微电网继电保护的研究与应用

李克磊

摘 要：本文在区域差动保护和正反方向阻抗的理论基础上，结合微电网接入后对配电网的设备要求，对配电网设备提出了配电网保护和低压配电保护解决方案。经过具体的施工实践证明，区域差动保护可以有效解决微电网与常规配电网多电源或重合闸等接入时所出现的保护影响，而分布式电源与低压配电网接入时所产生的影响完全可以通过正反方向阻抗低压配电来解决。

关键词：继电保护；研究；微电网

所谓微电网，指分布式发电、能量变换装置、储能装置以及有关负荷等组成的发电系统。当微电网接入后，会引发电力系统保护新问题。微电网会随着渗透率和DG数量的不断增加，内部潮流的方向有可能发生改变，进而影响了整个电力网络。微电网在并网运行过程中，其潮流是呈双向流动的状态的，而常规配电网的流动特征会受到并网时双向流动的影响发生改变。另外，在进行微电网接入时，必须要运用到电力电子技术，并以“柔性”的方式进行微电网的接入。由于微电网的电源特征不同于平常发电机，在接入微电网后，配电网的继电保护与低压配电都将受到微电网的影响。

1 微电网接入影响

1.1 对常规配电网保护的影响

当微电网与配电网接入时，会改变配电网原有的电流量及流向，从而降低其保护的灵敏度、拒动以及误动。针对灵敏度，并非全部降低，部分保护灵敏度会得到增加。

如图1所示，当K3出现接地故障时，受MG分流作用影响，B3所受故障电流减小，并且灵敏度出现降低。但K2出现接地故障时，B4将会顺着MG的故障电流流动，增加保护B4的灵敏度。

1.2 对配电网继电保护影响

常规配电网一般是10kV，其运行方式有两种，分别是单向辐射型网络式和环网型开环式。传统的单端电源过流保护没有方向元件，当DG接入后，配电系统会发生转变，成为多电源网络，配电网的潮流分布在运行过程中会出现变化，同时，故障后短路电流量及流向与分布都会受到影响而产生不同程度的变化，打乱传统保护的配合关系，新的需求将无法从保护行为与性能上得到满足。随着DG的接入，形成两侧电源，这等于在配电网接入了一个常规发电机，所以，会像传统两侧电网那样，对继电保护的影响依然是相邻线路保护误动问题，重合闸无法顺利熄弧，导致重合失败问题。

2 微电网接入配电网的保护对策

2.1 配电一次设备与继电保护要求

由于微电网接入后，快速的故障隔离要求无法从传统配电一次设备上得到满足，所以，需要将配电网一次设备进行以下调整：对每个10KV以上的配电网都设置断路器。对0.4KV低压配电网全部配置可支持外部遥控功能的断路器。最后在进行微电网的接入时，不要改变原来原来0.4KV低压配电网的接地方式，结合DG接地情况再进行施岛运行。

2.2 区域差动下的继电保护方式

（1）区域差动主保护。可以根据差动保护对象将10kv电压配电网分化成多区域，然后再进行保护。区域差动保护主要通过启动判据和比率制动判据组成与门出口。考虑到微电网中只能采集单元的局部控制层、配电网调度层配电网调度系统与中央控制区域差动保护这三层结构的区域差动保护，应考虑网络构建的一致性。为了使其可靠性能有所保障，区域差动保护集中控制层采用双冗余配置。实质上差动保护网络指的就是通过收集和分配系统以及状态信息区域中的每个节点的电流差动保护，最终实现以最快的速度完成故障自动定位与故障隔离；（2）后备保护。在区域差动保护过程中，如果配置发生故障而失灵，此时后备保护会从临近断路器将故障隔离。对超过10KV（包括10KV）的配电网系统实施双套区域差动保护，可以使其灵敏性、可靠性及运作性得到保障。从“对主保护进行强化、对后备保护装置进行简化”这一原则来看，可以用简单的带时限过流对配电网系统进行配置，然后通过智能采集单元来实现预防主配电网丧失防护的作用。

实时智能采集单元配置后备保护功能，线路就地采集单元配置距离是线路与母线的后备保护，然后为了使变压器具备后备保护，可以将过流保护装置在变压器就地采集单元。将定值限方向过流保护配置到配电升压变压器的高压侧。变压器内部故障有了后备保护，低压母线故障的灵敏性也有了保障。装置定时限过流保护的配电降压变压器可以按躲过最大负荷电流整定。

2.3 如何对反方向阻抗继电器的低压配电网实施继电保护

DG馈线单元配置对低压配网系统是非常重要的，尤其在低压配网系统具备微电网的条件下，缺少DG馈线单元配置就会形成负荷出线，就会导致正方向阻抗继电器丧失延迟出口，最终使保护线路发生故障。若有DG馈线单元配置器、反向配置时，延时现象没有在正方向抗阻继电器中出现，反方向抗阻继电器将延长0.5秒释放，其对低压母线故障有较好的保护作用。正方向阻抗继电器根据避免设置最大负荷设定值，当线或白色出现短路时，此时继电器动作的延时将为0秒，出口跳跃线路断路器。

在相反方向的阻抗继电器，按躲过变压器高压侧短路，或者根据避免高压侧出口速度故障保护终端短路的设定值，设定值小，其保护变压器内部部分范围（或高压线，低线），固定值不能太大，避免误操作时，高压侧短路。这个距离保护配置，在微电网投入运行是电网运行和关闭，可以起到保护的效率，是一种微电网在离网运行时的保护，在微电网并联运行时，0.4 kV低压系统可以跳机保护断路器。

3 工程实践

通过用微电网来接入配电网集中保护控制装置，可以将继电保护功能大幅度提升，使其在定位、故障识别与故障隔离等功能上都得到了保障，另一方面，为了使分布式电源能够在多电源及运行状态下将微机保护作用发挥出来，应根据微电网系统制定一系列处理措施。除此之外，微电网保护配置方案已经得到国家电网的许可和认证，证明该项目含有微电网的智能配用电系统控制保护功能。

4 结语

本文通过微电网对接入配电网设备时的要求，对微电网与配电网接入后所产生的影响进行了详细的分析，并提出基于正反方向阻抗解决低压配电保护的解决方案，以及区域差动保护解决配电网保护的解决方案，通过工程的实践运用，得出区域差动保护可以将微电网接入配电网时所带来的影响有效解决，而针对微电网与低压配电网相接所发生的保护影响，可以利用正反方向阻抗继电器来解决。endprint