DQZHAN技術(shù)訊：基于現(xiàn)實的微電網(wǎng)保護方案研究
近年來隨著國家對新能源產(chǎn)業(yè)的大力扶持，新能源產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，分布式發(fā)電在電網(wǎng)中變得愈發(fā)普遍，這種以新能源為背景的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在電網(wǎng)中的比例逐漸則大。而微電網(wǎng)本身潮流不穩(wěn)定，系統(tǒng)容量小，運行方式多樣，給微電網(wǎng)的保護造成了一定的困擾。
對微電網(wǎng)保護的合理配置，建立科學(xué)有效的微電網(wǎng)保護方案是確保微電網(wǎng)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(wǎng)保護方案，并針對具體的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，制定了微電網(wǎng)保護的具體方案。
1 微電網(wǎng)保護方案設(shè)計
1.1 設(shè)備的集中保護方案
集中保護可以便于對全網(wǎng)綜合信息進行分析，從而準(zhǔn)確的快速的判斷故障位置以及故障原因。微電網(wǎng)設(shè)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(gòu)成。微機保護設(shè)備的主要功能包括：電能信息的采集和計算、根據(jù)保護算法模型分析對數(shù)據(jù)進行分析、將運算結(jié)果傳輸?shù)缴蠈涌刂浦行?、接收集中保護中心的控制信號并執(zhí)行上級控制中心的指令、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。
系統(tǒng)中選用的監(jiān)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(wǎng)，與集中保護平臺形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。
圖1 微電網(wǎng)設(shè)備集中保護方案
集中保護中心對微機保護設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進行故障分析，判斷設(shè)備是否處于正常運行狀態(tài)，一旦有故障發(fā)生，則應(yīng)根據(jù)故障情況采取相應(yīng)的保護措施。集中保護可以對現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備的信息進行分析比較，從而判斷故障位置。
如圖1所示，當(dāng)F節(jié)點工作不正常時，保護設(shè)備MPD1和MPD4的都會檢測到正向故障，而系統(tǒng)就會通過分析對比判斷相應(yīng)的末端保護和后備保護，此時，MPD4作為末端保護應(yīng)首先動作，MPD1進行后備保護。
1.2 設(shè)備的本地保護方案
當(dāng)微電網(wǎng)保護通信系統(tǒng)出現(xiàn)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(xiàn)場保護設(shè)備應(yīng)具備根據(jù)本地設(shè)定進行保護的能力，根據(jù)本地信息對故障進行檢測和判斷，完成設(shè)備保護動作。
保護監(jiān)督動作銜接可根據(jù)系統(tǒng)故障判斷結(jié)果和延時來判定，如圖2所示，tf是保護動作的響應(yīng)時間，tm為動作響應(yīng)延時時間，該值通?？梢栽O(shè)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(dāng)線路的F處出現(xiàn)故障時，保護設(shè)備MPD、MPD1、MPD2會同時檢測到系統(tǒng)故障，但MPD2會優(yōu)先動作，而后備保護MPD和MPD1會根據(jù)需要延時動作。往往微電網(wǎng)的規(guī)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(shè)備MPD的主要保護設(shè)定有：
(1)功率方向保護。
微電網(wǎng)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(tǒng)接地故障保護。
當(dāng)有單相接地故障在TN系統(tǒng)出現(xiàn)時，系統(tǒng)的零序電流分量往往難以檢測。這時可以通過計算系統(tǒng)四相電流的和是否為0來判斷是否有單相接地故障發(fā)生。
(3)系統(tǒng)過流保護。
當(dāng)電網(wǎng)有不對稱短路故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)的負(fù)序電流的電流變動會非常大，所以，可以通過檢測負(fù)序電流，對系統(tǒng)進行保護。
(4)電壓故障保護
電壓故障保護往往在系統(tǒng)公共連接點或者集成在系統(tǒng)逆變器中。系統(tǒng)各公共連接點的欠電壓保護的目的是在外部電網(wǎng)運行不正常時，可以確保系統(tǒng)單獨正常運行。
同時，在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)問題時，也可以有效的將系統(tǒng)切除，確保外部電網(wǎng)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(yīng)大于分布電源保護單元。
(5)電網(wǎng)頻率保護。
系統(tǒng)頻率保護的設(shè)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(jù)系統(tǒng)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(wǎng)保護控制的核心設(shè)備，依靠其強大的測控能力，可以方便的實現(xiàn)微電網(wǎng)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(jié)合，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的可靠有效保護。
2 微電網(wǎng)保護的配置分析
假設(shè)某微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)集中式保護方案
對系統(tǒng)電子斷路器的額定電流選擇為按照系統(tǒng)*高負(fù)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(jù)經(jīng)驗系統(tǒng)中的尖峰電流經(jīng)常超過幾十安培，為防止擾動造成開關(guān)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(jù)線路*大負(fù)荷適當(dāng)增加即可，8#和9#電子斷路器的動作時間設(shè)定為5S，剩余電子斷路器的動作時間為4S。智能保護設(shè)備的保護動作電流值和時間設(shè)定如表2所示。
這些保護動作時間都是針對微電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)斷線時的本地保護動作時間。而在系統(tǒng)通訊正常時，系統(tǒng)和根據(jù)對保護裝置的上傳信息的分析結(jié)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(tǒng)電子斷路器參數(shù)配置表
表2 保護動作時間設(shè)定
(2)系統(tǒng)故障保護動作。
對在CCB9和MPD2之間的線路出現(xiàn)兩相接地故障的情況進行研究。
1)過渡電阻設(shè)定為0.2歐姆，系統(tǒng)負(fù)荷達到*大，系統(tǒng)保護動作情況如下表所示。
表3 保護設(shè)備動作情況
2)過度電阻設(shè)置為2歐姆，系統(tǒng)負(fù)荷達到*大，系統(tǒng)保護做情況如下表所示。
表4 保護設(shè)備動作情況
同時，我們對系統(tǒng)負(fù)荷處于*小時的情況也進行了實驗，保護設(shè)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(wǎng)潮流的不穩(wěn)定運行的方式是多樣的，我們通過對系統(tǒng)電源電壓和頻率，對系統(tǒng)的電源質(zhì)量保護進行了驗證，通過調(diào)整負(fù)載情況，對系統(tǒng)的過負(fù)荷情況進行了驗證，都取得了比較理想的保護效果。
3 結(jié)論
隨著新能源和智能電網(wǎng)的建設(shè)，分布式電源結(jié)構(gòu)在配電網(wǎng)絡(luò)中越來越普及。本文針對微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點，構(gòu)建了微電網(wǎng)集中保護控制平臺，并對微電網(wǎng)保護設(shè)備的配置進行了介紹。
為應(yīng)對集中控制功能喪失的問題，對微電網(wǎng)的本地保護進行了設(shè)置。并通過實驗對微電網(wǎng)保護系統(tǒng)進行了檢驗，獲得了較為理想的效果。
