关于微电网继电保护的应用分析

关于微电网继电保护的应用分析

王巍巍

南方电网广东中山供电局    528400

摘要：微电网是在科技发展背景下的一种新型的电力供给方式，主要优点是便于新能源接入，在“碳达峰、碳中和”的背景下，以新能源为代表的分布式电源蓬勃发展，微电网技术的发展与应用也受到了广泛的关注。但与传统电网相比较而言，微电网具备独特的运行特性，传统电网的电流稳定、输出功率大、范围广阔，而当微电网与其他大功率电网一同运行时，就会变成多方向的网络，如处置不当将带来一定安全隐患，需要继电保护对微电网实行控制。

关键词：微电网；继电保护；研究；

一、微电网继电保护面临的问题

微电网技术是将清洁能源和可再生能源发电技术、能源管理系统和输配电基础设施高度集成的新型电网技术，通过整合区域内各类电源和储能装置，纳入同一网络统筹管理。微电网内短路电流的大小和方向随着分布式电源的接入而改变，从而导致传统的配电网保护的配合关系受到影响，继而导致一系列的问题产生：

（1）配电系统在故障发生时可不用直接退出分布式电源，只需切换为离网模式运行即可，这种模式可对负荷不间断供电。所以并网、离网两种运行模式在微网中均会应用，并网和离网状态下存在较大的故障电流差；

（2）同步发电机、异步发电机和逆变器是分布式电源的三种形式，三者具有不同的短路特性。逆变器分布式电源故障电流与额定电流的比为1/2左右，首先是因为其安装了快速响应限流功能，且其余两种发电机的容量与大机组相比更是较少，其次暂态电势直接影响着短路电流，所以故障电流的大小与分布式电源的故障状态密切相关；

（3）逆变器电源作为主电源的离网模式，因其具有较小的转动惯量，若切除故障不及时，将直接导致系统的电压和频率失稳，电源受自身的低压保护动作跳开，最后造成停电事故的发生。分布式电源的自身保护动作时间应与电网保护分离，一旦微电网出现故障，微电网保护可先于上游电网后备保护动作，可对避免越级跳闸发生。故障若发生在微电网之外，为了避免对分布式电源或负荷产生不必要的切除，微网内元件的所有保护应躲开模式切换动作时间；

（4）若备自投装置应用于微电网母线中，需要特别注意：动作时间较模式切换时间短，确保备自投先区域模式切换动作，应合理考虑备自投检无压判据因分布式电源的作用失效。若微网内线路有重合闸功能和电源时，为防止非同期合闸，应具备检同期合闸的功能。

二、微电网继电保护研究

微电网继电保护按原理可分为方向纵联、差动电流、电压扰动、过电流四种。（1）方向纵联保护是基于方向比较的原理，对故障相邻区域多测点的故障方向信息进行比较，从而对故障位置做出准确的判断，并采取相应的保护策略。该种保护方法依据为电流的方向，不涉及负荷和分布式电源侧的电流大小。其传送是以开关量和动作信号为主，减少传输数据，无较高的网络宽带要求，因此，该保护具有较高的可靠性。（2）差动电流保护的原理基础为基尔霍夫电流定理（KCL），在高压电网中作为元件主保护被广泛应用，其具有灵敏度高、选择性好、保护间配合简单等优点。差动电流保护只需对保护区的流入和流出的不平衡电流进行检测，定值为最大不平衡电流以下即可。差动电流保护应用于微网各区域内，可对区内和区外的故障进行判别，从而避免越级跳闸导致的事故发生。各微电网保护区域之间不需要以定值进行各级保护配合，仅将各保护区域的最大平衡电流保护考虑在内即可。但差动电流保护在故障电流较小时期灵敏度较低，当保护区域发生内部故障时，如出现高阻接地或重负荷时，故障电流将较小，可能出现保护拒动。（3）电压扰动保护是建立在通讯系统支持上，其有效性在高阻故障发生时，具体在微电网中的适应性尚不明确。（4）传统配电网的过电流保护仅考虑单向电流，各级保护之间的保护范围的区分主要是依据整定值大小，故障电流在馈线上不存在电源的情况下是由电网侧指向故障点。电流超出限值为检测故障的基本依据。考虑到微电网电流多向特性，传统的过电流保护必须经过改进才能应用于微电网中，有研究表明应用故障限流器来减小分布电源提供的故障电流，确保微电网保护能够应用低成本的熔断器等装置，并且在反时限过流保护中应用低电压加速方法具有高度适应能力。

三、微电网继电保护的应用

微电网继电保护的研究可分为两种方向：（1）以保护的原理为出发点，将传统的过电流保护应用于微电网中，该保护可适应微电网不同的运行方式，并利用成本较低和已有的保护装置。对于微电网继电保护所面临的问题也有一些研究，但研究成果有局限，且缺乏实际应用。过流保护若基于限流器之上，会存在牺牲故障电流大小的问题，保护的灵敏度降低，过流保护会因为最小工作电流和最大工作电流之间有较大的差距而失效，而扰动保护检测方法缺乏有效性，微电网系统需要选择合适的保护原理，在选择合理的情况下能够将大多数故障检测出来；（2）以智能装置和通信系统为主要的研究基础，创建对不同的微电网运行方式均能识别的自适应智能保护系统。在信息技术飞速发展的带动下，广域保护系统被逐渐应用和研究，该系统能够对微电网各节点的实时动态信息进行捕捉，并且是在同一参考时间的前提下进行的。

广域保护系统使用于微电网继电保护中主要有以下四点原因：（1）系统是以多点同步信息的采取方式，在保护策略上能实现差动保护。而差动保护具有诸多的优点，比较适合在微电网中作为主保护，从而将过流保护取代；（2）广域保护系统的平台开发基于于先进的硬件基础，可收集并分析处理各点的信息，并对微电网的运行状态加以识别，继而做好保护措施；（3）在通信方面，可避免通信原因造成的保护拒动或误动，具有高度的可靠性；（4）广域保护系统是在掌握全网运行信息的基础上实现控制微网，避免了传统的保护控制动作不当的事故发生。广域保护系统同时也需要不断完善功能才能满足微电网继电保护的需求。

四、总结

在“碳达峰、碳中和”目标引领下，全社会能源结构转型正在不断推进，微电网技术能够有效衔接分布式的新能源和邻近负荷，有效的解决了长距离运输电过程中产生的电能损耗和线路损耗问题，充分发挥各种能源优点，大幅度提高能效，增强供电供能的安全性和可靠性。微电网继电保护技术必将随着微电网技术应用而不断发展深入。

参考文献：

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