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【探讨】微电网继电保护相关问题研究

2015-11-02 00:09
安娜PARKER
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  1、微电网保护的特殊性问题

  当前有关微电网的研究主要是在传统配电网基础上展开的。现有文献指出,微电网与配电网之间仅设一个公共连接点(PCC),且在该处装设静态开关。微电网处于并网运行模式时,无论配电网还是微电网发生故障,均即刻(通常在20毫秒内)将微电网和配电网隔离开。若故障点位于配电网,这将有利于微电网切换至孤岛模式下的稳定运行;若故障点位于微电网,则待PCC点断开后在孤岛运行方式下进行故障处理。可见,只要微电网保护的出口时间大于40毫秒,微电网内部故障电流特性取决于其内部的微电源。

  与传统配电网相比,微电源的容量较小,特别是逆变器接口型微电源受电力电子器件的限流影响在微电网内部短路时其提供的故障电流恒定且不大于其额定电流的两倍。因此,微电网内部保护满足灵敏度的要求有难度。另,微电网的电路拓扑和配电网类似,电力用户的分散性又使得微电网内部线路距离短或线路中间有T接。此时,通过动作电流整定难以保证主保护的选择性,若依靠动作时限整定来保证选择性既不符合保护快速性的要求也难以保证故障切除后微电网的稳定运行。在多端电源的微电网中,不可控电源断续输出造成微电网中潮流方向的不确定,也给采用方向元件来保证保护的选择性带来麻烦。还有一个不可忽视的问题是微电源容量小、供电半径短,容易失稳和脱网。当微电网线路保护动作时间长于微电源在故障情况下持续并网时间,微电源会退出运行,造成微电网“崩盘”,致使微电网内的线路保护彻底失去选择性。

  2、国内外研究现状分析

  为解决微电网保护灵敏度低、选择性差的问题,有研究人员将在电网保护中已有成熟应用的低电压、序分量等故障特征量引入微电网保护中,提出基于就地信息的微电网保护方案。笔者认为,除非微电网达到相当规模,此类基于就地信息的微电网保护整定困难,难以解决保护选择性、灵敏性的问题以及保护间相互配合的问题,但其可以作为后备保护。

  借助于微电网的中央单元和信息平台,有研究人员提出了基于全网(区域)信息交互的微电网保护方案,目前主要有两种研究思路:一种是实时采集与结构变化相关的电气量及开关量信息,借由中央单元实现实时整定;另一种是利用信息采集系统获取全网故障信息,由中央单元保护模块确定故障点,进而实现故障隔离。微电网的规模远小于配电网,基于全网(区域)信息交互的保护可以从微电网全局统筹,很大程度上克服了微电网复杂的运行状态以及灵活多变的拓扑结构对保护的影响,具有良好的自适应性。但此类保护方案对通信依赖性太强,不仅通信速度对保护的动作速度有直接影响,而且局域通信发生故障时,可能会导致微电网内部多处保护误动或拒动。

  鉴于上述保护方案存在的不足,有研究人员提出通过通信方式获取相邻故障点的方向信息,并就地判断是否动作隔离故障。此类方法适用于双电源间线路两端均装设断路器和相应保护装置的无分支线路保护以及母线保护。当微电网中某些单电源(等效)多分支线路(线路仅有一端有断路器和保护装置)发生短路故障时,或在多端电源的拓扑结构中,有T接线路或有断续输出的不可控电源时,这类比较方向(相位)变化的保护存在无法判断的可能。

  3、对实现微电网保护所需解决问题的探讨

  微电网保护的目的是为了尽可能维持微电网的稳定,或快速恢复微电源的运行。现阶段微电网内部故障后的处置思路应是:结合微电源的容量、分布等因素,将微电网的保护与故障重构统筹考虑,以最大限度利用微电源作为故障后的处置目标。以下分别从三个不同场景对此加以讨论:

  (1)微电网中的所有微电源集中接于同一母线,以放射式树干型的线路结构向负荷供电。当微电网内部线路发生短路故障时,短路电流单向流动。此时,可采用就地检测短路电流,并上传上一级线路保护的方法,短路回路中的各线路保护均以检测到短路电流为启动保护出口的条件,以收到下级线路故障电流为闭锁保护出口的条件。

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