基于微電網孤網運行情況下的繼電保護

夏瑩+譚江平+劉年

摘要

微電網的應用，能夠有效降低輸配電成本，并增強其可靠性與環保效益，日漸成為電力行業的研究熱點。隨著分布式發電（Distributed Generation，DG）的并入，微電網的潮流特征由傳統配電網的單線流動性轉變為雙向流動性，使傳統配電網的電流三段式保護，無法滿足配電網保護的新標準要求。但微電網孤網運行能夠實現不間斷供電，增強了供電過程的可靠性保障。因此，本文基于微電網孤網運行情況，對繼電保護的相關研究展開簡要分析。

【關鍵詞】微電網 孤網運行 繼電保護

1微電網孤網運行

孤網運行是微電網當中的一項重要特征，它為重要負荷的供電過程提供了更有利的保障。離網運行是在電網故障或者計劃需要時，與主配電系統斷開，再通過負荷、儲能裝置和DG繼續運行的一種運行方式，其主要特征是：通過分布式電源獨立供電；獨立于主電網系統并能夠運行；電壓與頻率保持在允許范圍。微電網的孤網運行，重要作用就是保證離網運行情況下，微電網的穩定，同時最大限度的供給更多負荷電能。

2微電網孤網運行的繼電保護故障形式與故障點

2.1微電網繼電保護故障形式

傳統配電網系統中的供電電源是輻射狀單端電源，這種系統中的饋線保護，不需要方向元件的配置，而且多數為三段式電流保護方式。微電網的接入，短路故障時不僅大電網向故障節點輸送短路電流，微電網也會向故障節點輸送短路電流，這種情況下的配電網系統，就成為了一個過電源供電的配電網，進而改變配電網中的短路狀況。微電網電源類型與運行方式等決定性因素的改變，對網絡繼電保護的有效運行會產生重要影響。微電網接入單向輻射型配電網，對傳統配電網保護造成的改變主要表現在末端故障電流靈敏度降低、相鄰線的故障保護誤動、重合閘不成功等系列問題。

2.2微電網故障點

2.2.1饋線初始位置

如圖1所示，在饋線的初始位置接入DG，會造成全部保護裝置無法運行，需要按照最大運行方式，對繼電保護系數進行全新的整定計算。

2.2.2饋線中間

如圖2所示，在饋線中間位置接入DG，若在相鄰線路2上的kl節點處發生短路故障，則可能發生故障電流有DG向故障節點輸送的現象，進而造成相鄰線路1上的保護裝置3的誤動作。若相鄰線路1上的k2節點處發生了短路故障，則會引起保住裝置3的靈敏度降低，進而導致繼電保護動作，在這種情況下，繼電保護系數需要誠信整定計算。

2.2.3饋線末端

當DG接入饋線末端時，系統與DG之間會轉變為雙電源供電形式，而其他的區段仍保持單電源供電。當相鄰線路2上的kl節點處，發生短路故障時，可能發生故障電流由DG向短路節點輸送的現象，進而造成相鄰線路1上的保護裝置1、2、3誤動作。

3微電網孤網運行狀態下的保護策略

3.1離網運行檢測方法

3.1.1電壓和頻率檢測法

利用過壓或欠壓、高頻率或低頻率的檢測方法，在逆變器并網分布式光伏發電系統當中的離網運行狀態檢測當中，能夠達到預期效果。

3.1.2電壓相位突變法

電壓相位突變的檢測方法，主要檢測逆變器輸出端的電壓與電流之間的相位關系。在正常的并網運行狀態下，兩者保持一致，當相位發生突變，且超過離網檢測的臨界點時，可判定離網運行狀態。

3.2繼電保護策略

微電網常常需要在并網與孤網兩種運行狀態之間反復切換，而微電網保護策略就是處理兩者變換時的故障發生。微電網的接入造成的電源轉換，對微電網孤網運行狀態下的繼電保護造成了更大的挑戰，導致一些更有效的保護措施相繼出現。

3.2.1正、反方向阻抗器對低壓配電網的繼電保護

當低壓配電網當中接入了微電網，在接入DG的饋線區段，安裝正、反方向的阻抗繼電器，能夠達到距離保護的目的。這種方式的應用在出線故障當中，需要無延時出口的正方向的阻抗繼電器；當低壓母線發生故障時，延時0.5s出口的反向阻抗繼電器能夠達到保護效果。

3.2.2電壓擾動保護

在微電網處在孤網運行狀態時，故障電流與并網狀態下的故障電流相比，要小得多，十分不易檢測。這種情況下，可以通過對電源的輸出電壓進行擾動檢測，能夠有效辨別是否發生故障，進而判斷故障類型。通過標準電壓互感器對逆變器出口處三相端電壓進行檢測，然后將繼電器與三相坐標系下分量進行轉換。再由檢測信號與周期更新的參考信號進行比較，得出擾動電壓。由擾動電壓的值能夠準確判斷出故障類型。

4結束語

綜上所述，本文對微電網孤網運行狀態下配電網繼電保護故障進行了簡要介紹，并提出相關孤網運行狀態的檢測方法以及保護策略。隨著微電網在傳統配電網中的接入，傳統電力系統的網絡結構變成了多端網絡結構，使配電網的繼電保護難度相應增加。在接入DG的饋線區段安裝正、反方向的阻抗繼電器，或通過擾動檢測，能夠實現繼電保護。

參考文獻

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