微电网继电保护问题探析

马晓丰 牛静杰

摘 要：本文提出了微电网的概念，简要概括了微电网并网可以造成三段式电流保护误动或者拒动、保护灵敏性改变和失去选择性等不利影响。指出了微电网保护需要考虑的几个问题，并对微电网保护研究的现状进行了简单总结和概述，展望了其发展趋势。

关键词：分布式发电；微电网；配电网；保护

微电网（Micro.grid，MG）是指将分布式發电系统（distributed generation，DG）、储能系统、用电负荷、控制装置与保护装置结合在一起的一个小型的发配电系统。[1.2]随着微电网技术的不断发展，微电网融入配电网后对配电网产生了一系列的影响，本文以微电网并网对配电网三段式电流保护和自动重合闸的影响为切入点，对该问题进行了探讨。

1 微电网并网对三段式电流保护的影响

三段式电流保护由电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护构成。大量研究表明，微电网并网对配电网三段式电流保护的影响与微电网中DG的接入位置和容量，以及DG的渗透率等因素有密切关系，这些因素会从不同层面影响电流保护选择性、可靠性、速动性和灵敏性。[3.5]

微电网并网对配电网保护的影响主要包含以下几个方面：

（1）导致本线路保护误动。当微电网通过PCC向配电网回馈电能时，发生短路故障后，微电网可能通过线路向故障点输送短路电流，导致本线路电流增大，本线路保护误动的可能性加大，停电范围扩大的概率也随之增加。（2）导致保护灵敏度，甚至导致保护拒动。微电网通过PCC与配电网并网后，微电网的接入导致线路产生助增电流或者分流电流，从而影响使线路的故障电流的大小，进而导致线路灵敏度的相应改变，甚至导致保护拒动。（3）导致相邻线路保护误动，保护失去选择性，扩大停电范围。当微电网通过PCC向配电网回馈电能时，由于微电网助增电流的存在，当本线路发生接地故障时，相邻线路流过的短路电流增大，保护可能误动，从而使停电范围扩大，保护失去选择性。

2 微电网并网对自动重合闸的影响

电力系统长期的运行经验表明，在配电网线路故障中，有超过80%的故障是瞬时性的。自动重合闸（Autoreclosure，AR）可以有效避免因瞬时性故障引起的停电，提高电网的可靠性，因而得以广泛应用。对于单端辐射状的传统配电网而言，AR的优势更加明显。微电网并入配电网后，使得配电网发生瞬时性故障时，故障点持续电弧现象可能出现，造成自动重合闸失败，同时，微电网并入配电网后，发生故障后，微电网形成的电力孤岛与配电网一般很难保持同步，在这种情况下，AR会导致非同期合闸的出现，产生较大的冲击电流和冲击电压，危害系统安全运行。

3 微电网继电保护需要考虑的几个问题

微电网有并网运行和孤岛运行两种状态，微电网继电保护配置应该确保在微电网在并网状态和孤岛运行状态都能够准确动作，在此情景下，基于本地电气量的传统继电保护方案就显示出明显的不足。由于DG出力具有一定的间歇性，运行方式变化频繁，不同类型DG故障特性迥异，同时含微电网的配电网网络拓扑结构变化较大，这就要求保护的配置可以有效跟踪适应这些特性，并可靠动作。随着微电网技术的发展，DG的高渗透率并网必将在不久的将来成为现实，微电网继电保护配置，应确保DG在高渗透率并网时可靠动作。微电网内部以及PCC处含有大量价格昂贵的电力电子设备，不同DG对故障电流注入的承受能力也不尽相同，对这些装置的保护也应该充分考量。另外，随着电动汽车产业的持续发展和其相关技术的日趋成熟，电动汽车对电网来说既是负荷又是储能，V2G（Vehicle to Grid）技术的发展成熟使之成为现实，针对电动汽车的移动特性，含移动储能系统的微电网保护配置方案研究应该引起足够重视。[6]

4 展望

目前含微电网的配电网保护方案研究主要有两种：一是对原有传统配电网的保护进行改进；二是将现有输电线路中已经应用成熟的继电保护方案应用到含微电网的配电网中。目前其保护配置方案的研究主要有电流差动保护、自适应保护、负序电流保护、边方向变化量保护、多代理（Agent）保护、纵联保护、距离保护等。

需要注意的是，上述各种保护的配置方案都有一定的局限性，其中电流差动保护、纵联保护、距离保护以及自适应保护都可以有效提高由于微电网并网带来的诸多问题，提高配电网保护动作可靠性，但需要对系统的硬件和软件，进行较大规模的改造，安装维护工作较为复杂，保护的成本较高，在配电网中的应用暂时还不够经济。负序电流保护可以再配电网发生不对称故障时可以准确动作，当系统发生对称短路故障时效果欠佳。边方向变化量保护具有较好的理论可行性，但对配电网网络拓扑结构的依赖性较强，需要对节点电压等量需要实时采集，在网络拓扑结构突然改变的时候保护无法准确动作。多Agent技术运用在继电保护领域可以有效配电网继电保护的容错能力，但对智能算法和通信技术依赖较大，同时研究还不够充分，但发展潜力巨大。

随着智能配电网的不断推进，将来微电网保护的发展具有以下趋势：（1）智能化，可以有效规避由网络拓扑结构变化带来的不利影响。（2）信息多元共享化，可以实现微电网控制、调度以及保护通信系统的深度融合和信息共享。（3）良好的容错能力，避免部分数据或设备出错引发的判断失误。（4）较好的可扩展性和兼容性，方便微电网的改扩建并较好地兼容其他各种测量、监控、通信设配。（5）经济可行，可以适应微电网大规模并网和DG高渗透率接入配电网。

5 结语

微电网技术的发展为DG的并网提供了技术支撑，微电网并网造成配电网网络拓扑的多变和潮流流向的不确定，对原有配电网保护的配置带来较大的影响，对保护的选择性、灵敏性、可靠性和速动性造成影响。当下微电网继电保护研究呈现多样化的特点，但始终未形成有效的可以大规模应用的配置方案，相关问题尚需进一步研究。

参考文献：

[1]Hatziargyriou N，Asand H，Iravani，et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（4）：78.94.

[2]Hatziargyriou N，Asand H，Iravani，et a1.Microgrids[J].IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（4）：78.94.

[3]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].电力系统继电保护与控制，2010，38（3）：1.5.

[4]郭凯.计及配电网影响的微电网线路保护研究[D].太原理工大学，2012.

[5]谭又宁.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].西南交通大学，2012.

[6]赵枭枭.含移动储能单元的微电网保护方案研究[D].北京交通大学，2011.