高崧耀+++賀鵬
【摘要】:微電網(wǎng)是由微電源、儲能裝置、臨近負(fù)荷及保護單元、控制系統(tǒng)組成的自主系統(tǒng)。微電網(wǎng)具有兩種運行模式,即并網(wǎng)運行模式及孤島運行模式。目前,微電網(wǎng)中存在一些基于故障分量的保護方法。故障分量是由故障本身引起的,獨立于負(fù)荷分量之外,不受負(fù)荷電流、過渡電阻的影響,具有較高的靈敏度。所以,基于故障分量的阻抗保護在輸電系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】:故障分量;微電網(wǎng);保護適用性
1、導(dǎo)言
在傳統(tǒng)的故障分量附加網(wǎng)絡(luò)中,只要故障點存在一個電勢源。但這里有個條件,即同步發(fā)電機的容量假設(shè)為無窮大,故障時電壓不發(fā)生下跌,可以供給很大的短路電流。逆變型分布式電源的容量有限,且輸出電流受變流器的約束,故逆變器出口電壓將在故障剎那間發(fā)生變化,從而在故障附加網(wǎng)絡(luò)中IIDG接入處發(fā)生等效的附加電源,使故障分量網(wǎng)絡(luò)中含有多個電源。
2、微電網(wǎng)繼電保護的特點及其困難
微電網(wǎng)的維護疑問與傳統(tǒng)配網(wǎng)維護有著極大不一樣,具體表現(xiàn)有:(1)因為分布式電源的存在,使得潮流具有雙向流通性;(2)微電網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)和獨立運轉(zhuǎn)兩種運轉(zhuǎn)形式下,短路電流巨細(xì)區(qū)別很大,影響繼電維護的整定核算。因而,如安在聯(lián)網(wǎng)和獨立兩種運轉(zhuǎn)形式下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出有效的呼應(yīng),甚至在聯(lián)網(wǎng)形式下也能迅速感知大電網(wǎng)故障,而且保證該維護的選擇性、迅速性、靈敏性與可靠性,是當(dāng)時微電網(wǎng)維護的要害,也是微電網(wǎng)維護研討的難點。
傳統(tǒng)配電網(wǎng)的通常構(gòu)造特點是呈放射型構(gòu)造而且由單電源供電,配電網(wǎng)的繼電維護是恰是基于此構(gòu)造進(jìn)行規(guī)劃和裝備的。當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)以后,配電網(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)造隨之發(fā)作改動。而當(dāng)有分布式電源存在的配電網(wǎng)發(fā)作故障時,除了電網(wǎng)電源向故障點供給故障電流以外,分布式電源也將對故障點供給必定的故障電流,改動了原有配電網(wǎng)的節(jié)點短路水平,然后影響傳統(tǒng)配電網(wǎng)相應(yīng)繼電維護設(shè)備的正常動作。而分布式電源的類型、安裝位置和容量巨細(xì)等因素都將對配電網(wǎng)的繼電維護形成影響。配電網(wǎng)絡(luò)的繼電維護,相關(guān)于高電壓大體系繼電維護而言,屬于簡單維護。配電網(wǎng)中常用的繼電維護有電流維護、電壓維護、反時限電流維護等。分布式電源接入配電網(wǎng)以后,原有配電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造發(fā)作了較大改變。在故障發(fā)作時,因為分布式電源助增電流的效果,流經(jīng)故障點的故障電流將增大。分布式電源的引進(jìn)改動了分布式電源鄰近節(jié)點的短路水平,對配電網(wǎng)繼電維護的準(zhǔn)確動作帶來影響;也改動了維護的規(guī)模和靈敏度,給各線路繼電維護的上下級合作帶來疑問。由此可知,關(guān)于分布式電源滲透率較高的微電網(wǎng),電流速斷維護在選擇性、靈敏度校驗上均不滿意維護的請求。
3、微電網(wǎng)故障分量保護原理分析
3.1含多個IIDG的微電網(wǎng)正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)
不失一般性,以圖1所示含IIDG的典型微電網(wǎng)進(jìn)行具體分析。圖中:ES為體系電源;ZS為體系阻抗;PCC為微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的公共連接點,本文只分析微電網(wǎng)并網(wǎng)運行的狀況;LD1,LD2,LD3,LD4均為負(fù)荷;IIDG1,IIDG2,IIDG3均為PQ操控的逆變型分布式電源;M1—M4,P1—P4,Q1—Q3,N1—N3為各母線處的分支饋線開關(guān),并代表地點的饋線稱號。
圖1 含IIDG的并網(wǎng)運行微電網(wǎng)
當(dāng)F1處發(fā)作故障時,可將IIDG等效為受控電流源模型。盡管逆變型分布式電源控制系統(tǒng)的非線性使得故障時期的電網(wǎng)不能等效為一個線性網(wǎng)絡(luò),但假如將受控電流源視為獨立電流源,此刻受控源的電流值仍為IIDG并網(wǎng)點電壓的函數(shù),而且不隨網(wǎng)絡(luò)在疊加過程中的改變而改變,則可以獲得如圖2所示的正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)。圖中:△i1,△i2,△i3分別為逆變型分布式電源輸出的等效附加電流;ZS1為大電網(wǎng)的等效正序阻抗;ZF為故障點的過渡阻抗;ΔUF為故障點的附加電源;ZMP,ZP1,ZQ1,ZMN為各線路的等效正序阻抗;Z1,Z2,Z3,Z4為負(fù)荷的等效正序阻抗。假定母線指向饋線的方向作為電流的參閱正方向,各饋線故障電流正方向如圖標(biāo)示所示。
由于受控制策略影響使得IIDG并網(wǎng)點電壓與輸出電流之間存在著很強的非線性關(guān)系,以及IIDG間的相互耦合,造成該網(wǎng)絡(luò)無法通過線性變換而直接求解。利用迭代修正的求解方法,十分復(fù)雜,很難得到具體的解析解。所以本文只進(jìn)行定性分析。
圖2正序故障分量附加網(wǎng)絡(luò)
3.2母線N處各饋線的正序電流故障分量
當(dāng)F1處發(fā)生故障時,母線N處的電壓降較小,IIDG3輸出的有功電流和無功電流均略有增大,其故障電流如圖3(a)所示。圖中,UN和UN.f分別為故障前后母線N的電壓,ΔUN為母線N處電壓的故障分量,i3為故障前IIDG3輸出的正序電流,i3.f為故障時IIDG輸出的正序電流,Δi3則為IIDG3輸出正序電流的故障分量;其他各圖中這些變量的含義與此類同。
由圖2可知, 且 ,其中負(fù)荷的正序阻抗Z4為感性,則可得到如圖3(b)所示的電流相量關(guān)系。
顯然,故障饋線N1上的正序電流故障分量幅值最大,方向與其余饋線的正序電流故障分量幾乎相反,即滿足
(1)
(2)
4、結(jié)論
綜上所述,如今,隨著新能源越來越被人們所重視,分布式發(fā)電也越來越快的發(fā)展起來,微電網(wǎng)作為大電網(wǎng)的補充,也越來越多的得到了應(yīng)用。然而對于包含微電網(wǎng)的電網(wǎng)保護方案,至今還沒有很多問題亟需解決,微電網(wǎng)的繼電保護策略迫切被需求。本文針對PQ控制的逆變型分布式電源,在故障時對其采用具有無功支撐能力的故障穿越控制策略,分析了不同電壓降時IIDG輸出故障電流的變化。并使用更加準(zhǔn)確的壓控電流源模型,通過正序電流故障分量的幅值和相位特征對微電網(wǎng)中的故障分量原理進(jìn)行了分析。
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