含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)問題分析

韓雪

摘 要：分布式含微網(wǎng)配電系統(tǒng)是我國未來配電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，分布式含微網(wǎng)配電系統(tǒng)與傳統(tǒng)配電系統(tǒng)存在著較大差別。當(dāng)分布式的電源接入到配電網(wǎng)當(dāng)中，將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，例如，對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、故障電流大小以及電流方向等因素都有影響。為了有效解決新型配電網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)的問題，文章將對(duì)含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：含微網(wǎng)配電系統(tǒng)；繼電保護(hù)；問題分析

前言

微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能電源、相關(guān)監(jiān)控、保護(hù)裝置以及系統(tǒng)用電電荷等匯聚而成的自治發(fā)配電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，又能夠獨(dú)立運(yùn)行。分布式微網(wǎng)系統(tǒng)，以在用戶側(cè)安裝分布式電源的方式，形成微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠有效減小網(wǎng)絡(luò)中損耗，尤其是在特殊情況下還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)用戶用電的供應(yīng)。該配電系統(tǒng)中繼電保護(hù)問題是關(guān)鍵，為此，文章將對(duì)含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 微網(wǎng)配電系統(tǒng)概述

分布式電源在接入到配電網(wǎng)中可以采取兩種方式，一是可以采取并網(wǎng)運(yùn)行的方式，二是采取獨(dú)立運(yùn)行的方式。當(dāng)分布式電源以并網(wǎng)方式接入配電網(wǎng)中時(shí)，將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生影響。供電部門為了充分發(fā)揮出并網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，對(duì)分布式電源中存在不利因素消除，結(jié)合傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)電方式，制定出聯(lián)網(wǎng)方案：第一，將分布式的電源輸出，由直流轉(zhuǎn)換為交流，并與交流網(wǎng)同步。第二，分布式電源的交流輸出，需要直接為特點(diǎn)電荷供電。第三，與交大電網(wǎng)隔離，形成獨(dú)立電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)。在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行中，為了保證分布式發(fā)電系統(tǒng)的有效運(yùn)行，并對(duì)其在大電網(wǎng)中接入的安全問題進(jìn)行解決。需要取代單一分布式電源的直接接入，將分布發(fā)電系統(tǒng)組網(wǎng)，該微網(wǎng)配電系統(tǒng)就是一個(gè)自治系統(tǒng)，不僅具有可控性，還能夠滿足用戶的多樣化需求。例如，在實(shí)際的電網(wǎng)供應(yīng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)局部供電增強(qiáng)、提升線路中電壓的校正等[1]。

2 分布式電源接入到配電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響分析

將分布式電源接入到配電網(wǎng)，使得傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N多源網(wǎng)絡(luò)。分布式電源的接入，對(duì)系統(tǒng)的電流、流向或者分布都帶來一定的影響。分布式電源并網(wǎng)形式的出現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)系統(tǒng)影響較大，主要表現(xiàn)在以下三方面：

2.1 線路保護(hù)靈敏度降低

當(dāng)在一個(gè)含微網(wǎng)的配電系統(tǒng)中，當(dāng)線路系統(tǒng)中出現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)電源將會(huì)對(duì)故障點(diǎn)提供短路電流。當(dāng)分布式電源接入到系統(tǒng)中后，在同一位置發(fā)生故障時(shí)，其短路電流將由系統(tǒng)電源和分布式電源同時(shí)提供。但是故障點(diǎn)卻只能接受一種電路電流，一般情況下只能接收系統(tǒng)電源的線路電流供應(yīng)。而正是有分布式電源的接入，使得系統(tǒng)電路電流較小。在這樣的情況下，系統(tǒng)的電流靈敏度降低，嚴(yán)重的情況下將出現(xiàn)緩動(dòng)。分布式電源接入值越大，其對(duì)靈敏度的影響也越大[2]。

2.2 線路保護(hù)誤動(dòng)

在進(jìn)行分布式電源接入之前，配電網(wǎng)系統(tǒng)中是單電源輻射結(jié)構(gòu)，其電路中的短路電流方向就是電源所指向的方向，基于這樣的線路背景，其進(jìn)行元件安裝環(huán)節(jié)中不需要進(jìn)行方向元件的安裝。在并聯(lián)且相鄰的2號(hào)線路上發(fā)生故障時(shí)，對(duì)于1號(hào)線路處的線路保護(hù)裝置不能感受到故障電流，而接入分布式電源時(shí)，依然是在2號(hào)線路處發(fā)生故障，2號(hào)線路上的線路保護(hù)能夠感受到故障電流，當(dāng)故障電流足夠大時(shí)，在1號(hào)線路上將會(huì)出現(xiàn)線路保護(hù)誤動(dòng)[3]。

2.3 相鄰線路瞬時(shí)速斷保護(hù)誤動(dòng)

在配電網(wǎng)中以串聯(lián)方式相連的兩個(gè)元件F2、F3，當(dāng)在F2處發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)中的短路電流只由系統(tǒng)提供，當(dāng)分布式電源接入帶系統(tǒng)中時(shí)，F(xiàn)2處的短路電流將由系統(tǒng)和分布式接入電源統(tǒng)一提供，在F3繼電保護(hù)處也會(huì)感受到故障電流，因此線路中的繼電保護(hù)發(fā)揮出作用，進(jìn)而出現(xiàn)速斷保護(hù)誤動(dòng)，針對(duì)F3來說，其失去了線路運(yùn)行選擇性[4]。

3 分布式電源微網(wǎng)配電系統(tǒng)仿真

3.1 含一個(gè)分布式電源仿真

在含一個(gè)分布式帶電源的仿真中，采取額定功率為10kV的風(fēng)力發(fā)電機(jī)為分布式電源，接入到配電網(wǎng)中。變壓器的變比為10.5/0.38kV，系統(tǒng)負(fù)荷為冷、熱、電三種負(fù)荷構(gòu)成。系統(tǒng)的構(gòu)線為單母線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中接受配電網(wǎng)一回10kV進(jìn)線。分別對(duì)不同電源類型進(jìn)行仿真分析，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電源類型中電氣量的變化情況進(jìn)行分析，需要設(shè)時(shí)間為1s，采樣周期為1ms。

3.1.1 同步發(fā)電機(jī)時(shí)故障信息判斷

設(shè)系統(tǒng)故障點(diǎn)F2，相鄰故障點(diǎn)F1。在系統(tǒng)中F2處的故障判斷角度為140°～180°，滿足正向故障判斷，且故障在1s內(nèi)的變化比較大，相鄰故障點(diǎn)情況比較類似，但是F1點(diǎn)的故障電流主要由主系統(tǒng)提供。當(dāng)主系統(tǒng)的容量較大時(shí)，短路電流較大。故障元件的靈敏度判斷比較高。

3.1.2 異步發(fā)電機(jī)時(shí)故障信息判斷

在異步電動(dòng)機(jī)接入系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)中發(fā)生短路故障時(shí)F2進(jìn)行分析，實(shí)際故障發(fā)生在距離100米的母線之間，其角度在140°～180°，滿足正方向的故障判據(jù)。而另外一個(gè)故障點(diǎn)在0°～80°，滿足反方向的故障判據(jù)，但是其與正向判據(jù)相比，靈敏度較低，但是也不影響其將正確的故障信息反映出來。

當(dāng)在配電網(wǎng)中接入一個(gè)分布式電源時(shí)，其主要有兩種形式，第一，異步發(fā)電機(jī)接入形式；第二，同步發(fā)電機(jī)接入形式。這兩種形式在系統(tǒng)故障信息判斷中存在著一定的差異性。對(duì)兩種電源的接入形式進(jìn)行對(duì)比分析，異步發(fā)電機(jī)的電源接入形式對(duì)元件的影響比較小，在任意時(shí)刻，方向元件都能夠作出故障判斷。而同步發(fā)電機(jī)電源接入形式對(duì)元件的影響比較大[5]。

3.2 含多個(gè)分布式電源仿真

假設(shè)在一條線路中引入兩臺(tái)分布式電源，并且規(guī)定所接入的電源為同步發(fā)電機(jī)。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的額定容量為DG1=0.5MVA，GD2=0.6MVA，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)都發(fā)出有功。當(dāng)在P2處發(fā)生電路故障時(shí)，與其線路相連且距離300ms以內(nèi)的方向元件P6能夠準(zhǔn)確的向系統(tǒng)中反應(yīng)出故障方向，而另外一個(gè)方向元件P7也能夠檢測(cè)到故障，且其檢測(cè)到的故障信息與P6一致。從系統(tǒng)仿真圖像上可以看出，當(dāng)在同一故障點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，P7和P6的方向元件檢測(cè)結(jié)果相同，其對(duì)故障判斷的角度也相同。換言之，兩相短路方向元件能夠在任意時(shí)刻，對(duì)故障發(fā)生的方向進(jìn)行詳細(xì)判斷。從多個(gè)分布式電源接入的故障分析中，可以看出，當(dāng)采用同步發(fā)電機(jī)時(shí)，在線路中無論發(fā)生何種形式的短路故障，其正方向的故障元件，都能夠?qū)ο到y(tǒng)中的故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。但是發(fā)生在反方向故障時(shí)，由于分布式電源本身的頻率影響，會(huì)使得系統(tǒng)發(fā)生誤判。當(dāng)系統(tǒng)中采用的是異步發(fā)電機(jī)，其頻率不發(fā)生變化，在線路系統(tǒng)發(fā)生故障之后，方向元件都能夠正確判斷出系統(tǒng)中的故障的方向。

4 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善，分布式電源接入到配電網(wǎng)中，為電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展帶來生機(jī)。微網(wǎng)與大網(wǎng)之間的相互補(bǔ)充，是未來配電網(wǎng)發(fā)展的主要方式。文章對(duì)微網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，微網(wǎng)配電網(wǎng)系統(tǒng)在實(shí)際的電網(wǎng)供應(yīng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)局部供電增強(qiáng)、提升線路中電壓的校正。為了提升微網(wǎng)配電網(wǎng)運(yùn)行，文章對(duì)分布式電源接入到配電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，并進(jìn)行了含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)的仿真。

參考文獻(xiàn)

[1]李蕾帆.含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的保護(hù)問題研究[D].西華大學(xué)，2012.

[2]陳鑒.一種含微網(wǎng)的配電網(wǎng)過電流保護(hù)方案研究[D].西南交通大學(xué)，2013.

[3]武成龍.配電系統(tǒng)繼電保護(hù)存在的問題及對(duì)策研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2009，2：246.

[4]魏建峰，李愛玲.配電系統(tǒng)繼電保護(hù)若干技術(shù)問題的探討[J].太原大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，4：135-137.

[5]王東.城市電網(wǎng)10kV配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的分析探討[J].黑龍江科技信息，2013，22：130.