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DQZHAN技術訊：基于現實的微電網保護方案研究

近年來隨著國家對新能源產業的大力扶持，新能源產業得到了快速的發展，分布式發電在電網中變得愈發普遍，這種以新能源為背景的微電網結構在電網中的比例逐漸則大。而微電網本身潮流不穩定，系統容量小，運行方式多樣，給微電網的保護造成了一定的困擾。

對微電網保護的合理配置，建立科學有效的微電網保護方案是確保微電網可靠運行的基本保障。本文利用通訊手段，建立了集中控制的微電網保護方案，并針對具體的微電網結構，制定了微電網保護的具體方案。

1 微電網保護方案設計

1.1 設備的集中保護方案

集中保護可以便于對全網綜合信息進行分析，從而準確的快速的判斷故障位置以及故障原因。微電網設備集中保護方案如圖1所示。

其主要由保護裝置和保護控制平臺構成。微機保護設備的主要功能包括：電能信息的采集和計算、根據保護算法模型分析對數據進行分析、將運算結果傳輸到上層控制中心、接收集中保護中心的控制信號并執行上級控制中心的指令、監控設備狀態。

系統中選用的監測裝置、智能保護單元均支持IEC61850通信，從而可以進行方便的組網，與集中保護平臺形成統一的網絡。

圖1 微電網設備集中保護方案

集中保護中心對微機保護設備的數據信息進行故障分析，判斷設備是否處于正常運行狀態，一旦有故障發生，則應根據故障情況采取相應的保護措施。集中保護可以對現場監測設備的信息進行分析比較，從而判斷故障位置。

如圖1所示，當F節點工作不正常時，保護設備MPD1和MPD4的都會檢測到正向故障，而系統就會通過分析對比判斷相應的末端保護和后備保護，此時，MPD4作為末端保護應首先動作，MPD1進行后備保護。

1.2 設備的本地保護方案

當微電網保護通信系統出現問題時，由于本地裝置無法收到上級集中控制平臺的動作指令，現場保護設備應具備根據本地設定進行保護的能力，根據本地信息對故障進行檢測和判斷，完成設備保護動作。

保護監督動作銜接可根據系統故障判斷結果和延時來判定，如圖2所示，tf是保護動作的響應時間，tm為動作響應延時時間，該值通常可以設為20ms。另外可以采取安裝電子斷路器的方式對線路進行短路保護。

圖2 保護動作的動作時序

當線路的F處出現故障時，保護設備MPD、MPD1、MPD2會同時檢測到系統故障，但MPD2會優先動作，而后備保護MPD和MPD1會根據需要延時動作。往往微電網的規模都比較小，沒有較長的輸電線路，基本不存在電源通過一條饋線接入的情況，因此通過該保護方案就可以滿足保護需要。

保護設備MPD的主要保護設定有：

(1)功率方向保護。

微電網的潮流方向是不固定的，有時需要對故障方向進行識別時，則要增加功率保護裝置。

(2)系統接地故障保護。

當有單相接地故障在TN系統出現時，系統的零序電流分量往往難以檢測。這時可以通過計算系統四相電流的和是否為0來判斷是否有單相接地故障發生。

(3)系統過流保護。

當電網有不對稱短路故障出現時，系統的負序電流的電流變動會非常大，所以，可以通過檢測負序電流，對系統進行保護。

(4)電壓故障保護

電壓故障保護往往在系統公共連接點或者集成在系統逆變器中。系統各公共連接點的欠電壓保護的目的是在外部電網運行不正常時，可以確保系統單獨正常運行。

同時，在系統內部出現問題時，也可以有效的將系統切除，確保外部電網的運行**。為確保分布式電源的故障穿越能力，公共連接點的保護動作時限不應大于分布電源保護單元。

(5)電網頻率保護。

系統頻率保護的設置位置和電壓保護相同。保護動作時限隨頻率偏差的增大而減小。

(6)電子斷路器保護。

電子斷路器保護功能較為**，具有較強的保護能力，其通常配備過載長延時保護以及過載瞬時動作保護。過載延時動作的保護時間根據系統電流的有效值計算。

1.3 自動測控單元的保護邏輯

自動測控單元是微電網保護控制的核心設備，依靠其強大的測控能力，可以方便的實現微電網的保護功能。自動測控單元的保護邏輯如下圖所示。

圖3 控制保護邏輯圖

通過集中保護和就地保護相結合，從而實現對系統的可靠有效保護。

2 微電網保護的配置分析

假設某微電網結構如圖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，系統電流*大輸出值為額定容量的1.2倍，計算得出其分別為1.03kA以及0.69kA。

圖4 微電網系統集中式保護方案

對系統電子斷路器的額定電流選擇為按照系統*高負荷電流的1.2倍。瞬間過載動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，但根據經驗系統中的尖峰電流經常超過幾十安培，為防止擾動造成開關誤動作，瞬斷電流取100A。

如表1所示。其故障動作時間選擇40ms，長時間過載電流根據線路*大負荷適當增加即可，8#和9#電子斷路器的動作時間設定為5S，剩余電子斷路器的動作時間為4S。智能保護設備的保護動作電流值和時間設定如表2所示。

這些保護動作時間都是針對微電網網絡斷線時的本地保護動作時間。而在系統通訊正常時，系統和根據對保護裝置的上傳信息的分析結果，進行有針對性的切除，主保護的動作時間縮短為0.07S后備保護動作時間縮短為0.1S。

表1 系統電子斷路器參數配置表

表2 保護動作時間設定

(2)系統故障保護動作。

對在CCB9和MPD2之間的線路出現兩相接地故障的情況進行研究。

1)過渡電阻設定為0.2歐姆，系統負荷達到*大，系統保護動作情況如下表所示。

表3 保護設備動作情況

2)過度電阻設置為2歐姆，系統負荷達到*大，系統保護做情況如下表所示。

表4 保護設備動作情況

同時，我們對系統負荷處于*小時的情況也進行了實驗，保護設備均能可靠動作，即使在CCB9在一些故障情況下不能動作時，MPD1和MPD2可以很好的對線路進行保護。

此外，微電網潮流的不穩定運行的方式是多樣的，我們通過對系統電源電壓和頻率，對系統的電源質量保護進行了驗證，通過調整負載情況，對系統的過負荷情況進行了驗證，都取得了比較理想的保護效果。

3 結論

隨著新能源和智能電網的建設，分布式電源結構在配電網絡中越來越普及。本文針對微電網結構的特點，構建了微電網集中保護控制平臺，并對微電網保護設備的配置進行了介紹。

為應對集中控制功能喪失的問題，對微電網的本地保護進行了設置。并通過實驗對微電網保護系統進行了檢驗，獲得了較為理想的效果。