論分布式發電保護與微網保護

楊廣麗

摘 要：隨著社會發展對能源需求量的日益增加，以及社會環保意識的逐漸增強，分布式發電技術得到了日益廣泛的應用。通過微網的形式將分布式電源接入大電網配網運行，能有效發揮分布式發電系統的最大效益。分布式發電保護與微網保護對于分布式發電系統的正常運行具有至關重要的意義。本文淺析了分布式發電保護和微網保護的策略，以期為我國的繼電保護提供借鑒。

關鍵詞：分布式發電保護；微網保護；配電網

前言：隨著電力負荷需求的日漸增長，新能源發電的研究取得了巨大的進展。分布式發電具有位置靈活分散的特點，能實現對分散電力需求和資源分布的良好適應，能實現對配電網升級投資的有效延緩。但是分布式發電具有較高的單機接入成本和較強的運行不確定性，因此大電網對分布式發電采取了隔離限制的措施。為充分發揮分布式發電的效益，采用微網對分布式發電進行有效的集成應用。

一、分布式發電保護

1、分布式發電保護的研究對象與方法

分布式發電接入配電網，對傳統的配電網帶來了巨大的影響。為分析這種影響，有必要對傳統配電網的保護方式進行研究。常見的實現中低壓配電網的自動化保護的方式有三種，分別是：（1）不具備自動化的配電網，多采用段式電流保護，以熔斷器、斷路器作為主要的保護設備。（2）通過重合器模式實現自動化的配電網，通過各種自動開關設備，諸如重合器、分段器等的相互配合，隔離定位故障。（3）通過饋線終端單元實現自動化的配電網，通過通信基礎、斷路器、FTU與主站系統，實現故障定位隔離[1]。對于以上三種對象，保護設備的相互配合遵循選擇性原則。2個保護設備可以形成3段線路，如圖1所示：

2、分布式發電保護策略

當前，對分布式發電保護主要有以下研究方向：在接入分布式發電的情況下，盡量減少對傳統配電保護的影響；對于分布式發電保護的接入，尋找較完善的保護方法，忽略對傳統配電網的影響。在以上研究方向下，對分布式發電保護主要有以下四種方法：（1）當配電網發生故障時，立即退出分布式發電，確保傳統配電網的保護不受影響。（2）對分布式發電的容量和接入位置進行限制，不調整傳統配電網。（3）通過對故障限流器等故障電流限制手段的引入，降低故障時分布式發電的影響，不調整傳統配電網。（4）網絡化數字保護依賴于通信，因此需要調整配電網。

故障發生時，分布式發電迅速離網技術具有較高的可靠性。現行的一些標準，諸如IEEE 1547規定，并網分布式發電，在故障發生時及自動重合閘前要離網。但是在電網實際運行中，分布式發電在故障發生時推出不及時，甚至在某些情況下，切除故障之后，分布式發電仍然可以并網供電。因此，要對分布式發電并網運行的情況下保護設備的配合行為進行考慮。在這種情況下，要對分布式發電的容量和接入位置進行限制，較為有效的方法是對故障電流限制手段的引入。在這種方式下，要根據實際情況的具體要求，整定原有保護設備，最終實現對被隔離故障區域的縮小[2]。

網絡化數字保護對傳統配電網的保護改造很大，且對通信設備較為依賴，需要較大的成本投入。當分布式發電較多時，要對之進行合理的規劃，構成更為可取的微網。

二、交流微網保護

交流微網是一種微型電網，主要由多個負荷和微型電源組成。微網與配電網的連接是通過唯一的接口，微網一方面可以獨立運行，另一方面，也可以實現并網運行。對交流微網的保護主要有兩種：一種是不依賴通信的保護，一種是依賴通信的保護。

1、不依賴通信的保護

微網不依賴通信的保護，主要是基于零序負序分量和差動電流分量。不依賴通信的保護提供了保護微網的一種思路，但是這種保護針對的是較為簡單的微網結構，具有較強的針對性，對微網的保護不具通用性。對于復雜的微網結構，采用這種保護方式，可能造成較為矛盾的結果。這主要是由于微網具有雙向潮流的特點，傳統保護中的選擇性原則很難滿足此要求。將開關站設置在微網中，科學合理地設計開關站的結構，可以實現微網保護對通信依賴的減少。對微網設計開關站時，可以對高壓變電站的接線結構進行借鑒。常見的變電站接線方式有以下幾種：雙母線、單母線、3/2斷路器等。其中可靠性最高的接線方式是3/2斷路器[3]。以該方式為例，對微網開關站進行構建，如下圖所示：

2、依賴通信的保護

微網具有雙向潮流的特性，通過對多點信息的利用，能加強對故障點的判斷。網絡化數字微網保護的基礎是通信，通過對微網級的通信網絡進行構建，對微網多處的電流電壓信息進行利用以實現對故障的綜合分析和判斷，有利于實現保護微網的目標。網絡化數字微網保護要注意以下方面：要確保保護算法的快速有效；要確保通信網的快速可靠；要實現多點電流電壓信息的同步。

3、微網獨立與并網運行時的保護

微網在獨立運行和并網運行兩種不同方式下，具有不同的電流，且電流差異較大。分布式發電通過逆變器進行交流電的輸出，會受到電力電子器件過流能力的限制，在故障發生時，無法實現對足夠大的短路電流的提供。因此，在微網獨立運行情況下，采用微網并網運行時的保護策略，是不可行的。反之也是這樣。對微網獨立運行和并網運行兩種情況的保護策略，主要有以下兩種：一種是對保護策略進行統一設計，使該保護策略同時適應微網運行的兩種情況；一種是通過限制條件的設置，使保護策略只針對一種運行情況有效[4]。

三、直流微網保護

1、直流微網存在的可行性

直流輸電相對于交流輸電，具有諸多優勢：系統穩定、能實現對短路電流的有效限制、對交流系統可以實現異步相聯、具有較低的造價、不存在無功損耗、不存在集膚效應等。在區域適合的情況下，對小規模低壓直流微網的構建，能提高效率和經濟性，但要注意保持區域的規模，避免由于區域規模過大而導致直流微網存在可行性的喪失。

2、直流微網保護的分析

低壓直流微網的結構如下圖所示：

由于低壓直流微網規模較小，因此其保護較為簡化。其主要的保護設備有：直流負載供電線路的保護、電源線路的保護等。當發生接地故障時，不同的接地系統會對故障進行鑒別。

結語

分布式發電保護和微網保護是繼電保護的重要組成部分，對于繼電保護的發展具有至關重要的意義。本文希望通過對分布式發電保護和微網保護的思考與分析，為繼電保護的發展提供借鑒。

參考文獻

[1]趙上林， 吳在軍， 胡敏強，等. 關于分布式發電保護與微網保護的思考[J]. 電力系統自動化， 2010， 34（1）：73-77.

[2]趙上林. 分布式發電保護和微網保護的研究[D]. 東南大學， 2012.

[3]劉云， 許健， 王家華，等. 分布式發電微網保護解決方案[J]. 電腦知識與技術， 2012， 08（4）：935-938.

[4]黃偉， 雷金勇， 夏翔，等. 分布式電源對配電網相間短路保護的影響[J]. 電力系統自動化， 2008， 32（1）：93-97.