護系統被逐漸應用和研究，該系統能夠對電網各地的實時動態信息進行捕捉，并且是在同一參考時間的前提下進行的。

廣域保護系統使用于微電網繼電保護中主要有以下四點原因：（1）系統是以多點同步信息的采取方式，在保護策略上能實現差動保護。而差動保護具有諸多的優點，比較適合在微電網中作為主保護，從而將過流保護取代；（2）廣域保護系統的平臺開發均是建立在先進的硬件之上的，可收集并分析處理各點的信息，并對微電網的運行狀態加以識別，繼而做好保護措施；（3）在通信方面，可避免由于通信原因造成的保護拒動或誤動，具有高度的可靠性；（4）廣域保護系統是在掌握全網運行信息的基礎上實現控制微網，避免了傳統的保護控制動作不當的事故發生。廣域保護系統同時也需要不斷完善功能才能滿足微電網繼電保護的需求。

4 結語

微電網在近年來呈現逐漸發展的趨勢，微電網的運行必須依靠保護裝置，同時，微電網也需要解決所面臨的新問題，微電網繼電保護也需進行深入的研究，合理的微電網繼電保護方案是微電網保護的前提，還需要進一步以實驗檢驗其性能。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）