距离保护在微电网中的应用

屠友强 1 周妮娜 2

上海申能临港燃机发电有限公司 201306

2、国网上海松江供电公司 201600

摘要 考虑微电网包含了多个微电源，使得微电网的结构不再是单一的辐射状，功率流向也不再是单向，且不同运行模式下的微电网故障特征差别很大，本文主要研究微电网在并网时对继电保护带来的影响，并考虑距离保护在低压配网中的应用，通过对网络结构的分析引入助增系数，减小了由于微电源的助增效益，并对引入助增系数后的距离保护的整定计算方法进行说明。

关键词 微电网；继电保护；距离保护；助增系数

引言

微电网作为未来智能电网的重要组成部分，其本质上属于配电终端网络，因此微电网的保护配置需要与微电网内部各个组成部分相兼容。微电网的运行特性不同于传统电网，主要表现在：

微电网内部包含了多个微电源，所以微电网的结构不再是单一的辐射状，功率的流向也不再是单向。微电网由于分布式电源的助增和分流现象导致电流保护出现拒动、误动等现象，降低了保护的选择性和灵敏性。

不同运行模式下微电网故障时的故障特征差别很大。并网运行时，主网向故障点提供较大的短路电流，孤网运行时，由于微电源的输出电流被限制在两倍额定电流，即发生短路时也不会出现过大的短路电流。

1 微电网内部保护配置

微电网在规划建设时会根据实际情况选择不同的结构，但是基本组成部分都包括公共连接点（PCC）、微电源、线路（馈线）、负荷等^[4]，同传统的配电网一样，当微电网内部线路或者负荷发生故障时，通常不希望直接切掉电源，而是通过保护装置有选择性的切除故障部分线路，最大程度地保证微电网的正常运行。因此，微电网内部整体保护配置应包括PCC保护、线路保护、电源保护、负荷保护等。

本文主要对微电网内部线路保护类型故障进行研究，提出适用于微电网线路故障的保护方法。

2 距离保护

2.1 微电源对距离保护的影响

实际运行中，微电源接入线路的位置及其产生的助增效应会对距离保护的电流测量造成一定的影响。根据分析微电源的接入并没有对保护I段造成影响。

对距离保护II段的影响

图1

图1为微电源接入微电网中母线B之后的线路图，线路BC的k点处发生故障后，保护CB1处的测量阻抗为：

（1）

式中 ，根据式（1）可知，微电源接在微电网B上，线路BC的k点处发生故障后，保护CB1的距离保护II段测量阻抗相对于微电源未接入时变大。测量阻抗的变大将导致保护1的II段的保护范围缩小，灵敏度降低。

可以看出，只有当微电源接入的位置位于保护装置和故障发生点之间时，由于微电源的助增效益，将会导致距离保护装置的测量阻抗变大，在对距离保护进行整定计算及运行分析时，应考虑这种影响。

2.2 整定计算

根据上述的分析，当微电源固定接在交流母线上时，只会对上游线路的距离保护II段产生影响，会导致上游距离保护II段的测量阻抗变大，因此整定计算时应考虑引入助增系数消除此影响。

1）距离保护I段的整定

根据图1所示，线路AB、BC始端都设置有距离保护装置，微电源S1接在母线B上，当线路BC某处发生单相接地短路时，相邻线路向故障点提供短路电流。其短路电流流向如上图1中所示。

微电源的接入对距离保护I段不产生影响，所以整定方法和传统整定原则一样，以CB2为例，距离I段整定阻抗为：

（2）

式（2）中，可靠系数 取值为0.85，即CB2的距离I段保护范围为线路全长的85%。

2）距离保护II段的整定

以CB1为例，对于距离保护II段的整定，通常需要与相邻线路的距离保护I段和变压器的快速保护相配合，在图1中，保护CB1的距离保护II段只需要保证在线路BC上发生故障时，保护CB1不至于越级跳闸，其距离保护II段的动作范围不应该超过保护CB2的I段保护范围。设保护CB2的I段整定阻抗为 ，则保护CB1的II段整定阻抗为：

（3）

式（3）中 为II段整定的助增系数，其中 为流过保护CB1的电流（ ）， 为微电源S1输出的电流；可靠系数 取值为0.85。

由文献知，微电源在故障情况下输出电流不超过额定电流的两倍。因此微电网不同方式下 的值相差很大。并网模式下，流过CB1的电流 由公共电网和相邻线路微电源提供，并且在某些故障情况下微电源S2、S3输出电流 的值小于额定值的两倍；独立运行模式下， 全部由微电源提供，且 通常达到了额定电流的两倍。因此在计算距离保护II段的整定值时，应当根据微电网实时的运行模式自适应地改变

的值：并网模式时，通过采集 和 的值实时计算 ；独立运行模式时， ，其中 分别为电流S1、S2、S3的额定电流。由此可见独立运行时 根据微电源的额定电流可视为一个定值，因此可采取事先确定 的方法，免去了实时计算的要求。

综上所述，微电网的自适应距离保护实现方案：由线路阻抗并结合微电网的运行模式计算出距离保护I段、II段整定值，并由保护安装处测得的电压和电流计算得测量阻抗，判断若测量阻抗在保护I段范围内，保护发出跳闸信号；若测量阻抗在保护II段范围内，经过一段延时后发出跳闸信号。

3 仿真分析

本文所用微网系统包括光伏电源、风机、微型燃气轮机三个微电源和3个负荷，建立如图2所示微网模型。

图2 微网模型

1）微网处于并网运行模式

首先，由式（2）对保护I段的整定值：

再根据 计算保护II段整定值（以CB1为例），由公式（3）得：

2）微网处于离网运行模式

由式（2）对保护I段的整定值：

再根据 计算保护II段整定值（以CB1为例），由公式（3）得：

3）发生A相接地短路的仿真结果

当故障发生A相接地短路在距离保护处60%处时，对于保护CB2处I段姆欧继电器设定的整定阻抗以（0.4165,0.0542）为圆心半径0.42，故障距离阻抗0.3欧姆在圆内；对于保护CB1处II段欧姆继电器设定的整定阻抗以（1.147,0.1492)为圆心半径1.15，故障距离阻抗0.65在欧姆圆内。可以看出故障落在保护范围内，保护动作。

当不引入助增系数时，CB1的II段整定值：

R=0.6372<0.65，保护范围缩小，短路距离已落入保护范围以外，CB1的II段拒动。

4 总结

本文分析了微电源接入对距离保护的影响，只有当微电源接入的位置处于保护装置和故障发生之间时，微电源的助增效效应将会导致距离保护装置的测量阻抗变大，因此在对距离保护II段进行整顿计算及运行分析时，应考虑这种影响。通过在距离保护的整定计算中引入助增系数，一定程度上消除了微电源的影响，使得改进的距离保护装置在多电源的环境中能够正确动作。

参考文献:

胡天羽.浅析智能电网现状及发展趋势[J].集成电路应用.2018,(4)：82-84.

朱优优.智能微电网的保护和控制技术研究[J].电子制作.2018,(C1)：40-41，85..

孟祥昀.浅议微电网关键技术[J].中国市场.2016,(23)：74，78.

刘伟.微电网并入配电网的故障定位研究[J].电子世界.2018,(1)：153，155.

张晓，彭立岩，梁晓平.一种含微网的配电网继电保护配置方案[J].电子质量.2017,(6)：22-26.