微电网继电保护技术探讨

摘 要 本文通过对微电网的介绍，从几个方面对其电路保护进行探讨。

关键词 继电保护；微电网

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0106-01

电力调配方面，我国负荷增长迅速，截至2010年3月的发电装机已达到8.7亿千瓦，预计2020年将达到16亿千瓦。然而人均装机仍处于世界平均水平，总体来看，在今后相当长的时期内，电力装机和电力消费仍处在一个快速发展的阶段。与负荷的快速增长相对应的则是电网建设，特别是城市配电网建设的滞后。

1 微电网

尽管分布式能源优点突出，但本身存在诸多问题，例如，DG使线路调压复杂化，使继电保护选型和配置困难等。但是应该注意：分布式电源单机接入成本高、控制困难等。分布式电源相对大电网来说是一个不可控源，因此电力系统往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源，以期减小其对大电网的冲击。为协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，在本世纪初，学者们提出了微电网的概念。

在配电网发生故障或者电能质量问题情况下，可以通过主断路器切断微电网与配电网的联系。通过微电网的定义和结构可知，微电网技术是新型分布式发电、电力电子技术和储能技术的有机结合。具有以下几个特征：1）微电网不但提供DG并网的运行方式，而且还继承了单独DG所具有的所有优点。2）由于微电网是一个独立的整体模块，因此不会对配电网产生不利影响，从而不需要对配电网的运行策略进行修改。3）微电网中DG拥有“即插即用”的特点，DG能灵活的接入或者脱离微电网。4）微电网中连接了多个DG和储能系统，增加了系统容量，将使系统惯性增大，减弱电压波动和电压闪变现象，提高了电能质量。5）微电网在主电网发生故障时进入孤立运行模式，提高了供电可靠性。DG以微电网的形式并网运行，是发挥DG供能的最有效方式。

目前，微电网的控制和保护技术是分布式电源广泛应用的技术难题之一。在微电网概念提出之前，系统发生故障时，分布式电源将主动脱离电网。一般情况下不允许孤岛运行。当分布式电源、负载和储能装置以微电网的方式接入主电网，主电网故障时，微电网由并网方式平滑切换到孤岛运行模式，提高了供电的可靠性和分布式电源的利用效率。但是微电网的接入会给配电网的保护带来很大的影响，改变了故障时的电气量信息。原有的保护方案和检测原理将不再满足要求。

2 微电网对配电网继电保护的影响

微电网系统有两种运行模式分别是与主电网并网运行模式和孤岛运行模式。在并网时，微电网内的负荷根据用户的情况从微电网内部以及外部吸收能量。当配电网中有故障，停电检修或者电能质量问题时，微电网需要从并网平滑过渡到独立运行状态。微电网进入孤岛运行模式。由于微电网在并网运行过程中对主电网继电保护的影响可以等效成一个分布式电源对它的影响。所以本章分析微电网并入对主电网继电保护的影响分析用分布式电源来代替。

直流电源并网是太阳能电池、燃料电池、蓄电池和储能电容器等都是直流电源，由于它们的电压等级低，所以首先采用DC-DC中的Boost电路将其升高至合适的电压等级，然后再逆变成稳定的交流电。交流电源的并网是由于风力发电在风速低时发电机所发电能的电压过低且频率变化而不能并网，因此不可能采用将发电机与公共电网直接相连的方法进行联网，需要在风机和电网连接点处设计一个电力电子转换装置。将风机的电压，频率等调整到符合并网的范围之内，再与电网相连。

分布式电源对配电网保护只要是影响体现在很多方面。配电网的特点是呈辐射性，并由单侧电源供电，配电网的继电保护是由此为基础设计的。从主电网的角度看，微电网如同电网中的发电机或负荷，是一个模块化的整体单元。当微电网作为负荷运行时，如同一般的用电设备。当它作为发电机运行时，可把它看作为一个分布式电源，当它接入主电网后会使得配电网潮流双向流通，主电网的结构将发生改变。当主电网中发生短路故障时，除了系统会提供故障电流外，微电网中的电源也将对故障点提供故障电流，这样便改变了电网节点的短路水平。微电网中电源的容量等因素都将对配电网的正常运行造成影响。

3 微电网保护装置

为了获得微电网中的电气量数据，将微电网中的电流电压互感器输出信号引入到保护装置中，再通过装置中的传感器转换成弱电信号。信号调理电路就是把电压、电流互感器采集的交流电压、电流信号变换处理，以便进行A/D转换。信号调理电路由抗混叠模拟滤波器和幅值调节电路组成。抗混叠模拟滤波器的作用就是滤掉高频信号成分，使输入到A/D转换器的信号频域为有限带宽信号，并且以很小的衰减使有效的频率信号通过而抑制这个频带以外的频率信号，从而防止信号的频谱发生混叠及高频干扰。

对于单端模拟输入信号连接，PCI-1713提供32路单端模拟量输入通道，当测量一个单端信号时，只需一根导线将信号连接到输入端口，被测的输入电压以公共地为参考。没有地端的信号源称为“浮动”信号源，在这种模式下，PCI-1713为外部浮动信号源提供一个参考地。测量单端模拟信号输入，标准连接方法。而对于差分式模拟信号输入连接来说，PCI-1713有32个模拟输入通道，可以设置成16对差分式输入通道。差分输入需要两根线分别接到两个输入通道上，测量的是两个输入端的电压差。如果信号源连有参考地，则为了避免PCI-1713的地端和信号源的地端之间的共模干扰电压，可以将信号地连到低电压输入端，这样就可以消除其共模干扰电压。

在微电网发生故障的情况下，工控机需要将跳闸信号输出到相应的断路器跳闸装置，实现故障切除功能，并且要读取断路器的开关状态，为满足这一需要本文选用了研华公司的数字量输入输出卡PCI-1762，利用数字量的输出发送跳闸信号，利用其数字量的输入巡查各断路器开关的状态，以便验证跳闸的成功与否。研华PCI-1762卡是一款PCI总线的隔离数字量继电器输出输入卡，板卡上有16个LED继电器状态指示灯，用来显示输出的状态，输出高电平指示灯点亮，反之则熄灭。16路数字量输入通道设有2500VDC的隔离保护，数字量输入范围较宽，在10 V-50 V之间，同时还具有输出状态回读的功能。在有噪声的工业环境下，研华PCI-1762是一个理想选择。

为了实现保护装置与上位机之间的信息交流，本文的选用研华公司生产的PCI-1601通信板卡实现与PC机之间的串口通信。研华PCI-1601是一款与PCI总线规格兼容的2端口RS-422/485PCI通信卡。PCI-1601提供2个可选的隔离/浪涌保护RS-422/485端口，可满足用户的需求。该通信卡提供了几种功能，如921.6kbps的高传输速率，可选的过压级隔离保护，windows工具软件等。

随着科技的进步，本世纪将会有越来越多的各种类型的分布式电源接入配电网中，微电网与大电网互为补充的运行方式会成为今后分布式电源供电的的主要方式。微电网继电保护不受配网运行方式、短路故障类型和短路点的影响，能够快速正确地判断出故障位置，进而向相应的断路器发出跳闸命令，切除故障线路。

参考文献

[1]王成山,肖朝霞,王守相.微电网综合控制与分析[J].电力系统自动化,2008,32.

[2]黄胜利,张国伟,孔力.电力电子技术在微电网中的应用[J].电气应用2008,27.

[3]贺家李,宋丛矩.电力系统继电保护原理[M].中国电力出版社,2010.

[4]张建华,黄伟.微网运行控制与保护技术[M].中国电力出版社,2010.