基于微电网的配电网继电保护策略思考

摘要：微电网能实现大规模新能源分布式发电友好并网，是发展新能源发电技术的有效手段。本文对微电网进行简要介绍，提出基于微电网的配电网继电保护策略。

关键词：微电网；继电保护；智能电网技术

1绪言

微电网是发展新能源发电技术的必然结果，也是发展智能电网的必经阶段。随着微电网渗透率的逐步增大，大规模的微电网的并网运行将改变配电网的潮流分布，甚至使配电网部分馈线潮流反向，导致配电网继电保护灵敏度降低甚至误动，继而对配电网的安全稳定运行造成威胁。所以，必须研究微电网与配电网之间的相互影响，制定有效的继电保护配合措施，实现微电网好友并网与配电网的安全稳定运行。 2 微电网概述

微电网是由一系列分布式发电和就地的群聚负荷组成的一个简单电力系统，并为当地用户提供电力需求的小型电网。微电网有两种运行模式，即微电网联网运行模式与孤网运行模式。联网运行模式下，相对电力公司来说，微电网扮演着一个“合法公民”的角色，可视为公共电网的一个负荷或电源，提高电力系统供电的可靠性，热电联产(CHP)的微电网还可以提供热能需求；孤网运行模式下，微电网可以为对电力质量有特别需求的用户提供高质量的电力资源。也可以作为外部公共电网故障的黑启动电源。 3基于微电网的配电网继电保护策略

3.1 单个微电网并网的配电网继电保护配置

微电网的并网地点选择分为两个步骤：首先是微电网并网电压等级的选则，其次是具体并网地点的选取。微电网系统并网电压等级可分为三种：高压 110kV、66kV、35kV 配电网，中压 10kV 配电网和低压 380V 配电网。不同电压等级的配电网容量大小不同，高电压等级的配电网容量大，可以接纳较大容量的微电网并网运行，如日本的微电网规模较大可达几十兆瓦，可以考虑并入高压配电网。反之，电压等级低的配电网接纳微电网的能力较差，如美国微电网容量一般较小，可以考虑并入中低压配电网。

在确定并网电压等级之后，具体并网地点的选取还有待考究。如图 3.1所示配电网：

图 3.1 单个微电网并网的配电网结构

如图3.1 所示，MG1 和 MG2 都是由多个单元微电网组合成的等效微网，等效微电网可以在 10kV 母线 A 处并网，如 MG2，也可以在馈线 LD2 上设置一条并网母线 B 并网，如 MG1。以下分别就这两个并网地点进行讨论，分析并网之后对配电网继电保护的影响及应采取的措施：

① 并网地点选择 10kV 母线 A，主要是考虑到 MG2 的容量比较大，微电网的渗透率比较高，母线 A 是汇流母线可以接纳较大容量的微电网并网。MG2 在母线 A 并网之后，相当于在母线 A 处接入了一个电源或负荷，母线 A 下游即所有 10kV 馈线将实现双电源供电，供电可靠性得到提高。由于微电网的容量不可能很大，所以对母线 A 上游即 110/10kV 变压器几乎没有影响。但如果 MG2 离10kV 母线 A 较远，需要新建专线并网，加大了投资。

保护配置：当母线 A 下游 10kV 馈线发生故障时，MG2 将助增短路电流，如果助增电流比较大，馈线电流保护整定值需要作出相应的调整。10kV 母线的差动保护也需要考虑 MG2 的作用。当 110/10kV 变压器发生故障时，MG2 将提供助增电流，但是 110/10kV 变压器配置

有差动保护为其主保护，MG2 的助增电流有助于提高差动保护的灵敏度，不需要对变压器的保护作出改变。

② 并网地点选择馈线 LD2 上的母线 B，主要是考虑 MG1 的容量比较小，可以在馈线 LD2 上设置并网母线实现就地并网，无需增设上网专线，减少了投资。MG2 在母线 B 并网以后，相当于在馈线 LD2 上增设了一个电源或负荷，母线 A 下游的负荷实现双电源供电，提高了供电可靠性。如果 MG2 的渗透率较高，将改变配电网的潮流分布，甚至使馈线 LD2 的 A、B 段潮流反向，对继电保护带来不利影响。 保护配置：

（1）当故障发生在馈线 B 下游时，MG1 的助增作用将使母线 B 出口 LD2 段电流保护灵敏度有所提高，但是由于 MG1 的容量小，而且 MG1 的微电源是基于电力电子设备并网的新能源分布式发电电源，提供短路电流的能力很有限，所以不需要修改母线 B 出口 LD2 段的电流保护定值。

（2）当故障发生在馈线 LD2 的 A、B 段内部时，故障点两边都将提供短路电流，传统的阶段式电流保护无法隔离 B 侧的故障部分线路，如果不对馈线 A、B 的继电保护作出改进，则必须断开 PCC 处的连接，将 MG1 孤岛运行。为了充分发挥 MG1 的效益，在馈线 A、B 处配置 4.5 节的基于纵联差动比较的单元级保护，从而快速切除故障线路，确保 MG1 形成尽可能大的电气孤岛，充分发挥MG1 的发电效益。

（3）当故障发生在相邻馈线 LD1 时，同样 MG1 的助增将使 LD1 保护的灵敏度有所提高。如果 MG1 的渗透率较大，则 LD2 的 A、B 段将流过 MG1 的短路电流，但是由于馈线 A、B 配置的是基于纵联差动比较的单元级保护，外部故障不会使保护误动。

由此可见，当微电网的容量较大、渗透率较高时，可以考虑新建专线至变电站母线并网，虽然增加了投资，但对配电网的运行与继电保护的影响将降至最低。对于容量不是很大的微电网，可以在附近馈线设置并网母线实现就地并网，此时必须改变并网母线所在的上游馈线的保护配置，将阶段式电流保护退出运行，重新配置基于纵联差动比较的单元级保护，确保配电网的安全稳定运行。

3.2 含大量微电网的配电网继电保护配置

微电网的渗透率是影响配电网运行与继电保护的重要因素之一。微电网的并网可以按图3.1 所示，多个单元微电网组成等效微网并网。也可以单元微网各自就地设置并网母线分散并网，如图 3.2 所示：

3.2 含大量微电网的配电的网结构

图 3.2 中，配电网包含三个微电网，MG1 通过并网母线 B 并网，MG2 通过 10kV 母线并网，MG3 通过并网母线 D 并网，三个微电网都是依据就地并网原则连接在各自并网母线。研究表明，这种分散式并网方式可以减轻并网对配电网运行的不利影响，提高微电网的最大渗透率。 对配电网采取如下保护配置：（1）并网母线 D 上游的 C、D 段和并网母线 B 上游的 A、B 段的电流保护退出运行，重新配置基于纵联差动比较的单元级保护，在并网母线 B、D 下游配置阶段式电流保护，定值整定考虑 MG 并网的作用。（2）考虑到 MG 助增电流的影响，母线、10kV 的其他馈线保护的定值须重新整定。（3）由于微电网的渗透率较小，110/10kV 变压器的保护配置不做改变。

正常运行时，由于 MG1、MG3 的存在，可能使得馈线 LD1 的 A、B 段和馈线 LD2 的 C、D 段潮流反向，但由于采用了基于差动比较的单元级保护，潮流反向并不会造成保护误动。同理，当馈线 LD1 的 A、B 段和馈线 LD2 的 C、D段外部发生故障时，基于差动比较的单元级保护也不会误动。当保护范围内部发生短路故障时，基于差动比较的单元级保护可以无时限地迅速动作将故障隔离，保障配电网的安全稳定运行。 4结语

本文提出微电网的继电保护策略。微电网的研究工作还有很多急需开展，比如精细模型

建立、智能化设备、微电网信息通信、潮流控制管理、经济运行等等。受时间和能力的限制，本文侧重于微电网继电保护方法的研究。

参考文献

[1]黄伟, 雷金勇等. 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):92-97

[2]张建华,黄伟.微电网运行控制与保护技术[M].中国电力出版社.北京.2007：110-112