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隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源的迅速發(fā)展，分布式發(fā)電得到了廣泛應(yīng)用，呈現(xiàn)大規(guī)模、高滲透與分散并網(wǎng)等特點(diǎn)。微電網(wǎng)是充分利用分布式電源的有效途徑之一，已逐步成為可再生能源在配電領(lǐng)域應(yīng)用的重要方向。微電網(wǎng)由分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和保護(hù)控制裝置構(gòu)成，是自主控制、保護(hù)和管理的獨(dú)立發(fā)配電系統(tǒng)，具有供電靈活、可靠與優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)。

由于大量分布式電源的接入，微電網(wǎng)線路短路故障電流呈現(xiàn)雙向性。而逆變型分布式電源作為微電網(wǎng)的主要電源類型之一，受逆變器限流環(huán)節(jié)的影響，其提供的短路電流通常僅為額定電流的1.2~2倍。此外，由于上級(jí)配電網(wǎng)容量遠(yuǎn)大于微電網(wǎng)，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)部故障時(shí)故障電流較大，而孤島運(yùn)行時(shí)故障電流較小。因此，微電網(wǎng)故障電流受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式及分布式電源類型與控制方式等因素影響，變化范圍較大，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)不再適用，需根據(jù)微電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)研究并設(shè)計(jì)保護(hù)方案。

目前針對(duì)微電網(wǎng)線路保護(hù)的研究主要分為三類。

①第一類方案基于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)，根據(jù)微電網(wǎng)的故障特征對(duì)判據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。這些保護(hù)方案在一定程度上考慮了微電網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式，但受傳統(tǒng)保護(hù)特性的限制，選擇性和可靠性仍存在不足。

②第二類方案以通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用廣域同步測(cè)量信息改進(jìn)和提高保護(hù)性能。這類保護(hù)受微電網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行方式的影響較小，但其研究多集中于微電網(wǎng)內(nèi)部故障，未考慮與并網(wǎng)保護(hù)的配合，不利于微電網(wǎng)的協(xié)同保護(hù)和穩(wěn)定運(yùn)行。

③第三類方案將微電網(wǎng)視為小型發(fā)配電系統(tǒng)，提出分層分級(jí)保護(hù)的方式，根據(jù)保護(hù)區(qū)域的重要性和特點(diǎn)來設(shè)計(jì)保護(hù)方案，并通過分層協(xié)同實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)保護(hù)的配合。

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)不同，微電網(wǎng)的靈活與可靠運(yùn)行依賴控制與保護(hù)的協(xié)同?？紤]微電源及微電網(wǎng)的運(yùn)行特性，故障的發(fā)生與切除均構(gòu)成不同程度擾動(dòng)。當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，故障的沖擊更大，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)盡量短；當(dāng)發(fā)生影響較小的故障時(shí)，保護(hù)的快速動(dòng)作對(duì)微電網(wǎng)（尤其是孤島微網(wǎng)）的暫態(tài)沖擊更大，可在保護(hù)中適當(dāng)引入延時(shí)，利用控制系統(tǒng)抑制故障影響，并降低切除動(dòng)作的影響，再由保護(hù)有選擇地切除故障。

因此，微電網(wǎng)故障切除時(shí)間應(yīng)與故障嚴(yán)重程度相關(guān)，即故障越嚴(yán)重切除時(shí)間越短。由于微電網(wǎng)對(duì)保護(hù)速動(dòng)性和可靠性的要求與配電網(wǎng)不同，需針對(duì)性地研究微電網(wǎng)線路保護(hù)。

上海交通大學(xué)、南京供電分公司的研究人員首先結(jié)合微電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，提出微電網(wǎng)多層級(jí)協(xié)同反時(shí)限保護(hù)方案，對(duì)微電網(wǎng)保護(hù)層級(jí)進(jìn)行劃分并設(shè)計(jì)階梯式反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間曲線。針對(duì)微電網(wǎng)線路故障，利用差動(dòng)保護(hù)的選擇性，并引入反時(shí)限原理，提出反時(shí)限差動(dòng)電流（Inverse-Time Differential Current, ITDC）保護(hù)，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)協(xié)同配合切除故障，提高了微電網(wǎng)保護(hù)的故障區(qū)域判別與快速動(dòng)作能力?；贗TDC保護(hù)方案設(shè)計(jì)微電網(wǎng)多層級(jí)協(xié)同保護(hù)算法，并提出保護(hù)相量計(jì)算的改進(jìn)算法。

圖1 微電網(wǎng)多層級(jí)協(xié)同反時(shí)限保護(hù)架構(gòu)

圖2 微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型

該方案具有如下特點(diǎn)：

1）通過差動(dòng)電流確定故障線路分段，并利用差動(dòng)電流的反時(shí)限特性計(jì)算保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了多層級(jí)協(xié)同配合切除故障，在提高微電網(wǎng)故障區(qū)域判別能力的同時(shí)反應(yīng)于故障嚴(yán)重程度。

2）微電網(wǎng)多層級(jí)協(xié)同保護(hù)算法能夠根據(jù)微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島兩種運(yùn)行方式自適應(yīng)配置保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)；保護(hù)能夠適應(yīng)微電網(wǎng)靈活的運(yùn)行方式以及微電源不同的控制方式。

3）提出保護(hù)相量計(jì)算的改進(jìn)算法，有效抑制非周期分量對(duì)相量計(jì)算的影響，提高基于電流相量的反時(shí)限電流差動(dòng)保護(hù)的有效性與可靠性。

基于PSCAD/EMTDC的算例仿真結(jié)果表明，建立的多層級(jí)協(xié)同反時(shí)限保護(hù)方案在不同故障條件下均能保證中心層、區(qū)域?qū)雍拖到y(tǒng)層保護(hù)的協(xié)同配合，可靠切除不同類型故障，有效提高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與安全性，具有良好的應(yīng)用前景。

以上研究成果發(fā)表在2021年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“微電網(wǎng)多層級(jí)協(xié)同反時(shí)限保護(hù)方案”，作者為黃文燾、邰能靈 等。