微電網(wǎng)運(yùn)行-繼電保護(hù)

03二月2023微電網(wǎng)中的繼電保護(hù)§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別常規(guī)的配電網(wǎng)為單電源輻射型結(jié)構(gòu)，潮流的方向?yàn)閱畏较?，即從電壓等?jí)高的一側(cè)流向電壓等級(jí)低的一側(cè)。設(shè)計(jì)配電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，可認(rèn)為配電網(wǎng)為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有發(fā)電機(jī)。在配電網(wǎng)中引入分布式電源形成微電網(wǎng)后，雖然網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，但電網(wǎng)中除了中央發(fā)電系統(tǒng)對(duì)微電網(wǎng)送電外，還包含多個(gè)分布式電源。因此按常規(guī)的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的保護(hù)系統(tǒng)可能不適合于微電網(wǎng)。一、短路功率和故障電流大小電力系統(tǒng)中故障電流的標(biāo)幺值可按下式計(jì)算Zf為網(wǎng)絡(luò)的等值阻抗。配電網(wǎng)中，典型的相間或相-地間的故障電流的標(biāo)幺值為10~15，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定電流。因此當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，在繼電保護(hù)裝置動(dòng)作前，必須有足夠的電源功率產(chǎn)生故障電流。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別微電網(wǎng)中的各類電源并不都能滿足此要求，特別是采用電力電子設(shè)備的微型電源，為了保護(hù)電力電子器件，這些微型電源的控制器都裝配有防止過(guò)電流的保護(hù)裝置。例如，如果在配電網(wǎng)的用戶端安裝了大容量的PV系統(tǒng)，可能會(huì)出現(xiàn)短路故障發(fā)生后，系統(tǒng)中的相電流并沒(méi)有顯著增大，因此過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)可能探測(cè)不到故障的發(fā)生。當(dāng)微電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，雖然故障電流可能較小，但可能產(chǎn)生非常危險(xiǎn)的接觸電壓。若不將故障切除，永久性的故障可能蔓延開(kāi)來(lái)，損壞更多的電氣設(shè)備。微電網(wǎng)中有很多分布式電源并聯(lián)運(yùn)行，將使故障時(shí)的等值電阻減小，在短路故障發(fā)生瞬間，產(chǎn)生比常規(guī)配電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)更高的故障電流。若配電網(wǎng)按常規(guī)的方法設(shè)置了繼電保護(hù)裝置后，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中新增分布式電源后，還應(yīng)考慮繼電保護(hù)裝置能否正確運(yùn)行。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別母線2和母線3之間的線路始端安裝了繼電器R，若在a點(diǎn)發(fā)生了短路故障，則實(shí)際的短路電流為但繼電器R只能測(cè)量到來(lái)自大電網(wǎng)中的電流If0，因此可能使得繼電保護(hù)裝置不能正常觸發(fā)。如果繼電保護(hù)裝置采用反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)，若故障類型為高阻抗故障，則可能沒(méi)有足夠的時(shí)間使得繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。若故障發(fā)生在母線2，則流過(guò)繼電器的電流將反向，若采用方向繼電保護(hù)裝置，則繼電保護(hù)裝置也不能正常工作。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別二、阻抗繼電器限距減小阻抗繼電器的限距是指在某一阻抗區(qū)域內(nèi)，能使繼電器動(dòng)作的最大故障距離。因此，阻抗繼電器的限距對(duì)應(yīng)于繼電器能夠測(cè)量到的最大故障阻抗或最小故障電流。當(dāng)a點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，繼電器R測(cè)量的電壓可表示為：Z23為母線2和母線3之間的線路阻抗；Z3a為母線3到故障點(diǎn)a之間的阻抗。

因此繼電器R測(cè)量得到的阻抗為繼電器R測(cè)量得到的阻抗大于實(shí)際的故障點(diǎn)的阻抗，其后果是繼電器可能在另一距離區(qū)起動(dòng)更高一級(jí)的時(shí)間響應(yīng)。增加的阻抗隨Idg/If0的變化而變化。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別對(duì)于在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段整定的繼電器，若要繼電器在原來(lái)設(shè)計(jì)的距離區(qū)動(dòng)作，則故障應(yīng)該離繼電器近一些，因此繼電器的動(dòng)作區(qū)減小，也即其限距減小。三、潮流方向和電壓曲線的變化輻射型配電網(wǎng)的潮流為單方向的，配電網(wǎng)中的方向過(guò)電流繼電器，均按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)保護(hù)裝置。當(dāng)配電網(wǎng)中加入分布式電源后，如果分布式電源的輸出功率超過(guò)本地負(fù)荷消耗的功率，則潮流方向?qū)⒏淖?。潮流方向的改變還將影響輻射型饋線的電壓曲線。潮流方向的改變除了將引起電能質(zhì)量問(wèn)題外，還可能干擾線路上的電壓限額，使電氣設(shè)備增加額外的電壓應(yīng)力。潮流方向的變化所引起的電壓變化可近似用下式計(jì)算UN為系統(tǒng)的額定電壓；Rl+jXl為線路的等值阻抗；Pdg+jQdg為分布式電源的輸出功率。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別當(dāng)配電網(wǎng)中有和沒(méi)有分布式電源時(shí)，配電饋線上的電壓曲線和電壓梯度如圖所示。潮流方向的改變將引起電壓梯度的符號(hào)改變。在負(fù)荷比較重的配電網(wǎng)中，分布式電源對(duì)電壓曲線的影響是正面的，能夠改善系統(tǒng)的電能質(zhì)量。饋線上電壓曲線的變化也將影響變壓器分接頭的正常工作。如果分布式電源位于配

電網(wǎng)的入口附近(例如DG處于母線2)，由于分布式電源的加入導(dǎo)致變壓器的負(fù)荷減小，從而影響變壓器分接頭的改變。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別變壓器分接頭的調(diào)節(jié)特性將發(fā)生移位，配電網(wǎng)的入口電壓將得不到正確的調(diào)節(jié)。四、孤島和重合閘一般情況下，并網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)發(fā)生孤島時(shí)是由故障引起。當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于分布式電源給微電網(wǎng)繼續(xù)提供電能，將維持故障產(chǎn)生的電弧，故障可能得不到切除。電力系統(tǒng)的故障可能在很短的時(shí)間內(nèi)即可清除，因此配電網(wǎng)中通常安裝了自動(dòng)重合閘裝置。當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，短時(shí)間內(nèi)將微電網(wǎng)自動(dòng)重新連接到大電網(wǎng)可能出現(xiàn)下述兩個(gè)問(wèn)題：由于分布式電源繼續(xù)對(duì)故障電弧提供電能，故障不能清除，因此可能導(dǎo)致重合閘失?。还聧u運(yùn)行的微電網(wǎng)的頻率將隨著電源和負(fù)載間有功功率不平衡而發(fā)生變化，自動(dòng)重合閘可能導(dǎo)致大電網(wǎng)和微電網(wǎng)異步運(yùn)行。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)其頻率變化率可表示為微電網(wǎng)中電源和負(fù)荷之間有功功率偏差的函數(shù)。設(shè)微電網(wǎng)中電源和負(fù)荷之間的有功功率偏差為若微電網(wǎng)等值發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)為H，額定功率為SN，孤島運(yùn)行前的頻率為fs，則孤島運(yùn)行時(shí)微電網(wǎng)的頻率變化為上式僅僅考慮了孤島運(yùn)行時(shí)負(fù)荷和電源之間的有功功率偏差，沒(méi)有考慮故障的影響。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別下圖為微電網(wǎng)重新并聯(lián)到大電網(wǎng)的自動(dòng)重合閘過(guò)程。假設(shè)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，分布式電源提供的功率小于負(fù)荷功率，因此微電網(wǎng)的頻率下降。03二月2023§5-1微電網(wǎng)繼電保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)的區(qū)別五、其他方面的問(wèn)題微電網(wǎng)保護(hù)還涉及一些其它的問(wèn)題。這些問(wèn)題通常是常規(guī)電力系統(tǒng)保護(hù)的一些共性問(wèn)題。主要為鐵磁諧振和接地問(wèn)題。

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可能產(chǎn)生鐵磁諧振，從而損壞系統(tǒng)中的變壓器和其他電氣設(shè)備。例如當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)通常為永久性的，可采用快速熔斷器作為過(guò)電流保護(hù)。由于三相系統(tǒng)中的熔斷器各相可能不能同時(shí)動(dòng)作，將出現(xiàn)變壓器短時(shí)間內(nèi)處于兩相工作狀態(tài)。電纜的等值電容與變壓器電抗串聯(lián)，可能滿足諧振條件，引起瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流。微電網(wǎng)中分布式電源多處接地可能使得故障發(fā)生時(shí)形成不同路徑的電流通路。如果分布式電源通過(guò)Dyn接線的變壓器接地，當(dāng)線路發(fā)生接地短路故障時(shí)，故障電流不僅從故障點(diǎn)流向系統(tǒng)中的主變壓器，而且將流向分布式電源所接的變壓器。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析一、微電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中發(fā)生故障的情況微電網(wǎng)正常運(yùn)行是指微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運(yùn)行，即分段器件SD閉合時(shí)的情況。在這種情況下的保護(hù)問(wèn)題為單個(gè)分布式電源和整個(gè)微電網(wǎng)對(duì)發(fā)生在大電網(wǎng)中和微電網(wǎng)中故障的響應(yīng)。對(duì)于大電網(wǎng)中發(fā)生故障的響應(yīng)將隨著微電網(wǎng)中負(fù)載的需要而變化。例如若微電網(wǎng)中的負(fù)載主要為零售商，則主要應(yīng)考慮保證照明，從而使得商店的營(yíng)業(yè)能繼續(xù)進(jìn)行。與計(jì)算機(jī)相關(guān)的收銀機(jī)和存貨控制等敏感負(fù)載應(yīng)該有專用的UPS系統(tǒng)，這樣數(shù)秒鐘短暫的停電不會(huì)影響零售商繼續(xù)進(jìn)行商業(yè)交易的能力。如果微電網(wǎng)中包含生產(chǎn)線這樣的敏感負(fù)載，則短時(shí)停電的容忍時(shí)間將比零售商所允許的時(shí)間短得多，特別是在廠商非常相信微電網(wǎng)的供電可靠性而不裝配UPS系統(tǒng)的情況下。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析1.大電網(wǎng)中的故障變壓器兩側(cè)或饋線C發(fā)生的故障將產(chǎn)生兩種響應(yīng)。(1)首先分段設(shè)備SD動(dòng)作饋線A和B與故障隔離，余下的區(qū)域1和區(qū)域7為沒(méi)有分布式電源的傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不需要特殊的保護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)的電壓等級(jí)、開(kāi)關(guān)的操作速度以及故障電流的大小，SD可能采用不同的結(jié)構(gòu)，如采用具有并聯(lián)跳閘裝置的模塊化線路斷路器，或者采用高速的靜態(tài)開(kāi)關(guān)。保護(hù)方案必須根據(jù)線路的連接特征設(shè)計(jì)。保護(hù)方案可能很簡(jiǎn)單，例如可監(jiān)視電流的幅值和每一相線路的潮流方向，如果它們超過(guò)設(shè)定的閾值，則發(fā)出SD的跳閘信號(hào)；保護(hù)方案也可能相當(dāng)復(fù)雜，如可監(jiān)視電壓和電流信號(hào)的波形，以取得經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析的四分之一周期的跳閘時(shí)間。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析上述保護(hù)方案必須保證當(dāng)分段設(shè)備SD將微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，微電網(wǎng)仍能正常運(yùn)行，即故障發(fā)生時(shí)，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)斷開(kāi)之前，不應(yīng)該觸發(fā)分布式電源的繼電保護(hù)設(shè)備。(2)如果微電網(wǎng)與大電網(wǎng)解列后，故障現(xiàn)象仍然存在，則故障不在大電網(wǎng)中，將進(jìn)行第二階段的保護(hù)動(dòng)作。2.當(dāng)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)微電網(wǎng)內(nèi)部的故障從分布式電源和微電網(wǎng)內(nèi)部的負(fù)載來(lái)看，目前沒(méi)有什么方法能夠區(qū)分大電網(wǎng)側(cè)的故障和微電網(wǎng)側(cè)的故障。然而對(duì)于這兩種不同的故障其響應(yīng)應(yīng)該不同。對(duì)于微電網(wǎng)側(cè)的故障，其響應(yīng)是斷開(kāi)SD以及在微電網(wǎng)內(nèi)部將故障隔離開(kāi)來(lái)。例如區(qū)域2發(fā)生故障，需將SD斷開(kāi)，并且還需將饋線A和B與主母線連接的斷路器斷開(kāi)。3.微電網(wǎng)重新與大電網(wǎng)并聯(lián)故障清除后，必須采取一定的方法將微電網(wǎng)與大電網(wǎng)重新并列運(yùn)行。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析理想情況下，大電網(wǎng)應(yīng)該盡快恢復(fù)對(duì)原斷開(kāi)的負(fù)荷供電，這可能需要數(shù)秒到數(shù)分鐘時(shí)間，取決于母線和負(fù)荷的特征。通過(guò)測(cè)量SD兩側(cè)的電壓，微電網(wǎng)必須具有合適的控制方法，使得微電網(wǎng)中所有分布式電源與大電網(wǎng)中的同步發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行。二、孤島運(yùn)行時(shí)微電網(wǎng)中發(fā)生故障的情況若故障在孤島運(yùn)行的微電網(wǎng)中發(fā)生，饋線A和B具有繼電保護(hù)裝置，通過(guò)線路上的斷路器盡可能少地將分布式電源斷開(kāi)。若區(qū)域4發(fā)生故障，應(yīng)該使得離故障點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作，將故障點(diǎn)與其它部分隔離開(kāi)，使故障對(duì)微電網(wǎng)中其它負(fù)荷的影響最小。若區(qū)域3發(fā)生故障，則應(yīng)使饋線A上的所有負(fù)荷和電源斷開(kāi)。若故障發(fā)生在區(qū)域5，則應(yīng)將饋線B斷開(kāi)。微電網(wǎng)中繼電保護(hù)的動(dòng)作原理將隨著微電網(wǎng)的復(fù)雜程度而發(fā)生較大的變化。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析若微電網(wǎng)中僅僅只有一個(gè)分布式電源，則所采用的保護(hù)方案基本上與傳統(tǒng)的輻射型配電網(wǎng)的保護(hù)方案相同。具有多個(gè)分布式電源的更復(fù)雜的微電網(wǎng)則需要非常復(fù)雜的保護(hù)方法。保護(hù)方法的復(fù)雜程度和費(fèi)用取決于微電網(wǎng)的需要。當(dāng)微電網(wǎng)中的用戶具有適當(dāng)容量的分布式電源，能夠滿足他們自己所需電能的需要，則保護(hù)方案將比較簡(jiǎn)單。當(dāng)微電網(wǎng)中發(fā)生故障時(shí)，用戶可將自己的負(fù)荷與微電網(wǎng)中其它部分隔離。但是這樣的保護(hù)措施不能利用微電網(wǎng)中負(fù)荷和電源可能的多樣性的特點(diǎn)。若要充分利用微電網(wǎng)中的資源，則必須采用較復(fù)雜的保護(hù)措施。若區(qū)域3中發(fā)生故障，饋線A的斷路器將跳閘，使得區(qū)域3中所有負(fù)荷斷電，而區(qū)域4仍可以正常運(yùn)行。但區(qū)域3的故障并不是直接就能檢測(cè)出來(lái)，因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其短路電流將顯著減小。03二月2023§5-2微電網(wǎng)保護(hù)方案分析由于分布式電源僅僅只能給故障處提供負(fù)荷電流兩倍甚至小于兩倍的短路電流，因此不能采用常規(guī)的過(guò)電流保護(hù)。目前可采用的方法有阻抗繼電器、零序電流和/或電壓繼電器以及差動(dòng)電流和/或電壓繼電器等。這些技術(shù)在配電網(wǎng)和微電網(wǎng)中的應(yīng)用還需要進(jìn)行深入的研究。03二月2023§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)微電網(wǎng)繼電保護(hù)方案假設(shè)微電網(wǎng)中的微電源可為微電網(wǎng)中的負(fù)荷孤島運(yùn)行時(shí)提供足夠的電能。四個(gè)保護(hù)區(qū)之間設(shè)置了繼電保護(hù)裝置，即區(qū)域2和區(qū)域3之間的繼電器3、區(qū)域3和區(qū)域4之間的繼電器4以及區(qū)域2和區(qū)域5之間的繼電器5。繼電器配置可以不同，但所考慮的保護(hù)區(qū)域應(yīng)該相同。03二月2023§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)不管繼電器的安裝位置如何，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)將對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行供電的微電源關(guān)閉。一、單相接地故障單相短路接地是電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障。除了每個(gè)區(qū)域的每一相設(shè)置故障電流檢測(cè)器外，還應(yīng)在每個(gè)區(qū)域的中線上設(shè)置故障電流檢測(cè)器。這樣當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，可采用差動(dòng)電流Id對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。例如，當(dāng)區(qū)域4發(fā)生單相接地故障時(shí)，將在區(qū)域2、3和4產(chǎn)生非零的差動(dòng)電流，導(dǎo)致繼電器2在0.5~2個(gè)周期內(nèi)將靜態(tài)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，接著繼電器4斷開(kāi)它的斷路器并關(guān)閉區(qū)域4的電源。繼電器3通過(guò)一定的延時(shí)使微電網(wǎng)中故障上游的部分系統(tǒng)仍正常工作。由于故障不在此部分，可使靜態(tài)開(kāi)關(guān)重合使該部分微電網(wǎng)與電網(wǎng)重新并列運(yùn)行。03二月2023§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)采用該方案的問(wèn)題是故障下游區(qū)域?qū)z測(cè)不到對(duì)地電流，三相電流之和Id及中性點(diǎn)電流為零。例如當(dāng)單相接地故障發(fā)生在區(qū)域3時(shí)，將產(chǎn)生差動(dòng)電流觸發(fā)靜態(tài)開(kāi)關(guān)和繼電器3，并關(guān)閉區(qū)域3的電源，但區(qū)域4將檢測(cè)不到故障電流。故障所產(chǎn)生的接地電流不會(huì)通過(guò)區(qū)域4，由區(qū)域4的繼電器4的差動(dòng)電流裝置檢測(cè)出的電流為零，將使得區(qū)域3和區(qū)域4仍有電，從而形成一個(gè)帶故障的孤島子系統(tǒng)。如果故障具有高阻抗性質(zhì)，過(guò)電流和I2t這樣的后備保護(hù)不會(huì)觸發(fā)區(qū)域4的微電源。低電壓保護(hù)作為后備保護(hù)可能起到一定作用，但仍將存在一些問(wèn)題，需采用零序電流保護(hù)來(lái)解決這樣的單相接地故障。假設(shè)微電網(wǎng)中所有區(qū)域的負(fù)荷都為40kW，區(qū)域3的電源輸出功率為40kW，區(qū)域4和5的輸出功率為20kW，相電壓的額定值為480V，因此微電網(wǎng)需要大電網(wǎng)提供40kW的功率。若區(qū)域3的A相發(fā)生單相接地高阻抗故障(~28kW)，繼電器將檢測(cè)到該故障，Id>0，并在5~10毫秒內(nèi)斷開(kāi)靜態(tài)開(kāi)關(guān)。03二月2023§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)信號(hào)繼電器3繼電器4|Ia|(A)3.559.6|Ib|(A)20.84.8|Ic|(A)21.49.2Id(A)32.203|I0|(A)054.4|V+|(V)392.1391.2|V-|(V)4.85區(qū)域3發(fā)生單相接地故障且微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的故障電壓和電流為保證靜態(tài)開(kāi)關(guān)首先斷開(kāi)，繼電器4可設(shè)置3個(gè)周期的延遲時(shí)間，為保證區(qū)域4首先可靠地?cái)嚅_(kāi)，繼電器3可設(shè)置10個(gè)周期的延遲時(shí)間。繼電器4的差動(dòng)電流為零，但零序電流較大，可作為斷路器的跳閘信號(hào)。由于每個(gè)微電源有電壓控制器，電壓的不對(duì)稱性很小，只有1%左右。差動(dòng)電流與零序電流的關(guān)系為電流互感器的位置以及連接到逆變器的輸出變壓器中性導(dǎo)線的函數(shù)。不對(duì)稱負(fù)荷和零序電流之間的共同作用非常重要，不對(duì)稱負(fù)荷將產(chǎn)生零序電流，而差動(dòng)電流檢測(cè)器并不能檢測(cè)出負(fù)荷的不對(duì)稱。03二月2023§5-3微電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)二、相間短路故障對(duì)于低阻抗的相間短路故障，采用I2t保護(hù)比較有效，但在許多情況下，觸發(fā)時(shí)間比較長(zhǎng)，將對(duì)負(fù)荷和電網(wǎng)引起不必要的干擾。高阻抗的相間短路產(chǎn)生的故障電流幅值較小，不足以使繼電器動(dòng)作。較好的方法是采用負(fù)序電流檢測(cè)相間短路故障。對(duì)于上述微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，除了區(qū)域3外，所有的相間故障都可用負(fù)序電流檢測(cè)。由于靜態(tài)開(kāi)關(guān)和繼電器3之間沒(méi)有負(fù)荷，當(dāng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)響應(yīng)區(qū)域3中的相間故障而跳閘時(shí)，繼電器3沒(méi)有電流，因此該繼電器不能觸發(fā)與之相連的斷路器。結(jié)果是微電源A1不能關(guān)閉并繼續(xù)提供故障電流。03二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

單相接地故障和相間短路故障將使微電網(wǎng)中某些保護(hù)區(qū)域產(chǎn)生不對(duì)稱電流，為分析不對(duì)稱電流，可以采用對(duì)稱分量法。單相接地故障通常產(chǎn)生零序和負(fù)序電流，而相間短路故障僅僅產(chǎn)生負(fù)序電流。零序和負(fù)序電流可用于微電網(wǎng)不同保護(hù)區(qū)域的單相接地故障和相間短路故障的檢測(cè)。微電網(wǎng)一般應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的配電系統(tǒng)，其負(fù)荷經(jīng)常是不對(duì)稱的，因此基于對(duì)稱分量的繼電保護(hù)裝置必須區(qū)分所檢測(cè)到的信號(hào)是由故障還是負(fù)荷的不對(duì)稱所引起的。下面采用EMTP對(duì)微電網(wǎng)進(jìn)行仿真，得到時(shí)域仿真對(duì)稱分量數(shù)值。為使得所得到的數(shù)值與實(shí)際的繼電保護(hù)裝置所獲得的數(shù)值相同，將所有通過(guò)EMTP得到的對(duì)稱分量值乘以3。在下面的分析中，假設(shè)負(fù)荷的最大不對(duì)稱度為20%，微電源A1、A2和B1以及負(fù)荷功率L1、L2和L3分別為：PA1=40kW、PA2=20kW、PB1=20kW、PL1=40kW、PL2=60kW、PL3=40kW。

03二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

一、不對(duì)稱負(fù)荷改變負(fù)荷L3使得其不對(duì)稱度為20%，總功率為60kW。|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)繼電器2179.2162.7164.9506.821.89.3391.30.22繼電器3112.394.797.3304.223.79.3391.30.22繼電器411493.996.7304.42611.9389.30.37繼電器567.367.468.320320390.80.18零序和負(fù)序電流最大值出現(xiàn)在繼電器4上，分別為11.9和26A。若不對(duì)稱負(fù)荷出現(xiàn)在L1或L2上，不對(duì)稱度相同，則與不對(duì)稱負(fù)荷最近的繼電器的零序和負(fù)序分量達(dá)到最大值，但不會(huì)超過(guò)負(fù)荷L3不對(duì)稱時(shí)的最大值。當(dāng)采用對(duì)稱分量法檢測(cè)故障時(shí)，所有繼電器的零序和負(fù)序電流的閾值應(yīng)大于11.9和26A，這樣才能保證繼電保護(hù)系統(tǒng)當(dāng)負(fù)荷不對(duì)稱度不大于20%時(shí)不觸發(fā)斷路器產(chǎn)生跳閘信號(hào)。二、單相接地故障03二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

設(shè)微電網(wǎng)原來(lái)運(yùn)行在穩(wěn)定工作狀態(tài)，28.5kW(Rf=2.695Ω)的單相接地故障在t＝1s時(shí)在某一區(qū)域發(fā)生。當(dāng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)時(shí)，區(qū)域4、3、2和5分別發(fā)生單相接地故障。區(qū)域4發(fā)生單相接地故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器2211.6117116.9445102.888.1391.31.05繼電器314747.650242.711288.1393.11.05繼電器4158.842.442.7242.8123.3111.4389.61.76繼電器56666.370.7202.99.20390.90.88SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器32.420.821.633400392.14.5繼電器481.548.57288.485.4391.15繼電器51311.624.433.24003923.803二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域3發(fā)生單相接地故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器2215.6166.6116.2448106.593.5391.31.1繼電器3151.247.249.2245.611693.5391.31.09繼電器422.641.841.5104.81726389.81.6繼電器56666.270.8202.99.50390.90.9SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器33.520.821.431.241.50392.14.8繼電器459.64.89.2725354.4391.25繼電器51311.924.231.341.503927.803二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域2發(fā)生單相接地故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器2221.6114.5113.2449112105.8391.31.1繼電器3164545.810523.239.6393.11.1繼電器426.739.337.3103.211.312.2390.21.1繼電器565.866.371203100390.81.0SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器3140.621.721.4175.6101.5144.83925繼電器4557.511.271.649.444.7391.64.8繼電器512.613.224.730.743.50391.84.203二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域5發(fā)生單相接地故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器2161.5118.4168.644490.40391.30.92繼電器334.540.830.3104.818.90391.30.92繼電器433.737.432.3103.29.20390.20.87繼電器519874.672.2343.2109.3141.7390.43SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器374.630.475.81738203924繼電器432.29.831.769.4400391.73.8繼電器513228.125.3173.282.3142391.45.5當(dāng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，所有位于故障點(diǎn)上游的繼電器的零序電流幅值都大于由不對(duì)稱度為20%時(shí)不對(duì)稱負(fù)荷所產(chǎn)生的最大零序電流，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)這些故障即可檢測(cè)出來(lái)。03二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

當(dāng)靜態(tài)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，故障點(diǎn)下游的繼電器采用零序電流將無(wú)法檢測(cè)出單相接地故障，但是可以采用差動(dòng)電流來(lái)檢測(cè)這些故障。三、相間短路故障下面分析區(qū)域2、3、4和5中某一區(qū)域發(fā)生相間短路故障時(shí)的情況，假設(shè)微電網(wǎng)原來(lái)運(yùn)行于穩(wěn)定工作狀態(tài)，t=1s時(shí)在某一區(qū)域引入85.5kW(Rf=2.695Ω)的相間短路故障。03二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域4發(fā)生相間短路故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器231029614071930403913.1繼電器325323963.751633003913.1繼電器426224952.55173640388.15.2繼電器57258.673.2203270390.62.6SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器375726.71351180391.414繼電器41571526.92752600389.515繼電器545.285401361180391.81103二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域3發(fā)生相間短路故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器231830413973331803913.1繼電器32622476353034603913.1繼電器422.143.451.311250.70388.54.8繼電器572.258.273.420328.40390.62.7SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器377.6756.41401240391.314繼電器485.6905.6147157039015繼電器546.688421401240391.71203二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域2發(fā)生相間短路故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器23243091357373350390.93.4繼電器321.641.658.2109700390.93.4繼電器427.83445.8105340389.83.2繼電器572.357.874203300390.52.8SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器31701724.52903020390.815繼電器483852.31451470390.814繼電器547.290441421300391.41203二月2023§5-4基于對(duì)稱分量的保護(hù)

區(qū)域5發(fā)生相間短路故障時(shí)各相電流、各序電流及正序、負(fù)序電壓|Ia|(A)|Ib|(A)|Ic|(A)3|I+|(A)3|I-|(A)3|I0|(A)|V+|(V)|V-|(V)SS閉合繼電器23271962227162660390.92.7繼電器3225341.110955.60390.92.7繼電器426.642.137.6105270389.82.6繼電器52802709961632203898.8SS斷開(kāi)繼電器2000000391.60繼電器317385892762420391.212繼電器485.243431381170391.211繼電器515114811.52762420390.1