基于微电网接地故障的继电保护策略研究

基于微电网接地故障的继电保护策略研究

李珊

云南电网有限责任公司文山供电局系统运行部 云南省 文山市 663099

摘要：随着电力系统规模的不断扩大，传统的配电保护方案面临着重新评估的挑战。在这个过程中，分布式能源越来越受到关注，微电网的部署也需要考虑保护功能选择。而微电网点的保护功能选择受到多种因素的影响，包括MG/DER尺寸和类型、公用设施互连要求、互连电压、互连变压器配置以及系统接地等。微电网中，公用设施的互连需要考虑到保护功能的选择。如果公用设施互连要求高，那么需要选择更为复杂的保护功能，以确保微电网的稳定和安全。

关键词：微电网；接地故障；继电保护；策略

微电网是一种新型可控配电网络单元，它由多个分布式电源、负载和能量储存装置组成。相比于传统的电网系统，微电网更加灵活，可在独立运行和并入电网两种模式下工作。然而，分布式微电源单独连接到电网时可能会发生一些缺陷，因此需要采取控制策略的协调来确保高效使用。

1微电网接地保护

防止公用设施损失(LOU)是一项挑战，对于正常情况下的微电网，应解决的问题连接到公用事业馈线。当通信信道可用时，一旦公用设施侧断路器响应故障或电能质量事件而断开，DTT可用于使微电网POI断路器跳闸。使用59G功能检测微电网上的SLG故障，由于公用设施侧的互连线接地，互连线也具有挑战性。当实用程序系统不接地，继电器在SLG故障期间看到的电压几乎是中性点标称相电压的三倍。该电压将为由安装在断开的三角形电压互感器端子上的59G功能检测。

另一方面，当公用电侧接地时SLG故障期间的中性电压位移将根据系统零序阻抗和线路上的故障位置而减小和变化。下表提供了ASPEN软件中建模的34.5kV互连线路的模拟结果。可以观察到，当SLG故障远离微电网POI时，零序电压(V0)降低，这使得设置59G功能成为一个挑战。对于敏感设置，基于电压的保护可能会因线路外的故障而误操作。因此，59G的操作通常被延迟，直到公用设施断路器跳闸/断开，这可能需要长达1s的时间，具体取决于馈线保护功能和故障位置。该延迟的主要问题是该期间的过电压情况，对公用馈线断路器自动重合闸的不利影响以及与微电网DER的穿越要求相冲突。DTT方案可以通过从公用变电站向微电网POI继电器发送跳闸信号来解决这些问题，不过此方案成本较高。

为了提高安全性并提供更安全的操作，过电压元件59G1可由67Q监控区分互连线路上的SLG故障。其中59G1拾波器在远程线路端SLG故障的继电器位置设置为高于3V;59G2拾音器设置为高于3V,以覆盖SLG故障中的闭合；59G3拾波器设置为高于3V,延迟1s以检测最大不平衡负载条件。由于最大不平衡负载条件，67Q拾波器通常设置为高于I2。尽管该方案具有优势，但仍需要根据故障位置和故障前系统运行条件确定59G设置。

距离继电器广泛用于高压交流输电线路和副输电线路的保护。文献中讨论了嵌入DER的配电馈线中距离继电器(与传统过电流继电器相比)的优点和性能。此外，使用距离继电器，可以定位故障，因为测量到的故障阻抗代表距离继电器位置的距离。MHO和四边形特征通常用于确定距离的操作区域考虑故障电阻变化的保护。距离功能操作也可以通过使用负载侵占来防止在重载条件下操作。如果故障阻抗在MHO或QUAD特性范围内，继电器将声明区域内故障，并运行以隔离故障。

2微电网接地故障的继电保护策略

2.1孤网条件下保护策略分析

随着分布式电源的不断普及和微电网的建设，保护策略变得尤为重要。然而，由于微电网的规模较小，其保护策略必须考虑到不影响大型网络的正常运行。因此，微电网保护策略的设计需要消除对大型网络的影响。对于孤岛保护，逆变器的作用尤为重要。逆变器能够保护和断开反孤岛效应，可以及时检测到孤岛情况并采取相应的措施，防止电网发生故障。同时，逆变器还能够检测并响应电网质量问题，从而保障电网的安全和稳定。除了逆变器，微电网的主要保护策略还包括不影响传统电网保护、限制分布式电源容量和接入位置以及使用短路限流器来限制电流。这些策略的实施可以有效地保护微电网的安全和稳定，同时确保微电网与传统电网的协同运行。

2.2如何检测孤岛

孤岛检测技术在逆变器系统中的应用越来越广泛，其主要目的是确保电网的稳定性和安全性。孤岛检测方法包括过压/欠压和高/低频检测法、电压相位突变检测法、电压谐波检测法、阻抗测量检测法、有源频偏检测法和滑差模式频率漂移检测法等多种方法。这些方法的原理各不相同，但都是通过检测逆变器输出的电压、电流波形或频率变化来判断是否发生孤岛。其中，过压/欠压和高/低频检测法是最为常用的方法之一。它通过检测逆变器输出电压的大小和频率是否在预设范围内，来判断是否发生孤岛。电压相位突变检测法则是通过检测逆变器输出电压相位的突变来判断孤岛事件。而电压谐波检测法则是通过检测逆变器输出电压的谐波变化来识别孤岛。阻抗测量检测法、有源频偏检测法和滑差模式频率漂移检测法则是通过检测逆变器输出电流、电压的特征来判断孤岛事件。不同的方法适用于不同的孤岛情况，其中有些方法可能会存在误判或漏检的情况。因此，在实际应用中，需要根据具体的逆变器系统特性和孤岛情况，选择最适合的孤岛检测方法，以保证检测的准确性和可靠性。

2.3基于正向和反向阻抗装置的低压配电网继电保护

微网低压配电网的继电保护采用正反向阻抗继电器来实现，这是为了保护系统的安全和稳定运行。同时，分布式电源供电单元也采用了正反向阻抗继电器进行继电保护。输出线路故障采用正向阻抗继电器，无输出延时，而低压母线故障则采用反向阻抗继电器，输出延时为0.5秒。对于非分布式电源供电单元，其配备了正阻抗继电器进行距离保护，而输出线路故障则由正方向阻抗继电器进行无延时保护。这样可以保证系统的整体稳定性和安全性。反向阻抗继电器设置了阻抗值，以避免高压侧的快断保护端子不短路或高压侧跨母线短路的情况发生。同时，当反向继电器动作时，需要关闭分布式电源的外部电源，在0.5秒延迟后打开断路器，即使阻抗继电器有另一个反向。这样可以避免系统的不稳定性和安全风险。继电器会自动返回以保证系统的正常运行。这一系列的继电保护措施，有效地保障了微网低压配电网和分布式电源供电单元的稳定运行，并且提高了整个系统的安全性和可靠性。

结论

总之，针对微电网保护的难点，提出了一种具有短路输出特性的新型微网保护方案，通过分布式电源供电单元装有正向和反向阻抗继电器，用于保护输出线路短路和保护微电源本身。这种新型微网保护方案具有快速响应、故障指示明确、适用性和可靠性等多个优点，对于提高微电网的安全运行具有重要意义。

参考文献：

[1]赵施阳，张忠傲，于新民，等.微电网继电保护的研究与应用[J].山东工业技术，2019,(9):210.

[2]邵昱，拜姝羽，李陆军.系统级与单元级的微电网继电保护特性分析[J].河南电力，2020,(S1):40-44.

[3]马晓丰，牛静杰.微电网继电保护问题探析[J].科技风，2018,(32):193.

[4]张宝杰，冯剑侠.基于分散储能的农村用户级微电网继电保护配合策略[J].工程建设与设计，2017,(10):47-48.

[5]韩海娟，牟龙华，郭文明.基于故障分量的微电网保护适用性[J].电力系统自动化，2016,40(3):90-96.