淺析微電網(wǎng)中的繼電保護(hù)問(wèn)題

嚴(yán)俊　嚴(yán)鳳

摘要：本文從配電網(wǎng)的規(guī)劃、電能質(zhì)量、運(yùn)行和控制與潮流分布四個(gè)維度分析了含有分布式電源的微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響。通過(guò)介紹微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)造成的三段式電流保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)、靈敏性與選擇性喪失的影響，指出了微電網(wǎng)中保護(hù)配置需要考慮的問(wèn)題。最后對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；微電網(wǎng)；保護(hù)

近年來(lái)大電網(wǎng)投入資金多、運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜的缺點(diǎn)日益顯現(xiàn)。在此背景下，分散在負(fù)荷附近并為其提供電能的的小型的發(fā)電系統(tǒng)問(wèn)世，它是以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電以及地?zé)岷统毕l(fā)電為代表的分布式發(fā)電[1]（distributed generation，DG）技術(shù)，并得到高度關(guān)注。

與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比，DG具有位置靈活、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、輸配便捷的優(yōu)勢(shì)。然而DG也有受自然條件制約、單獨(dú)供電成本高、控制困難、不可調(diào)度、電能質(zhì)量差的弊端。且DG滲透率較高時(shí)，用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量很難得到滿足。

微電網(wǎng)是指將DG、儲(chǔ)能系統(tǒng)、用電負(fù)荷、控制裝置與保護(hù)裝置結(jié)合在一起的一個(gè)小型的發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為DG的大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用提供了技術(shù)支持。通過(guò)有效降低間歇性電源DG的接入給配電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，充分利用電源DG出力，增強(qiáng)供電可靠性，可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)和孤島運(yùn)行。

1 含有DG的微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

含有DG的微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)時(shí)將產(chǎn)生一下影響：

1.1 對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響

大量DG投入電力系統(tǒng)將加大負(fù)荷預(yù)測(cè)的難度，也使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電源節(jié)點(diǎn)的增多，這都將影響配電網(wǎng)的一次和二次的規(guī)劃；同時(shí)，微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的公共路連接點(diǎn)（point of common connection，PCC）必須裝設(shè)電力電子設(shè)備，規(guī)劃時(shí)的設(shè)備投資將增加。

1.2 對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響

由于采用逆變器并網(wǎng)方式，微電網(wǎng)接入將造成諧波污染；DG出力情況受環(huán)境條件制約，功率的波動(dòng)會(huì)造成電壓波動(dòng)與閃變、電壓偏移、頻率波動(dòng)等問(wèn)題。

1.3 對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生影響

DG接入配電網(wǎng)時(shí)，單個(gè)電源發(fā)電規(guī)模小且位置分散，給電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃的制定帶來(lái)困難；且DG屬于間歇性電源，較難與負(fù)荷協(xié)調(diào)控制。

1.4 改變配電網(wǎng)潮流分布

微電網(wǎng)的并網(wǎng)導(dǎo)致傳統(tǒng)配電網(wǎng)單端輻射供電的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，某些支路出現(xiàn)雙端電源供電甚至多端供電的情況，系統(tǒng)潮流也發(fā)生改變；個(gè)別DG出力情況的變化，將對(duì)系統(tǒng)潮流產(chǎn)生不確定影響。配網(wǎng)潮流分布改變將影響系統(tǒng)的電壓控制，也會(huì)使繼電保護(hù)配置方法和機(jī)理產(chǎn)生變化。

2 含有DG的微電網(wǎng)的保護(hù)配置分析

2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)配置方案

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中用戶側(cè)電壓等級(jí)較低，通常屬于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。當(dāng)單相短路故障出現(xiàn)，短路電流一般很小，可選用相間保護(hù)方式。

2.2 含有DG的微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)三段式電流保護(hù)的影響

大量研究表明，微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)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(guān)，其影響如下文所示。

2.2.1 導(dǎo)致本線路保護(hù)誤動(dòng)

當(dāng)微電網(wǎng)通過(guò)PCC向配電網(wǎng)饋電時(shí)，發(fā)生短路故障后，微電網(wǎng)通過(guò)線路向故障點(diǎn)輸送短路電流，導(dǎo)致故障線路電流增大，保護(hù)誤動(dòng)的可能性加大，停電范圍擴(kuò)大的概率增加。

2.2.2 導(dǎo)致保護(hù)靈敏度，甚至導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)

微電網(wǎng)通過(guò)PCC與配電網(wǎng)并網(wǎng)后，微電網(wǎng)的接入導(dǎo)致線路產(chǎn)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(jìn)而導(dǎo)致線路靈敏度的相應(yīng)改變，甚至導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。

2.2.3 導(dǎo)致相鄰線路保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)失去選擇性，擴(kuò)大停電范圍

當(dāng)微電網(wǎng)通過(guò)PCC向配電網(wǎng)饋電時(shí)，由于助增電流的存在，當(dāng)本線路發(fā)生接地故障時(shí)，相鄰線路流過(guò)的短路電流增大，保護(hù)可能誤動(dòng)，從而使停電范圍擴(kuò)大，保護(hù)失去選擇性。

如圖1所示，當(dāng)在本線路的k點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，微電網(wǎng)、配電網(wǎng)都會(huì)給故障點(diǎn)k提供短路電流。由于助增電流的影響，流過(guò)保護(hù)1的故障電流較未并入微電網(wǎng)時(shí)會(huì)有所增加，當(dāng)微電網(wǎng)提供的故障電流較大時(shí)，保護(hù)1動(dòng)作，切除本線路和相鄰線路，停電范圍擴(kuò)大，保護(hù)的選擇性喪失。

2.3 微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)自動(dòng)重合閘的影響

自動(dòng)重合閘（Auto reclosure，AR）可以有效避免因瞬時(shí)性故障引起的停電，提高電網(wǎng)的可靠性。微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后，瞬時(shí)性故障點(diǎn)持續(xù)電弧現(xiàn)象可能出現(xiàn)，造成自動(dòng)重合閘失敗，微電網(wǎng)并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)重合閘的影響如圖2所示：

如圖2所示，當(dāng)k點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，保護(hù)1動(dòng)作，斷路器跳閘故障隔離。微電網(wǎng)未并網(wǎng)時(shí)，在AR的作用下線路很快恢復(fù)供電。微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)后，會(huì)持續(xù)向故障點(diǎn)提供短路電流，干擾電弧的熄滅，甚至導(dǎo)致電弧重燃、持續(xù)電弧，使自動(dòng)重合閘失敗；微電網(wǎng)形成的電力孤島與配電網(wǎng)一般很難保持同步，AR會(huì)導(dǎo)致非同期合閘的出現(xiàn)，產(chǎn)生的沖擊電流和沖擊電壓，危害系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3 結(jié)論

本文從不同層面分析了微電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)對(duì)電流保護(hù)選擇性、可靠性、速動(dòng)性和靈敏性的影響。未來(lái)，微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將為DG的并網(wǎng)提供技術(shù)支撐，但始終未形成有效的可以大規(guī)模應(yīng)用的保護(hù)配置配置方案，相關(guān)問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁明，王敏.分布式發(fā)電技術(shù)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，24（7）：3136.