詳解分布式電源接入配電系統的集成保護

1 研究背景

分布式發(fā)電接入配電系統后的保護控制問(wèn)題始終是電網(wǎng)面臨的重要挑戰之一。分布式電源的接入改變傳統配電網(wǎng)的潮流分布，傳統保護的選擇性和靈敏性下降。與此同時(shí)，并網(wǎng)型分布式電源通過(guò)電力電子器件與電網(wǎng)相連，不同控制策略決定不同的故障特性，將超高壓系統保護簡(jiǎn)單套用在分布式電源接入的配電系統中并不是理想的保護方案。

為此，提出了基于故障暫態(tài)分量的暫態(tài)極性比較保護新原理及方案，由于故障暫態(tài)分量反映的是電網(wǎng)自身的故障暫態(tài)特性，與系統兩側電源種類(lèi)與容量無(wú)關(guān)，因此，克服了分布式發(fā)電接入容量與系統容量相差巨大而導致的短路電流差異性問(wèn)題;與此同時(shí)，故障暫態(tài)高頻分量持續時(shí)間在毫秒級上，隨著(zhù)微處理器以及傳感器的發(fā)展，能夠提供高速保護，從而適應含分布式電源的配電網(wǎng)保護速動(dòng)性要求，有利于保障配電網(wǎng)保護與分布式電源低電壓穿越能力之間的配合關(guān)系。

2 暫態(tài)極性比較保護原理

暫態(tài)極性比較保護運用小波變換提取故障暫態(tài)高頻信號的某一頻段信息作為故障判斷的依據，通過(guò)比較暫態(tài)高頻信號的極性，迅速準確判斷出故障位置。

暫態(tài)極性比較保護的保護判據正是針對暫態(tài)電流信號高頻分量的極性，利用互相關(guān)函數的概念來(lái)對兩個(gè)暫態(tài)信號的相似程度進(jìn)行描述。當線(xiàn)路兩端流過(guò)的暫態(tài)高頻信號符合高度正相關(guān)條件，則可依此判別為線(xiàn)路區內故障，反之，當符合高度負相關(guān)的條件時(shí)，故障為區外故障。

暫態(tài)極性比較保護可以覆蓋所有故障類(lèi)型。更重要的是，基于暫態(tài)量信息的配電網(wǎng)集成保護方法不會(huì )受到配電網(wǎng)架構、分布式電源種類(lèi)、容量、接入位置等因素的影響。而且，該保護方法具有自適應的特點(diǎn)。數據采樣率、離散小波變換提取頻段與故障判定時(shí)間，三者是相互關(guān)聯(lián)的。根據不同的硬件平臺所能達到的采樣頻率和數據處理能力，小波變換可以根據具體需要提取不同頻段的暫態(tài)高頻信號，隨著(zhù)頻段的增高，信號衰減速度增快，因而基于極性比較的保護原理動(dòng)作速度大大提高。

3 分布式電源多點(diǎn)接入配電系統的集成保護

隨著(zhù)新能源并網(wǎng)發(fā)電系統在配電網(wǎng)的接入，配電網(wǎng)必須從微電網(wǎng)和規?；植际诫娫醇惺讲⑷胫袎号潆娋W(wǎng)兩方面雙管齊下，最大限度地提升電網(wǎng)消納可再生能源的能力，形成更加分布、更多互動(dòng)的主動(dòng)配電網(wǎng)。目前，分布式傳感設備的性能在智能變電站的發(fā)展建設過(guò)程中得到快速發(fā)展和提升，這為配電系統集成保護的工程應用提供了必要的技術(shù)基礎。此外，基于全球定位系統的數據對時(shí)、智能電子設備之間的光纖網(wǎng)絡(luò )對時(shí)技術(shù)也在工程實(shí)踐中得到很好的應用?；谔岢龅姆植际桨l(fā)電多點(diǎn)接入配電系統暫態(tài)極性比較保護原理，可以構建區域集中綜合控制與本地保護控制系統相結合的主動(dòng)配電網(wǎng)保護系統。在母線(xiàn)處設立一個(gè)集成保護單元(IR)，基于本地信息以及相鄰保護單元的故障信息實(shí)現對本地單一電氣設備母線(xiàn)和線(xiàn)路的保護。與此同時(shí)，配電網(wǎng)集成保護單元根據不同的情況綜合多點(diǎn)的信息完成基于多點(diǎn)信息的保護控制功能，從而完成故障快速定位以及后備保護的功能，實(shí)現配電網(wǎng)絡(luò )保護及自動(dòng)化。

當故障發(fā)生時(shí)，故障高頻分量將由故障點(diǎn)向整個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳播，由每個(gè)電流互感器檢測到的暫態(tài)電流信號的極性將具有一定的規律，即指向故障點(diǎn)的一組電流互感器檢測到的暫態(tài)電流極性方向一致，背離故障點(diǎn)的一組電流互感器檢測到的暫態(tài)電流極性方向一致。每個(gè)集成保護單元，可以檢測出故障相對于母線(xiàn)的相對位置，通過(guò)綜合比較整個(gè)配電網(wǎng)中每個(gè)集成保護單元的信息，就可以識別出故障發(fā)生的位置。當確定為母線(xiàn)故障時(shí)，保護單元向與母線(xiàn)相連的所有斷路器發(fā)出跳閘指令。當故障判別為線(xiàn)路故障，則母線(xiàn)側與故障線(xiàn)路相連的斷路器接到跳閘指令跳開(kāi)，從而隔離故障區域。集成網(wǎng)絡(luò )保護單元利用來(lái)自集成保護單元極性判斷信息實(shí)現后備保護功能。

4 結語(yǔ)

本文提出的暫態(tài)極性比較保護原理不受分布式電源接入容量和短路電流差異影響，提高了保護的速動(dòng)性。在此基礎上形成的集成保護方案實(shí)現了含分布式電源配電系統的快速故障定位與隔離，有助于提高未來(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，保障系統供電可靠性。