微网群接入对配电网保护影响分析

石毅，马浩

（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255049）

微网群接入对配电网保护影响分析

石毅，马浩

（山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255049）

以包含微网群的配电系统为模型，首先讨论了单个微网于不同位置接入配电网时，对原有配电网继电保护及安全自动装置的影响。然后综合分析了微网群并网对配电网继电保护的影响，最后对上述理论分析做了仿真验证。通过分析单微网于不同位置以及微网群大规模接入对配电网继电保护的影响，旨在为含微网群的配电网新型继电保护算法研究提供一定的理论依据。

微网群；配电网；继电保护；短路电流

0 引言

传统配电网保护采用传统三段式电流保护方案，即：瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。其中，电流速断保护按照躲过本线路末端短路时流过保护的最大短路电流整定，瞬时动作切除故障，但不能保护线路全长；定时限电流速断保护按照本线路末端故障时有足够灵敏度并与相邻线路的瞬时电流保护配合的原则整定，能保护本线路全长；过电流保护按照躲过本线路最大负荷电流并与相邻线路过电流保护配合的原则整定，能保护本线路及相邻线路的全长。此外，对于不需要与相邻线路配合的终端线路，电流速断保护按照本线路末端短路有足够灵敏度的原则整定，能保护线路全长［1］。

文献［2-10］对分布式电源并网给配电网的潮流分布及继电保护带来的影响进行了分析，分布式电源并入配电网后，使原有的潮流方向发生改变，短路电流的方向及大小均有不确定性，对原有配电网保护产生巨大影响。微电网为分布式电源的集合，容量更大，控制方式更灵活，对潮流及短路电流分析时，在一定程度上微网可等效为分布式电源。通过分析微网群并入配电网后，对配电网继电保护的影响，旨在为今后研究含微网群的配电网新型继电保护提供可靠的理论基础。

1 不同位置并入微网对配电网保护的影响

微网的并入给传统的配网保护带来一系列问题：配电网的结构发生了改变使得单辐射配网变成了多端供电网络；配网潮流的大小和方向均具有不确定性。传统的配网保护已经不能满足含微网群的配网保护，微网群接入配电网可能导致原有保护装置的灵敏性降低或选择性失去，使得保护装置拒动或误动。微网的接入位置不同，故障电流的大小和流向也会有所不同，对保护装置动作行为的影响也就不同。

1.1 微网由线路末端接入配电网

微网由线路末端接入配电网，如图1所示。当微网由某一线路末端接入配电网时，微网对不同位置发生短路故障时的影响是不同的。

图1 微网由线路末端接入配电网

1.1.1 相邻线路故障

当F1点发生故障时，若微网所提供的短路电流不足以使其上游QF4处的保护装置误动作，QF1处有来自系统电源以及微网所提供的短路电流流过，会增加QF1处保护的灵敏度，保护装置可迅速起动，切除线路，因此QF2处不会有短路电流流过。QF3与QF4处的保护均会有由微网提供的短路电流流过，如果微网的容量过大，其所提供的短路电流可能会使QF4处的保护误动作，切除本线路，微网作为独立电源向L4处的负荷供电，形成电力孤岛，为避免孤岛效应对电能质量、系统及用户设备的危害，应使微网解列。

当F2处发生故障时，QF1处保护同样有来自电源以及微网的短路电流流过，若微网所提供的短路电流不足以使其上游QF4处的故障误动作，则可能会使QF1处流过的电流超过其动作值而失去选择性断开其所在支路。若QF1处不动作，则QF2处的保护会因短路电流的增大而增加其灵敏度，使其保护能够迅速启动，断开故障线路。QF3与QF4处的保护均会有来自微网的故障电流流过，如果微网的容量过大，其所提供的短路电流可能会使QF4处的保护误动作，切除本线路，此时，微网作为独立电源向L4处的负荷供电，形成电力孤岛，为避免孤岛效应对电能质量的影响应使微网与配电网断开。

1.1.2 微网所在馈线故障

当微网上游F3点故障时，QF1与QF2处的保护不会有短路电流流过，故其动作不会受到微网的影响。若微网所提供的短路电流不足以使其上游QF4处的保护装置误动作，则流过故障点的电流由系统电源以及微网提供。QF4处保护则会出现两种情况：一是微网提供的短路电流过大，使其误动作，微网作为独立电源向L4处的负荷供电，形成电力孤岛，为避免孤岛效应对电能质量的影响应使微网与配电网断开；二是QF4不动作，QF3处动作，微网作为独立电源持续向故障点送电，可能会使故障加剧，因此应当使微网与配电网断开。

当微网上游F4点故障时，QF1与QF2处的保护不会有短路电流流过，故其动作不会受到微网的影响。QF3处流过的故障电流仅由系统电源提供，故其保护不会受到影响。由于故障点同时流过系统电源提供的正向电流以及微网提供的反向电流使短路电流值减小，可能会使QF4处保护装置拒动。

1.2 微网由线路中间位置接入配电网

1.2.1 相邻线路故障

微网由线路中间位置接入配电网，如图2所示。当F1点故障时，若微网提供的电流不会使其上游的QF3处保护误动作，则QF1处的保护会有来自系统电源以及微网的短路电流流过，会使其灵敏度增加，能够迅速反应断开故障支路，QF2因此不会有故障电流流过。微网并网点上游的QF3处保护会有微网提供的故障电流流过，若此电流过大，则QF3处保护可能误动作。微网并网点下游的QF4处保护不会有故障电流流过，因此微网的并网不会对QF4的保护动作产生影响。

图2 微网由线路中间位置接入配电网

当F2点故障时，若微网提供的电流不会使其上游的QF3处保护误动作，则QF1处的保护会有来自系统电源以及微网所提供的短路电流流过，若此电流超过其动作值，则会引起QF1处的保护因失去选择性而断开。若QF1处保护不动作，QF2处保护流过的电流为系统电源与微网提供的短路电流，其灵敏度会增加，保护能够立即动作断开故障支路。QF3处保护有微网提供的短路电流流过，若此的电流过大，则会使QF3处保护误动作。QF4处的保护不会有故障电流流过，因此对其保护无影响。

1.2.2 微网并网线路故障

当微网并网点上游F3处故障时，相邻线路的QF1与QF2不会有故障电流流过，其保护不受影响。由于故障点同时流过系统电源提供的正向电流以及微网提供的反向电流使短路电流值减小，可能会使QF3处保护装置拒动。微网并网点下游的QF4不会有短路电流流过，因此其保护亦不受微网并网的影响。但微网会作为独立电源向故障点持续送电，可能会使瞬时故障演变为永久性故障，因此要及时将微网与配电网断开。

当微网并网点下游F4处故障时，相邻线路的QF1与QF2不会有故障电流流过，其保护不受影响。QF3处的保护流过的电流为系统电源提供的电流，其保护不受影响。QF4处保护流过的故障电流由系统电源与微网同时提供，会增加其灵敏度，能够及时可靠动作，切断故障线路。

2 微网群并网对配电网保护综合影响分析

微网群接入配电网后将改变配电网的拓扑结构以及潮流分布，使原有辐射型网络变为多端有源网络，配电网的保护装置可能会因微网群的接入而拒动、误动，从而影响保护的选择性和灵敏性。

图3 含微网群并网的配电网结构

选取特殊位置并入微网，分别位于母线M某一点的微网1、某一馈线中部的微网2，以及某一馈线的末端的微网3，系统结构如图3所示。忽略微网内部故障，假设微网内部各分布式电源的发电量已满足微网内部负荷所需，将其视为独立电源向配网供电。分别分析接入位置不同的微网对其保护上游、保护下游及相邻母线故障的影响。

2.1 无微网并入馈线短路

当F1点短路时，QF2处保护无短路电流流过。在微网并入之前，QF1处保护的短路电流由电源提供，当微网1、2、3并入配网之后，QF1处保护则有来自电源及并入母线的微网M1，以及并入相邻馈线的2、3所提供的短路电流流过，QF1处保护的灵敏度会大幅度增加，即时断开。与此同时，QF4处的保护有来自馈线末端微网3所提供的短路电流流过，若此电流过大，则QF4处保护容易误动作。若QF4处保护未动作，QF3处保护则会受到来自馈线下游2与3所提供的短路电流，若2与3所提供的短路电流达到QF3处保护的动作值时，将造成QF3处的保护误动作。

当F2处发生短路时，QF1处保护受到来自电源及其他馈线的微网所提供的短路电流，将会有失去选择性而断开的可能性，对于QF3与QF4处保护同样有误动作的风险。

2.2 微网所在馈线发生短路

当F3处发生短路时，QF1与QF2处的保护不会有短路电流流过，因此不受影响。而QF3处的保护装置有来自电源与微网1所提供的正向故障电流及微网2与微网3所提供的反向短路电流，若微网1处所提供的短路电流大于微网2与微网3提供的短路电流之和，则QF3处的保护灵敏性增加，反之，则QF3处保护流过的电流可能因为达不到动作值而拒动。QF4有来自线路末端微网微网3提供的短路电流流过，若微网3提供的短路电流过大，可能会引起QF4处保护的误动作。

当F4处短路时，QF1与QF2处保护不会有故障电流流过，QF3处会有电源及微网1提供的故障电流流过，可能会使QF3失去选择性而断开，当QF3没有因失去选择性而断开时，QF4处有来自电源以及微网1与微网2提供的正向故障电流，及末端微网微网3提供的反向短路电流流过，一般情况下，正向短路电流远大于反向短路电流，因此会提高QF4处保护的灵敏度，使其快速断开。若QF3因失去选择性而断开，则QF4处流过的电流为微网2提供的正向电流与微网3提供的反向电流，一般情况下会使流过保护的电流过小而拒动，使故障点不断有短路电流流入，有可能使瞬时性故障演变为永久性故障。

3 仿真验证

仿真模型如图4所示，10 kV配电网中分别在母线B和线路BC的末端接入微网1与2。线路阻抗ZL1=（0.368+j0.196）Ω，ZL2=（0.368+j0.196）Ω，ZL3=（0.68+j0.36）Ω，设定微网1与2的容量分别为10 MVA与20 MVA，负荷Load1、Load2和Load3均为10 MW。仿真时间设为0.2 s，在0.1 s时刻发生三相短路。分别测得当线路BC馈线中间位置三相短路时，当未接入微网、仅接入微网1、仅接入微网2以及同时接入微网1与2时，流过Line2保护装置QF2的短路电流有效值，如图5所示。

图4 仿真电路

由图5可知，未接入微网时，流过BC线路QF2处保护的稳态电流测得为1.56kA，0.1s时BC线路中间位置发生三相短路，短路瞬间测得的短路电流值为6.203 kA。

图5 不同情况下微网接入流过QF2处保护装置的短路电流

微网1接入时，流过BC线路QF2处保护的稳态电流测得为1.89 kA，0.1 s时BC线路路中间位置发生三相短路，短路瞬间测得的短路电流值为6.867 kA。

微网2接入时，流过BC线路QF2处保护的稳态电流测得为1.12 kA，0.1 s时BC线路路中间位置发生三相短路，短路瞬间测得的短路电流值为5.687 kA。

微网1与2同时接入时，流过BC线路QF2处保护的稳态电流测得为1.21 kA，0.1 s时BC线路中间位置发生三相短路，短路瞬间测得的短路电流值为6.267 kA。

当故障点上游有微网1并入时，对BC末端的短路电流有助增作用，会增加QF2处保护装置的灵敏度。故障点下游微网2的并网会故障点电压降低，从而使流过保护装置的故障电流减小，可能引起保护装置的拒动，影响其灵敏度。当故障点下游的微网2容量大于故障点上游的微网1的容量，二者所提供的故障电流同样会引起短路线路保护装置的故障电流减小，影响其灵敏度。

此外，通过仿真Line1线路末端三相短路以及Line3线路三相短路，同样证明了故障点下游并入的微网对故障点短路电流的减小，从而引起的保护装置灵敏度降低；以及故障点上游并入的微网对故障点电流的助增作用，从而使其灵敏度增加。

4 结语

通过分析单个微网接入不同位置且故障点不同时，对于故障线路以及相邻线路原有保护装置动作的影响，综合不同并网位置的微网同时并网对配网产生的继电保护影响，得出了微网群并网后对潮流方向以及短路电流大小及方向的改变会使原有保护装置发生保护拒动、误动以及失去选择性，并通过仿真实验，验证了本文观点的正确性。通过对微网群并网产生的配电网继电保护问题分析，为今后提出新型的含微网群并网的多方向潮流配电网保护算法提供一定的理论依据。

［1］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理（第三版）［M］.北京：中国电力出版社，1994.

［2］周卫，张尧，夏成军，等.分布式发电对配电网继电保护的影响［J］.电力系统保护与控制，2010，38（3）：1-5，10.

［3］徐青山.分布式发电与微电网技术［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［4］胡成志，卢继平，胡利华，等.分布式电源对配电网继电保护影响的分析［J］.重庆大学学报（自然科学版），2006，29（8）：36-39.

［5］吴罡，陆于平，花丽丹，等.分布式发电采用故障限流器对继电保护性能的影响［J］.江苏电机工程，2007，26（2）：1-4.

［6］张超，计建仁，夏翔.分布式发电对配电网馈线保护的影响［J］.继电器，2006，34（13）：9-12.

［7］李蓓，李兴源.分布式发电及其对配电网的影响［J］.国际电力，2005，9（3）：45-49.

［8］温阳东，王欣.分布式发电对配电网继电保护的影响［J］.继电器，2008，36（1）：12-14，26.

［9］冯希科，邰能灵，宋凯，等.DG容量对配电网电流保护的影响及对策研究［J］.电力系统保护与控制，2010，38（22）：156-160.

［10］王希舟，陈鑫，罗龙，等.分布式发电与配电网保护协调性研究［J］.继电器，2006，34（3）：15-19.

Analysis of Influence of Microgrids Access on the Protection of Distribution Network

SHI Yi，MA Hao
（College of Electrical and Electronic Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255049，China）

Based on the distribution network model including microgrids，the impact on the relay protection and safety automatic device of original distribution network are discussed when a single microgrid is incorporated into different feeders or different sections of distribution network.Then，the influence of microgrid group connection to distribution network relay protection is analyzed comprehensively，and the theoretical analysis is verified by simulation at last.By analyzing the influence of single microgrid and microgrids on the relay protection of distribution network，The aim is to provide the basis for the new protection algorithm for the distribution network containing microgrids.

microgrids；distribution network；relay protection；short-circuit current

TM732

A

1007－9904（2017）05－0029－04

2016-12-23

石毅（1991），男，从事含微网群配电网故障诊断及定位等研究工作；马浩（1990），男，从事电力系统研究工作。