分布式电源故障特性分析及微电网保护原理的研究

分布式电源故障特性分析及微电网保护原理的研究

吕守彤

（南京国电南自电网自动化有限公司211106）

摘要：微电网是电力体系中的创新性电网，其能够透过对微电网各分布式电源的调控以及监督降低分布式电源输出波动对并入体系的左右程度。然而，微电网的诞生也为电力系统的协调、运转与继电保护带去一定的困难，对它实施研讨并采用对应的措施来让其更为科学、合理运转，是微电网领域的新命题。

关键词：分布式；电源故障；特点；微电网；保护

微电网的诞生对以往的配电网继电保护来说是一次全新的改良。由于微电源在遭遇短路的时候会产生短路电流，以往的以电源辐射电网为核心的配电网继电保护已经显得不合时宜，保护的挑选性不能得到保障，并且其保护的范畴会产生变更。对配电网来讲，从成本层面权衡，通常不能够设置原理繁杂或以通信为主的保护设备，所以微电网的引进需要分析分布式电源故障以及其工作原理。

一、分布式电源故障特性解析

（一）孤岛运转态势下的故障解析

通过换算以及仿真解析，两类相异的管控形式中逆变型分布式电源接到相同的母线上的时候微电网的故障特性为：

由于VF管控形式中逆变型分布式电源不管在功率输出高低以及功率因素的改变范畴层面都有调整的必要，以让这条母线的电压与频率能够维持，并且可以清除某类随机波动性的分布式电源所产生的故障，其有助于确保这条母线中关键负荷的电能供应；唯有在故障点与电源端口相距较近的情况下，两类电源的输出都出现极值才有可能导致电压不稳，其体现出恒流特征。

而且，这类接入模式在馈线形成短路的情况下，VF管控的逆变型分布式电源可以较为迅速地供应较高的短路电流，有助于故障的测得以及清除。这类特征在微电网孤岛运转态势下将比较显著，对微电网的保护设置又能够产生影响。

如果在PQ管控形式下，逆变型分布式电源与VF管控形势下分布式电源上接上相异的母线，故障就会在它的联络线中形成，系统序网络图是：

PQ与VF接入形式下的故障特性是：

因为PQ管控形式下，逆变型分布式电源在电力体系平稳运转下向系统输入功率，而VF管控形式下，逆变型分布式电源与电力体系间的功率调换极小。所以，当形成短路故障的时候，PQ管控形式下逆变型分布式电源端的故障电流不易测得，就是说电流幅值的波动不剧烈；在VF管控形式下的逆变型分布式电源端的电流形成的波动要根据分布式电源的容量数值明确。因此，对PQ管控形式下的电源端的保护，应确保动作灵活度好，并且稳定，并权衡到电流改变幅值而使用恰当的启动以及动作判据。

（二）并网运转态势下的故障解析

并网态势下的故障特征是：

电源处在故障点相同端，见下图：

图2逆变型分布式电源的简易电路故障以及相应的正序网络

因为配电网容量远较逆变型分布式电源容量为高，故障电流通常利用配电网供应，逆变型分布式电源接入点电压亦由于配电网电源的关系较没有配网相连的时候要大；逆变型分布式电源只供应较小的短路电流。而只要短路点与电源相距不远的时候，电源的输出电流就会出现极值。

电源处在故障点两端

因为以往配电网经常开环运转，那么配电网电源唯有集中在当中的一端，其被叫做大电源端；该电源端故障特性和以前配电网的故障特性相类。并且，仅含逆变型分布式电源端的故障特性和微电网孤岛运转情况下的故障特性基本相同。

二、微电网保护原理解析

微电网因为电压级别不高、与用户的联系紧密、电线数目多、长度不长，所以其保护原理以及设备要尽量简便。通常，在低压配电网的电流保护方面均使用智能断路器以及塑壳开关，它的保护原理关键是过电流保护。

（一）过电流保护通常分成两种：

定时限过电流保护

使用既定的动作电流值以及动作时长来判断故障点的方位，实现选择性动作。定时限过电流保护的缺陷是要参考电力体系运转模式，在最小运转模式下其动作特性只能说差强人意，严重的时候还会让速断保护丧失保护功能。

因为微电网的诞生，定时限过电流保护将遭遇极大“挑战”。笔者举例说明：（见下图）

这里笔者不去考虑负荷。DC是任何种类的分布式电源，S是等值的配电体系。假如K1关闭后微电网是并网运转形态，那么K1开启的时候微电网是孤岛运转形态。图3中全部保护都根据以往配电体系的需求，设置三段式电流保护，并根据DG接入之时的运转状况整定。

（二）反时限过电流保护

反时限过电流保护的原理是保护动作时长是伴随故障电流的高低改变而改变，因此兼备自适应的映射故障严重与否的功能。反时限过电流保护对电力体系运转能够较好地适应，其被普及使用于中低压配电网的线路保护。

现在，电力体系微电网保护中使用的反时限过电流保护的通用数学模型是：

t=tp/(（I/Ip）n-α)

计算公式中，t是保护动作时长；tp是时间常数；Ip是保护开始后的电流，其要较电路负荷电流为大；α是曲线平移系数，其目的是让保护在开启以后恰好可以动作，其值通常设定为1；n是曲线形状系数，就是说决定曲线的曲率，一般的数值取0—2的范围内。

此外，反时限特性在电路保护中的使用应权衡到上下级电路保护动作时间的分配；并且权衡到电力体系运转模式改变引发的短路电流的改变范畴，让它可以在电力体系最小运转模式的情况下，提升灵活程度。

结束语：

伴随人类对环境以及资源等的重视，分布式电源的运用范围越来越广泛。而微电网的诞生，为分布式电力供应技术提供了一条全新的技术运用途径。微电网能够对分布式电源实施管控，能够克服分布式电源本身的不足，有着巨大的发展潜力。

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