论分布式发电保护与微网保护

杨广丽

摘 要：随着社会发展对能源需求量的日益增加，以及社会环保意识的逐渐增强，分布式发电技术得到了日益广泛的应用。通过微网的形式将分布式电源接入大电网配网运行，能有效发挥分布式发电系统的最大效益。分布式发电保护与微网保护对于分布式发电系统的正常运行具有至关重要的意义。本文浅析了分布式发电保护和微网保护的策略，以期为我国的继电保护提供借鉴。

关键词：分布式发电保护；微网保护；配电网

前言：随着电力负荷需求的日渐增长，新能源发电的研究取得了巨大的进展。分布式发电具有位置灵活分散的特点，能实现对分散电力需求和资源分布的良好适应，能实现对配电网升级投资的有效延缓。但是分布式发电具有较高的单机接入成本和较强的运行不确定性，因此大电网对分布式发电采取了隔离限制的措施。为充分发挥分布式发电的效益，采用微网对分布式发电进行有效的集成应用。

一、分布式发电保护

1、分布式发电保护的研究对象与方法

分布式发电接入配电网，对传统的配电网带来了巨大的影响。为分析这种影响，有必要对传统配电网的保护方式进行研究。常见的实现中低压配电网的自动化保护的方式有三种，分别是：（1）不具备自动化的配电网，多采用段式电流保护，以熔断器、断路器作为主要的保护设备。（2）通过重合器模式实现自动化的配电网，通过各种自动开关设备，诸如重合器、分段器等的相互配合，隔离定位故障。（3）通过馈线终端单元实现自动化的配电网，通过通信基础、断路器、FTU与主站系统，实现故障定位隔离[1]。对于以上三种对象，保护设备的相互配合遵循选择性原则。2个保护设备可以形成3段线路，如图1所示：

2、分布式发电保护策略

当前，对分布式发电保护主要有以下研究方向：在接入分布式发电的情况下，尽量减少对传统配电保护的影响；对于分布式发电保护的接入，寻找较完善的保护方法，忽略对传统配电网的影响。在以上研究方向下，对分布式发电保护主要有以下四种方法：（1）当配电网发生故障时，立即退出分布式发电，确保传统配电网的保护不受影响。（2）对分布式发电的容量和接入位置进行限制，不调整传统配电网。（3）通过对故障限流器等故障电流限制手段的引入，降低故障时分布式发电的影响，不调整传统配电网。（4）网络化数字保护依赖于通信，因此需要调整配电网。

故障发生时，分布式发电迅速离网技术具有较高的可靠性。现行的一些标准，诸如IEEE 1547规定，并网分布式发电，在故障发生时及自动重合闸前要离网。但是在电网实际运行中，分布式发电在故障发生时推出不及时，甚至在某些情况下，切除故障之后，分布式发电仍然可以并网供电。因此，要对分布式发电并网运行的情况下保护设备的配合行为进行考虑。在这种情况下，要对分布式发电的容量和接入位置进行限制，较为有效的方法是对故障电流限制手段的引入。在这种方式下，要根据实际情况的具体要求，整定原有保护设备，最终实现对被隔离故障区域的缩小[2]。

网络化数字保护对传统配电网的保护改造很大，且对通信设备较为依赖，需要较大的成本投入。当分布式发电较多时，要对之进行合理的规划，构成更为可取的微网。

二、交流微网保护

交流微网是一种微型电网，主要由多个负荷和微型电源组成。微网与配电网的连接是通过唯一的接口，微网一方面可以独立运行，另一方面，也可以实现并网运行。对交流微网的保护主要有两种：一种是不依赖通信的保护，一种是依赖通信的保护。

1、不依赖通信的保护

微网不依赖通信的保护，主要是基于零序负序分量和差动电流分量。不依赖通信的保护提供了保护微网的一种思路，但是这种保护针对的是较为简单的微网结构，具有较强的针对性，对微网的保护不具通用性。对于复杂的微网结构，采用这种保护方式，可能造成较为矛盾的结果。这主要是由于微网具有双向潮流的特点，传统保护中的选择性原则很难满足此要求。将开关站设置在微网中，科学合理地设计开关站的结构，可以实现微网保护对通信依赖的减少。对微网设计开关站时，可以对高压变电站的接线结构进行借鉴。常见的变电站接线方式有以下几种：双母线、单母线、3/2断路器等。其中可靠性最高的接线方式是3/2断路器[3]。以该方式为例，对微网开关站进行构建，如下图所示：

2、依赖通信的保护

微网具有双向潮流的特性，通过对多点信息的利用，能加强对故障点的判断。网络化数字微网保护的基础是通信，通过对微网级的通信网络进行构建，对微网多处的电流电压信息进行利用以实现对故障的综合分析和判断，有利于实现保护微网的目标。网络化数字微网保护要注意以下方面：要确保保护算法的快速有效；要确保通信网的快速可靠；要实现多点电流电压信息的同步。

3、微网独立与并网运行时的保护

微网在独立运行和并网运行两种不同方式下，具有不同的电流，且电流差异较大。分布式发电通过逆变器进行交流电的输出，会受到电力电子器件过流能力的限制，在故障发生时，无法实现对足够大的短路电流的提供。因此，在微网独立运行情况下，采用微网并网运行时的保护策略，是不可行的。反之也是这样。对微网独立运行和并网运行两种情况的保护策略，主要有以下两种：一种是对保护策略进行统一设计，使该保护策略同时适应微网运行的两种情况；一种是通过限制条件的設置，使保护策略只针对一种运行情况有效[4]。

三、直流微网保护

1、直流微网存在的可行性

直流输电相对于交流输电，具有诸多优势：系统稳定、能实现对短路电流的有效限制、对交流系统可以实现异步相联、具有较低的造价、不存在无功损耗、不存在集肤效应等。在区域适合的情况下，对小规模低压直流微网的构建，能提高效率和经济性，但要注意保持区域的规模，避免由于区域规模过大而导致直流微网存在可行性的丧失。

2、直流微网保护的分析

低压直流微网的结构如下图所示：

由于低压直流微网规模较小，因此其保护较为简化。其主要的保护设备有：直流负载供电线路的保护、电源线路的保护等。当发生接地故障时，不同的接地系统会对故障进行鉴别。

结语

分布式发电保护和微网保护是继电保护的重要组成部分，对于继电保护的发展具有至关重要的意义。本文希望通过对分布式发电保护和微网保护的思考与分析，为继电保护的发展提供借鉴。

参考文献

[1]赵上林， 吴在军， 胡敏强，等. 关于分布式发电保护与微网保护的思考[J]. 电力系统自动化， 2010， 34（1）：73-77.

[2]赵上林. 分布式发电保护和微网保护的研究[D]. 东南大学， 2012.

[3]刘云， 许健， 王家华，等. 分布式发电微网保护解决方案[J]. 电脑知识与技术， 2012， 08（4）：935-938.

[4]黄伟， 雷金勇， 夏翔，等. 分布式电源对配电网相间短路保护的影响[J]. 电力系统自动化， 2008， 32（1）：93-97.