含微网配电系统的继电保护问题分析

韩雪

摘 要：分布式含微网配电系统是我国未来配电网发展的必然趋势，分布式含微网配电系统与传统配电系统存在着较大差别。当分布式的电源接入到配电网当中，将会对配电网产生重大影响，例如，对配电网的结构、故障电流大小以及电流方向等因素都有影响。为了有效解决新型配电网的保护技术的问题，文章将对含微网配电系统的继电保护问题进行分析。

关键词：含微网配电系统；继电保护；问题分析

前言

微网是指由分布式电源、储能电源、相关监控、保护装置以及系统用电电荷等汇聚而成的自治发配电子系统，该系统既能实现并网运行，又能够独立运行。分布式微网系统，以在用户侧安装分布式电源的方式，形成微网结构，能够有效减小网络中损耗，尤其是在特殊情况下还能够实现对用户用电的供应。该配电系统中继电保护问题是关键，为此，文章将对含微网配电系统的继电保护问题进行详细分析。

1 微网配电系统概述

分布式电源在接入到配电网中可以采取两种方式，一是可以采取并网运行的方式，二是采取独立运行的方式。当分布式电源以并网方式接入配电网中时，将会对配电网的实际运行产生影响。供电部门为了充分发挥出并网运行的优势，对分布式电源中存在不利因素消除，结合传统电网发电方式，制定出联网方案：第一，将分布式的电源输出，由直流转换为交流，并与交流网同步。第二，分布式电源的交流输出，需要直接为特点电荷供电。第三，与交大电网隔离，形成独立电网运行系统。在实际的电网运行中，为了保证分布式发电系统的有效运行，并对其在大电网中接入的安全问题进行解决。需要取代单一分布式电源的直接接入，将分布发电系统组网，该微网配电系统就是一个自治系统，不仅具有可控性，还能够满足用户的多样化需求。例如，在实际的电网供应中，能够实现局部供电增强、提升线路中电压的校正等[1]。

2 分布式电源接入到配电网对继电保护系统的影响分析

将分布式电源接入到配电网，使得传统的单电源辐射网络发生变化，进而转变为一种多源网络。分布式电源的接入，对系统的电流、流向或者分布都带来一定的影响。分布式电源并网形式的出现对配电网中的继电保护系统影响较大，主要表现在以下三方面：

2.1 线路保护灵敏度降低

当在一个含微网的配电系统中，当线路系统中出现故障点时，系统电源将会对故障点提供短路电流。当分布式电源接入到系统中后，在同一位置发生故障时，其短路电流将由系统电源和分布式电源同时提供。但是故障点却只能接受一种电路电流，一般情况下只能接收系统电源的线路电流供应。而正是有分布式电源的接入，使得系统电路电流较小。在这样的情况下，系统的电流灵敏度降低，严重的情况下将出现缓动。分布式电源接入值越大，其对灵敏度的影响也越大[2]。

2.2 线路保护误动

在进行分布式电源接入之前，配电网系统中是单电源辐射结构，其电路中的短路电流方向就是电源所指向的方向，基于这样的线路背景，其进行元件安装环节中不需要进行方向元件的安装。在并联且相邻的2号线路上发生故障时，对于1号线路处的线路保护装置不能感受到故障电流，而接入分布式电源时，依然是在2号线路处发生故障，2号线路上的线路保护能够感受到故障电流，当故障电流足够大时，在1号线路上将会出现线路保护误动[3]。

2.3 相邻线路瞬时速断保护误动

在配电网中以串联方式相连的两个元件F2、F3，当在F2处发生故障时，系统中的短路电流只由系统提供，当分布式电源接入带系统中时，F2处的短路电流将由系统和分布式接入电源统一提供，在F3继电保护处也会感受到故障电流，因此线路中的继电保护发挥出作用，进而出现速断保护误动，针对F3来说，其失去了线路运行选择性[4]。

3 分布式电源微网配电系统仿真

3.1 含一个分布式电源仿真

在含一个分布式带电源的仿真中，采取额定功率为10kV的风力发电机为分布式电源，接入到配电网中。变压器的变比为10.5/0.38kV，系统负荷为冷、热、电三种负荷构成。系统的构线为单母线结构，系统中接受配电网一回10kV进线。分别对不同电源类型进行仿真分析，为了实现对不同电源类型中电气量的变化情况进行分析，需要设时间为1s，采样周期为1ms。

3.1.1 同步发电机时故障信息判断

设系统故障点F2，相邻故障点F1。在系统中F2处的故障判断角度为140°～180°，满足正向故障判断，且故障在1s内的变化比较大，相邻故障点情况比较类似，但是F1点的故障电流主要由主系统提供。当主系统的容量较大时，短路电流较大。故障元件的灵敏度判断比较高。

3.1.2 异步发电机时故障信息判断

在异步电动机接入系统中，对系统中发生短路故障时F2进行分析，实际故障发生在距离100米的母线之间，其角度在140°～180°，满足正方向的故障判据。而另外一个故障点在0°～80°，满足反方向的故障判据，但是其与正向判据相比，灵敏度较低，但是也不影响其将正确的故障信息反映出来。

当在配电网中接入一个分布式电源时，其主要有两种形式，第一，异步发电机接入形式；第二，同步发电机接入形式。这两种形式在系统故障信息判断中存在着一定的差异性。对两种电源的接入形式进行对比分析，异步发电机的电源接入形式对元件的影响比较小，在任意时刻，方向元件都能够作出故障判断。而同步发电机电源接入形式对元件的影响比较大[5]。

3.2 含多个分布式电源仿真

假设在一条线路中引入两台分布式电源，并且规定所接入的电源为同步发电机。两台发电机的额定容量为DG1=0.5MVA，GD2=0.6MVA，两台发电机都发出有功。当在P2处发生电路故障时，与其线路相连且距离300ms以内的方向元件P6能够准确的向系统中反应出故障方向，而另外一个方向元件P7也能够检测到故障，且其检测到的故障信息与P6一致。从系统仿真图像上可以看出，当在同一故障点发生短路时，P7和P6的方向元件检测结果相同，其对故障判断的角度也相同。换言之，两相短路方向元件能够在任意时刻，对故障发生的方向进行详细判断。从多个分布式电源接入的故障分析中，可以看出，当采用同步发电机时，在线路中无论发生何种形式的短路故障，其正方向的故障元件，都能够对系统中的故障进行准确判断。但是发生在反方向故障时，由于分布式电源本身的频率影响，会使得系统发生误判。当系统中采用的是异步发电机，其频率不发生变化，在线路系统发生故障之后，方向元件都能够正确判断出系统中的故障的方向。

4 结束语

随着电网系统的不断完善，分布式电源接入到配电网中，为电网系统发展带来生机。微网与大网之间的相互补充，是未来配电网发展的主要方式。文章对微网配电网系统进行分析，微网配电网系统在实际的电网供应中，能够实现局部供电增强、提升线路中电压的校正。为了提升微网配电网运行，文章对分布式电源接入到配电网对继电保护系统的影响进行分析，并进行了含微网配电系统的继电保护的仿真。

参考文献

[1]李蕾帆.含微网配电系统的保护问题研究[D].西华大学，2012.

[2]陈鉴.一种含微网的配电网过电流保护方案研究[D].西南交通大学，2013.

[3]武成龙.配电系统继电保护存在的问题及对策研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2009，2：246.

[4]魏建峰，李爱玲.配电系统继电保护若干技术问题的探讨[J].太原大学学报，2011，4：135-137.

[5]王东.城市电网10kV配电系统继电保护的分析探讨[J].黑龙江科技信息，2013，22：130.