DQZHAN技術(shù)訊：基于現(xiàn)實(shí)的微電網(wǎng)保護(hù)方案研究

近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持，新能源產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，分布式發(fā)電在電網(wǎng)中變得愈發(fā)普遍，這種以新能源為背景的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在電網(wǎng)中的比例逐漸則大。而微電網(wǎng)本身潮流不穩(wěn)定，系統(tǒng)容量小，運(yùn)行方式多樣，給微電網(wǎng)的保護(hù)造成了一定的困擾。

對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)的合理配置，建立科學(xué)有效的微電網(wǎng)保護(hù)方案是確保微電網(wǎng)可靠運(yùn)行的基本保障。本文利用通訊手段，建立了集中控制的微電網(wǎng)保護(hù)方案，并針對(duì)具體的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，制定了微電網(wǎng)保護(hù)的具體方案。

1 微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備的集中保護(hù)方案

集中保護(hù)可以便于對(duì)全網(wǎng)綜合信息進(jìn)行分析，從而準(zhǔn)確的快速的判斷故障位置以及故障原因。微電網(wǎng)設(shè)備集中保護(hù)方案如圖1所示。

其主要由保護(hù)裝置和保護(hù)控制平臺(tái)構(gòu)成。微機(jī)保護(hù)設(shè)備的主要功能包括：電能信息的采集和計(jì)算、根據(jù)保護(hù)算法模型分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、將運(yùn)算結(jié)果傳輸?shù)缴蠈涌刂浦行?、接收集中保護(hù)中心的控制信號(hào)并執(zhí)行上級(jí)控制中心的指令、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。

系統(tǒng)中選用的監(jiān)測(cè)裝置、智能保護(hù)單元均支持IEC61850通信，從而可以進(jìn)行方便的組網(wǎng)，與集中保護(hù)平臺(tái)形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

圖1 微電網(wǎng)設(shè)備集中保護(hù)方案

集中保護(hù)中心對(duì)微機(jī)保護(hù)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行故障分析，判斷設(shè)備是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，一旦有故障發(fā)生，則應(yīng)根據(jù)故障情況采取相應(yīng)的保護(hù)措施。集中保護(hù)可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息進(jìn)行分析比較，從而判斷故障位置。

如圖1所示，當(dāng)F節(jié)點(diǎn)工作不正常時(shí)，保護(hù)設(shè)備MPD1和MPD4的都會(huì)檢測(cè)到正向故障，而系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)分析對(duì)比判斷相應(yīng)的末端保護(hù)和后備保護(hù)，此時(shí)，MPD4作為末端保護(hù)應(yīng)首先動(dòng)作，MPD1進(jìn)行后備保護(hù)。

1.2 設(shè)備的本地保護(hù)方案

當(dāng)微電網(wǎng)保護(hù)通信系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，由于本地裝置無(wú)法收到上級(jí)集中控制平臺(tái)的動(dòng)作指令，現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)設(shè)備應(yīng)具備根據(jù)本地設(shè)定進(jìn)行保護(hù)的能力，根據(jù)本地信息對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和判斷，完成設(shè)備保護(hù)動(dòng)作。

保護(hù)監(jiān)督動(dòng)作銜接可根據(jù)系統(tǒng)故障判斷結(jié)果和延時(shí)來(lái)判定，如圖2所示，tf是保護(hù)動(dòng)作的響應(yīng)時(shí)間，tm為動(dòng)作響應(yīng)延時(shí)時(shí)間，該值通?？梢栽O(shè)為20ms。另外可以采取安裝電子斷路器的方式對(duì)線路進(jìn)行短路保護(hù)。

圖2 保護(hù)動(dòng)作的動(dòng)作時(shí)序

當(dāng)線路的F處出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)設(shè)備MPD、MPD1、MPD2會(huì)同時(shí)檢測(cè)到系統(tǒng)故障，但MPD2會(huì)優(yōu)先動(dòng)作，而后備保護(hù)MPD和MPD1會(huì)根據(jù)需要延時(shí)動(dòng)作。往往微電網(wǎng)的規(guī)模都比較小，沒(méi)有較長(zhǎng)的輸電線路，基本不存在電源通過(guò)一條饋線接入的情況，因此通過(guò)該保護(hù)方案就可以滿足保護(hù)需要。

保護(hù)設(shè)備MPD的主要保護(hù)設(shè)定有：

(1)功率方向保護(hù)。

微電網(wǎng)的潮流方向是不固定的，有時(shí)需要對(duì)故障方向進(jìn)行識(shí)別時(shí)，則要增加功率保護(hù)裝置。

(2)系統(tǒng)接地故障保護(hù)。

當(dāng)有單相接地故障在TN系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)的零序電流分量往往難以檢測(cè)。這時(shí)可以通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)四相電流的和是否為0來(lái)判斷是否有單相接地故障發(fā)生。

(3)系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)。

當(dāng)電網(wǎng)有不對(duì)稱短路故障出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)的負(fù)序電流的電流變動(dòng)會(huì)非常大，所以，可以通過(guò)檢測(cè)負(fù)序電流，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

(4)電壓故障保護(hù)

電壓故障保護(hù)往往在系統(tǒng)公共連接點(diǎn)或者集成在系統(tǒng)逆變器中。系統(tǒng)各公共連接點(diǎn)的欠電壓保護(hù)的目的是在外部電網(wǎng)運(yùn)行不正常時(shí)，可以確保系統(tǒng)單獨(dú)正常運(yùn)行。

同時(shí)，在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也可以有效的將系統(tǒng)切除，確保外部電網(wǎng)的運(yùn)行**。為確保分布式電源的故障穿越能力，公共連接點(diǎn)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)限不應(yīng)大于分布電源保護(hù)單元。

(5)電網(wǎng)頻率保護(hù)。

系統(tǒng)頻率保護(hù)的設(shè)置位置和電壓保護(hù)相同。保護(hù)動(dòng)作時(shí)限隨頻率偏差的增大而減小。

(6)電子斷路器保護(hù)。

電子斷路器保護(hù)功能較為**，具有較強(qiáng)的保護(hù)能力，其通常配備過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)以及過(guò)載瞬時(shí)動(dòng)作保護(hù)。過(guò)載延時(shí)動(dòng)作的保護(hù)時(shí)間根據(jù)系統(tǒng)電流的有效值計(jì)算。

1.3 自動(dòng)測(cè)控單元的保護(hù)邏輯

自動(dòng)測(cè)控單元是微電網(wǎng)保護(hù)控制的核心設(shè)備，依靠其強(qiáng)大的測(cè)控能力，可以方便的實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的保護(hù)功能。自動(dòng)測(cè)控單元的保護(hù)邏輯如下圖所示。

圖3 控制保護(hù)邏輯圖

通過(guò)集中保護(hù)和就地保護(hù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的可靠有效保護(hù)。

2 微電網(wǎng)保護(hù)的配置分析

假設(shè)某微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中DG1的額定容量為600kVA,DG2的額定容量為400kVA，DG3、DG4和DG5的額定容量為50kVA，系統(tǒng)電流*大輸出值為額定容量的1.2倍，計(jì)算得出其分別為1.03kA以及0.69kA。

圖4 微電網(wǎng)系統(tǒng)集中式保護(hù)方案

對(duì)系統(tǒng)電子斷路器的額定電流選擇為按照系統(tǒng)*高負(fù)荷電流的1.2倍。瞬間過(guò)載動(dòng)作電流選擇電子斷路器的2倍及以上電流，1#斷路器處雖然額定電流只有25A，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)中的尖峰電流經(jīng)常超過(guò)幾十安培，為防止擾動(dòng)造成開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，瞬斷電流取100A。

如表1所示。其故障動(dòng)作時(shí)間選擇40ms，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載電流根據(jù)線路*大負(fù)荷適當(dāng)增加即可，8#和9#電子斷路器的動(dòng)作時(shí)間設(shè)定為5S，剩余電子斷路器的動(dòng)作時(shí)間為4S。智能保護(hù)設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作電流值和時(shí)間設(shè)定如表2所示。

這些保護(hù)動(dòng)作時(shí)間都是針對(duì)微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)斷線時(shí)的本地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。而在系統(tǒng)通訊正常時(shí)，系統(tǒng)和根據(jù)對(duì)保護(hù)裝置的上傳信息的分析結(jié)果，進(jìn)行有針對(duì)性的切除，主保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間縮短為0.07S后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間縮短為0.1S。

表1 系統(tǒng)電子斷路器參數(shù)配置表

表2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)定

(2)系統(tǒng)故障保護(hù)動(dòng)作。

對(duì)在CCB9和MPD2之間的線路出現(xiàn)兩相接地故障的情況進(jìn)行研究。

1)過(guò)渡電阻設(shè)定為0.2歐姆，系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到*大，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作情況如下表所示。

表3 保護(hù)設(shè)備動(dòng)作情況

2)過(guò)度電阻設(shè)置為2歐姆，系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到*大，系統(tǒng)保護(hù)做情況如下表所示。

表4 保護(hù)設(shè)備動(dòng)作情況

同時(shí)，我們對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷處于*小時(shí)的情況也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，保護(hù)設(shè)備均能可靠動(dòng)作，即使在CCB9在一些故障情況下不能動(dòng)作時(shí)，MPD1和MPD2可以很好的對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。

此外，微電網(wǎng)潮流的不穩(wěn)定運(yùn)行的方式是多樣的，我們通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電源電壓和頻率，對(duì)系統(tǒng)的電源質(zhì)量保護(hù)進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)調(diào)整負(fù)載情況，對(duì)系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷情況進(jìn)行了驗(yàn)證，都取得了比較理想的保護(hù)效果。

3 結(jié)論

隨著新能源和智能電網(wǎng)的建設(shè)，分布式電源結(jié)構(gòu)在配電網(wǎng)絡(luò)中越來(lái)越普及。本文針對(duì)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)建了微電網(wǎng)集中保護(hù)控制平臺(tái)，并對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備的配置進(jìn)行了介紹。

為應(yīng)對(duì)集中控制功能喪失的問(wèn)題，對(duì)微電網(wǎng)的本地保護(hù)進(jìn)行了設(shè)置。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了檢驗(yàn)，獲得了較為理想的效果。