淺析微電網中的繼電保護問題

嚴俊　嚴鳳

摘要：本文從配電網的規劃、電能質量、運行和控制與潮流分布四個維度分析了含有分布式電源的微電網并網對配電網的影響。通過介紹微電網并網時造成的三段式電流保護誤動、拒動、靈敏性與選擇性喪失的影響，指出了微電網中保護配置需要考慮的問題。最后對微電網保護問題進行了簡單總結。

關鍵詞：分布式發電；微電網；保護

近年來大電網投入資金多、運行維護復雜的缺點日益顯現。在此背景下，分散在負荷附近并為其提供電能的的小型的發電系統問世，它是以光伏發電、風力發電、微型燃氣輪機發電以及地熱和潮汐發電為代表的分布式發電[1]（distributed generation，DG）技術，并得到高度關注。

與傳統發電方式相比，DG具有位置靈活、清潔環保、經濟節能、輸配便捷的優勢。然而DG也有受自然條件制約、單獨供電成本高、控制困難、不可調度、電能質量差的弊端。且DG滲透率較高時，用戶的供電可靠性和電能質量很難得到滿足。

微電網是指將DG、儲能系統、用電負荷、控制裝置與保護裝置結合在一起的一個小型的發配電系統。微電網技術的發展為DG的大規模系統應用提供了技術支持。通過有效降低間歇性電源DG的接入給配電網帶來的不利影響，充分利用電源DG出力，增強供電可靠性，可以實現微電網的并網和孤島運行。

1 含有DG的微電網并網對配電網的影響

含有DG的微電網并入配電網時將產生一下影響：

1.1 對配電網規劃產生影響

大量DG投入電力系統將加大負荷預測的難度，也使網絡拓撲結構中電源節點的增多，這都將影響配電網的一次和二次的規劃；同時，微電網和配電網的公共路連接點（point of common connection，PCC）必須裝設電力電子設備，規劃時的設備投資將增加。

1.2 對電能質量產生影響

由于采用逆變器并網方式，微電網接入將造成諧波污染；DG出力情況受環境條件制約，功率的波動會造成電壓波動與閃變、電壓偏移、頻率波動等問題。

1.3 對電網的運行和控制產生影響

DG接入配電網時，單個電源發電規模小且位置分散，給電網發電計劃的制定帶來困難；且DG屬于間歇性電源，較難與負荷協調控制。

1.4 改變配電網潮流分布

微電網的并網導致傳統配電網單端輻射供電的網絡結構改變，某些支路出現雙端電源供電甚至多端供電的情況，系統潮流也發生改變；個別DG出力情況的變化，將對系統潮流產生不確定影響。配網潮流分布改變將影響系統的電壓控制，也會使繼電保護配置方法和機理產生變化。

2 含有DG的微電網的保護配置分析

2.1 傳統配電網保護配置方案

傳統配電網中用戶側電壓等級較低，通常屬于中性點非有效接地系統。當單相短路故障出現，短路電流一般很小，可選用相間保護方式。

2.2 含有DG的微電網并網對三段式電流保護的影響

大量研究表明，微電網并網對配電網三段式電流保護的影響與其中DG的位置和容量，以及DG的滲透率等因素有關，其影響如下文所示。

2.2.1 導致本線路保護誤動

當微電網通過PCC向配電網饋電時，發生短路故障后，微電網通過線路向故障點輸送短路電流，導致故障線路電流增大，保護誤動的可能性加大，停電范圍擴大的概率增加。

2.2.2 導致保護靈敏度，甚至導致保護拒動

微電網通過PCC與配電網并網后，微電網的接入導致線路產生助增電流或者分流電流，從而影響使線路的故障電流的整定，進而導致線路靈敏度的相應改變，甚至導致保護拒動。

2.2.3 導致相鄰線路保護誤動，保護失去選擇性，擴大停電范圍

當微電網通過PCC向配電網饋電時，由于助增電流的存在，當本線路發生接地故障時，相鄰線路流過的短路電流增大，保護可能誤動，從而使停電范圍擴大，保護失去選擇性。

如圖1所示，當在本線路的k點發生接地故障時，微電網、配電網都會給故障點k提供短路電流。由于助增電流的影響，流過保護1的故障電流較未并入微電網時會有所增加，當微電網提供的故障電流較大時，保護1動作，切除本線路和相鄰線路，停電范圍擴大，保護的選擇性喪失。

2.3 微電網并網對自動重合閘的影響

自動重合閘（Auto reclosure，AR）可以有效避免因瞬時性故障引起的停電，提高電網的可靠性。微電網并入配電網后，瞬時性故障點持續電弧現象可能出現，造成自動重合閘失敗，微電網并網對配電網自動重合閘的影響如圖2所示：

如圖2所示，當k點發生瞬時性故障時，保護1動作，斷路器跳閘故障隔離。微電網未并網時，在AR的作用下線路很快恢復供電。微電網并入配電網后，會持續向故障點提供短路電流，干擾電弧的熄滅，甚至導致電弧重燃、持續電弧，使自動重合閘失敗；微電網形成的電力孤島與配電網一般很難保持同步，AR會導致非同期合閘的出現，產生的沖擊電流和沖擊電壓，危害系統安全運行。

3 結論

本文從不同層面分析了微電網并網時對電流保護選擇性、可靠性、速動性和靈敏性的影響。未來，微電網技術的發展將為DG的并網提供技術支撐，但始終未形成有效的可以大規模應用的保護配置配置方案，相關問題尚需進一步研究。

參考文獻：

[1]丁明，王敏.分布式發電技術[J].電力自動化設備，2004，24（7）：3136.