詳解分布式電源接入配電系統(tǒng)的集成保護

1 研究背景

分布式發(fā)電接入配電系統(tǒng)后的保護控制問題始終是電網(wǎng)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。分布式電源的接入改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的潮流分布，傳統(tǒng)保護的選擇性和靈敏性下降。與此同時，并網(wǎng)型分布式電源通過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(tǒng)保護簡單套用在分布式電源接入的配電系統(tǒng)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(tǒng)兩側(cè)電源種類與容量無關，因此，克服了分布式發(fā)電接入容量與系統(tǒng)容量相差巨大而導致的短路電流差異性問題;與此同時，故障暫態(tài)高頻分量持續(xù)時間在毫秒級上，隨著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(jù)，通過比較暫態(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(jù)正是針對暫態(tài)電流信號高頻分量的極性，利用互相關函數(shù)的概念來對兩個暫態(tài)信號的相似程度進行描述。當線路兩端流過的暫態(tài)高頻信號符合高度正相關條件，則可依此判別為線路區(qū)內(nèi)故障，反之，當符合高度負相關的條件時，故障為區(qū)外故障。

暫態(tài)極性比較保護可以覆蓋所有故障類型。更重要的是，基于暫態(tài)量信息的配電網(wǎng)集成保護方法不會受到配電網(wǎng)架構、分布式電源種類、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。數(shù)據(jù)采樣率、離散小波變換提取頻段與故障判定時間，三者是相互關聯(lián)的。根據(jù)不同的硬件平臺所能達到的采樣頻率和數(shù)據(jù)處理能力，小波變換可以根據(jù)具體需要提取不同頻段的暫態(tài)高頻信號，隨著頻段的增高，信號衰減速度增快，因而基于極性比較的保護原理動作速度大大提高。

3 分布式電源多點接入配電系統(tǒng)的集成保護

隨著新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在配電網(wǎng)的接入，配電網(wǎng)必須從微電網(wǎng)和規(guī)模化分布式電源集中式并入中壓配電網(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、更多互動的主動配電網(wǎng)。目前，分布式傳感設備的性能在智能變電站的發(fā)展建設過程中得到快速發(fā)展和提升，這為配電系統(tǒng)集成保護的工程應用提供了必要的技術基礎。此外，基于全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對時、智能電子設備之間的光纖網(wǎng)絡對時技術也在工程實踐中得到很好的應用?；谔岢龅姆植际桨l(fā)電多點接入配電系統(tǒng)暫態(tài)極性比較保護原理，可以構建區(qū)域集中綜合控制與本地保護控制系統(tǒng)相結(jié)合的主動配電網(wǎng)保護系統(tǒng)。在母線處設立一個集成保護單元(IR)，基于本地信息以及相鄰保護單元的故障信息實現(xiàn)對本地單一電氣設備母線和線路的保護。與此同時，配電網(wǎng)集成保護單元根據(jù)不同的情況綜合多點的信息完成基于多點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，實現(xiàn)配電網(wǎng)絡保護及自動化。

當故障發(fā)生時，故障高頻分量將由故障點向整個網(wǎng)絡傳播，由每個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(guī)律，即指向故障點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。每個集成保護單元，可以檢測出故障相對于母線的相對位置，通過綜合比較整個配電網(wǎng)中每個集成保護單元的信息，就可以識別出故障發(fā)生的位置。當確定為母線故障時，保護單元向與母線相連的所有斷路器發(fā)出跳閘指令。當故障判別為線路故障，則母線側(cè)與故障線路相連的斷路器接到跳閘指令跳開，從而隔離故障區(qū)域。集成網(wǎng)絡保護單元利用來自集成保護單元極性判斷信息實現(xiàn)后備保護功能。

4 結(jié)語

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，提高了保護的速動性。在此基礎上形成的集成保護方案實現(xiàn)了含分布式電源配電系統(tǒng)的快速故障定位與隔離，有助于提高未來主動配電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，保障系統(tǒng)供電可靠性。