詳解分布式電源接入配電系統(tǒng)的集成保護(hù)

1 研究背景

分布式發(fā)電接入配電系統(tǒng)后的保護(hù)控制問(wèn)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(hù)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(tǒng)保護(hù)簡(jiǎn)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(hù)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(hù)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(wú)關(guān)，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(dǎo)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(xù)時(shí)間在毫秒級(jí)上，隨著微處理器以及傳感器的發(fā)展，能夠提供高速保護(hù)，從而適應(yīng)含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)速動(dòng)性要求，有利于保障配電網(wǎng)保護(hù)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(hù)原理

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

暫態(tài)極性比較保護(hù)的保護(hù)判據(jù)正是針對(duì)暫態(tài)電流信號(hào)高頻分量的極性，利用互相關(guān)函數(shù)的概念來(lái)對(duì)兩個(gè)暫態(tài)信號(hào)的相似程度進(jìn)行描述。當(dāng)線路兩端流過(guò)的暫態(tài)高頻信號(hào)符合高度正相關(guān)條件，則可依此判別為線路區(qū)內(nèi)故障，反之，當(dāng)符合高度負(fù)相關(guān)的條件時(shí)，故障為區(qū)外故障。

暫態(tài)極性比較保護(hù)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(hù)方法不會(huì)受到配電網(wǎng)架構(gòu)、分布式電源種類、容量、接入位置等因素的影響。而且，該保護(hù)方法具有自適應(yīng)的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)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(jù)不同的硬件平臺(tái)所能達(dá)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(hào)，隨著頻段的增高，信號(hào)衰減速度增快，因而基于極性比較的保護(hù)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(tǒng)的集成保護(hù)

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)?；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(shè)備的性能在智能變電站的發(fā)展建設(shè)過(guò)程中得到快速發(fā)展和提升，這為配電系統(tǒng)集成保護(hù)的工程應(yīng)用提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。此外，基于全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)、智能電子設(shè)備之間的光纖網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)技術(shù)也在工程實(shí)踐中得到很好的應(yīng)用?；谔岢龅姆植际桨l(fā)電多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)暫態(tài)極性比較保護(hù)原理，可以構(gòu)建區(qū)域集中綜合控制與本地保護(hù)控制系統(tǒng)相結(jié)合的主動(dòng)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)。在母線處設(shè)立一個(gè)集成保護(hù)單元(IR)，基于本地信息以及相鄰保護(hù)單元的故障信息實(shí)現(xiàn)對(duì)本地單一電氣設(shè)備母線和線路的保護(hù)。與此同時(shí)，配電網(wǎng)集成保護(hù)單元根據(jù)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(hù)控制功能，從而完成故障快速定位以及后備保護(hù)的功能，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)及自動(dòng)化。

當(dāng)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(cè)到的暫態(tài)電流信號(hào)的極性將具有一定的規(guī)律，即指向故障點(diǎn)的一組電流互感器檢測(cè)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(cè)到的暫態(tài)電流極性方向一致。每個(gè)集成保護(hù)單元，可以檢測(cè)出故障相對(duì)于母線的相對(duì)位置，通過(guò)綜合比較整個(gè)配電網(wǎng)中每個(gè)集成保護(hù)單元的信息，就可以識(shí)別出故障發(fā)生的位置。當(dāng)確定為母線故障時(shí)，保護(hù)單元向與母線相連的所有斷路器發(fā)出跳閘指令。當(dāng)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(luò)保護(hù)單元利用來(lái)自集成保護(hù)單元極性判斷信息實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的暫態(tài)極性比較保護(hù)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(hù)的速動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上形成的集成保護(hù)方案實(shí)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(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力，保障系統(tǒng)供電可靠性。