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基于现实的微电网保护方案研究

北极星储能网  来源:《电气技术》杂志    2018/1/10 11:01:40  我要投稿  

北极星储能网讯: 近年来随着国家对新能源产业的大力扶持,新能源产业得到了快速的发展,分布式发电在电网中变得愈发普遍,这种以新能源为背景的微电网结构在电网中的比例逐渐则大。而微电网本身潮流不稳定,系统容量小,运行方式多样,给微电网的保护造成了一定的困扰。

微电网保护的合理配置,建立科学有效的微电网保护方案是确保微电网可靠运行的基本保障。本文利用通讯手段,建立了集中控制的微电网保护方案,并针对具体的微电网结构,制定了微电网保护的具体方案。

1 微电网保护方案设计

1.1 设备的集中保护方案

集中保护可以便于对全网综合信息进行分析,从而准确的快速的判断故障位置以及故障原因。微电网设备集中保护方案如图1所示。

其主要由保护装置和保护控制平台构成。微机保护设备的主要功能包括:电能信息的采集和计算、根据保护算法模型分析对数据进行分析、将运算结果传输到上层控制中心、接收集中保护中心的控制信号并执行上级控制中心的指令、监控设备状态。

系统中选用的监测装置、智能保护单元均支持IEC61850通信,从而可以进行方便的组网,与集中保护平台形成统一的网络。

图1 微电网设备集中保护方案

集中保护中心对微机保护设备的数据信息进行故障分析,判断设备是否处于正常运行状态,一旦有故障发生,则应根据故障情况采取相应的保护措施。集中保护可以对现场监测设备的信息进行分析比较,从而判断故障位置。

如图1所示,当F节点工作不正常时,保护设备MPD1和MPD4的都会检测到正向故障,而系统就会通过分析对比判断相应的末端保护和后备保护,此时,MPD4作为末端保护应首先动作,MPD1进行后备保护。

1.2 设备的本地保护方案

当微电网保护通信系统出现问题时,由于本地装置无法收到上级集中控制平台的动作指令,现场保护设备应具备根据本地设定进行保护的能力,根据本地信息对故障进行检测和判断,完成设备保护动作。

保护监督动作衔接可根据系统故障判断结果和延时来判定,如图2所示,tf是保护动作的响应时间,tm为动作响应延时时间,该值通常可以设为20ms。另外可以采取安装电子断路器的方式对线路进行短路保护。

图2 保护动作的动作时序

当线路的F处出现故障时,保护设备MPD、MPD1、MPD2会同时检测到系统故障,但MPD2会优先动作,而后备保护MPD和MPD1会根据需要延时动作。往往微电网的规模都比较小,没有较长的输电线路,基本不存在电源通过一条馈线接入的情况,因此通过该保护方案就可以满足保护需要。

保护设备MPD的主要保护设定有:

(1)功率方向保护。

微电网的潮流方向是不固定的,有时需要对故障方向进行识别时,则要增加功率保护装置。

(2)系统接地故障保护。

当有单相接地故障在TN系统出现时,系统的零序电流分量往往难以检测。这时可以通过计算系统四相电流的和是否为0来判断是否有单相接地故障发生。

(3)系统过流保护。

当电网有不对称短路故障出现时,系统的负序电流的电流变动会非常大,所以,可以通过检测负序电流,对系统进行保护。

(4)电压故障保护

电压故障保护往往在系统公共连接点或者集成在系统逆变器中。系统各公共连接点的欠电压保护的目的是在外部电网运行不正常时,可以确保系统单独正常运行。

同时,在系统内部出现问题时,也可以有效的将系统切除,确保外部电网的运行安全。为确保分布式电源的故障穿越能力,公共连接点的保护动作时限不应大于分布电源保护单元。

(5)电网频率保护。

系统频率保护的设置位置和电压保护相同。保护动作时限随频率偏差的增大而减小。

(6)电子断路器保护。

电子断路器保护功能较为全面,具有较强的保护能力,其通常配备过载长延时保护以及过载瞬时动作保护。过载延时动作的保护时间根据系统电流的有效值计算。

1.3 自动测控单元的保护逻辑

自动测控单元是微电网保护控制的核心设备,依靠其强大的测控能力,可以方便的实现微电网的保护功能。自动测控单元的保护逻辑如下图所示。

图3 控制保护逻辑图

通过集中保护和就地保护相结合,从而实现对系统的可靠有效保护。

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