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基于現實的微電網保護方案研究

2018-01-10 14:48:59 來源:《電氣技術》雜志   點擊量: 評論 (0)
近年來隨著國家對新能源產業的大力扶持,新能源產業得到了快速的發展,分布式發電在電網中變得愈發普遍,這種以新能源為背景的微電網結構在
近年來隨著國家對新能源產業的大力扶持,新能源產業得到了快速的發展,分布式發電在電網中變得愈發普遍,這種以新能源為背景的微電網結構在電網中的比例逐漸則大。而微電網本身潮流不穩定,系統容量小,運行方式多樣,給微電網的保護造成了一定的困擾。
 
對微電網保護的合理配置,建立科學有效的微電網保護方案是確保微電網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保護方案,并針對具體的微電網結構,制定了微電網保護的具體方案。
 
1 微電網保護方案設計
 
1.1 設備的集中保護方案
 
集中保護可以便于對全網綜合信息進行分析,從而準確的快速的判斷故障位置以及故障原因。微電網設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成。微機保護設備的主要功能包括:電能信息的采集和計算、根據保護算法模型分析對數據進行分析、將運算結果傳輸到上層控制中心、接收集中保護中心的控制信號并執行上級控制中心的指令、監控設備狀態。
 
系統中選用的監測裝置、智能保護單元均支持IEC61850通信,從而可以進行方便的組網,與集中保護平臺形成統一的網絡。
 
圖1 微電網設備集中保護方案
 
 
集中保護中心對微機保護設備的數據信息進行故障分析,判斷設備是否處于正常運行狀態,一旦有故障發生,則應根據故障情況采取相應的保護措施。集中保護可以對現場監測設備的信息進行分析比較,從而判斷故障位置。
 
如圖1所示,當F節點工作不正常時,保護設備MPD1和MPD4的都會檢測到正向故障,而系統就會通過分析對比判斷相應的末端保護和后備保護,此時,MPD4作為末端保護應首先動作,MPD1進行后備保護。
 
1.2 設備的本地保護方案
 
當微電網保護通信系統出現問題時,由于本地裝置無法收到上級集中控制平臺的動作指令,現場保護設備應具備根據本地設定進行保護的能力,根據本地信息對故障進行檢測和判斷,完成設備保護動作。
 
保護監督動作銜接可根據系統故障判斷結果和延時來判定,如圖2所示,tf是保護動作的響應時間,tm為動作響應延時時間,該值通??梢栽O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
 
 
當線路的F處出現故障時,保護設備MPD、MPD1、MPD2會同時檢測到系統故障,但MPD2會優先動作,而后備保護MPD和MPD1會根據需要延時動作。往往微電網的規模都比較小,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。
 
保護設備MPD的主要保護設定有:
 
(1)功率方向保護。
 
微電網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)系統接地故障保護。
 
當有單相接地故障在TN系統出現時,系統的零序電流分量往往難以檢測。這時可以通過計算系統四相電流的和是否為0來判斷是否有單相接地故障發生。
 
(3)系統過流保護。
 
當電網有不對稱短路故障出現時,系統的負序電流的電流變動會非常大,所以,可以通過檢測負序電流,對系統進行保護。
 
(4)電壓故障保護
 
電壓故障保護往往在系統公共連接點或者集成在系統逆變器中。系統各公共連接點的欠電壓保護的目的是在外部電網運行不正常時,可以確保系統單獨正常運行。
 
同時,在系統內部出現問題時,也可以有效的將系統切除,確保外部電網的運行安全。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大于分布電源保護單元。
 
(5)電網頻率保護。
 
系統頻率保護的設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全面,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系統電流的有效值計算。
 
1.3 自動測控單元的保護邏輯
 
自動測控單元是微電網保護控制的核心設備,依靠其強大的測控能力,可以方便的實現微電網的保護功能。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合,從而實現對系統的可靠有效保護。
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