《微電網(wǎng)運行-繼電保護》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微電網(wǎng)運行-繼電保護（38頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,37,*,*,20 十一月 2024,微電網(wǎng)中的繼電保護,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,5-3,微電網(wǎng)保護方案設(shè)計,5-4,基于對稱分量的保護,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,常規(guī)的配電網(wǎng)為單電源輻射型結(jié)構(gòu)，潮流的方向為單方向，即從電壓等級高的一側(cè)流向電壓等級低的一側(cè)。,設(shè)計配電網(wǎng)的保護系統(tǒng)時，可認為配電網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中沒有發(fā)電機。,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)沒有改變，但電網(wǎng)中除了中央發(fā)電系統(tǒng)對微電網(wǎng)送電外，還包含多個分布式電源。,因此按常規(guī)的配電網(wǎng)設(shè)計的保護系統(tǒng)可能

2、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)中故障電流的標幺值可按下式計算,Z,f,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幺值為,10 15,，遠遠大于額定電流。因此當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，在繼電保護裝置動作前，必須有足夠的電源功率產(chǎn)生故障電流。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(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，為了保護電力電子器件，這些微型電源的控制器都裝配有防止過電流的保護裝置。,例如，如果在配電網(wǎng)的用戶端安裝了大容量的,PV,系統(tǒng)，可能會出現(xiàn)短路故障發(fā)生后，系統(tǒng)中的相電流并沒有顯

3、著增大，因此過電流保護系統(tǒng)可能探測不到故障的發(fā)生。,當微電網(wǎng)發(fā)生故障時，雖然故障電流可能較小，但可能產(chǎn)生非常危險的接觸電壓。,若不將故障切除，永久性的故障可能蔓延開來，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)運行，將使故障時的等值電阻減小，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)置了繼電保護裝置后，當網(wǎng)絡(luò)中新增分布式電源后，還應(yīng)考慮繼電保護裝置能否正確運行。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(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,點發(fā)生了短路故障，則實際的短路電流為,但繼電器

4、,R,只能測量到來自大電網(wǎng)中的電流,I,f,0,，因此可能使得繼電保護裝置不能正常觸發(fā)。,如果繼電保護裝置采用反時限過電流保護，若故障類型為高阻抗故障，則可能沒有足夠的時間使得繼電保護裝置動作。,若故障發(fā)生在母線,2,，則流過繼電器的電流將反向，若采用方向繼電保護裝置，則繼電保護裝置也不能正常工作。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(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)，能使繼電器動作的最大故障距離。因此，阻抗繼電器的限距對應(yīng)于繼電器能夠測量到的最大故障阻抗或最小故障電流。,當,a,點發(fā)生短路故障時，繼電器,R,測量的電壓可表示為：,Z,

5、23,為母線,2,和母線,3,之間的線路阻抗；,Z,3,a,為母線,3,到故障點,a,之間的阻抗。,因此繼電器,R,測量得到的阻抗為,繼電器,R,測量得到的阻抗大于實際的故障點的阻抗，其后果是繼電器可能在另一距離區(qū)起動更高一級的時間響應(yīng)。,增加的阻抗隨,I,dg,/,I,f,0,的變化而變化。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,對于在規(guī)劃設(shè)計階段整定的繼電器，若要繼電器在原來設(shè)計的距離區(qū)動作，則故障應(yīng)該離繼電器近一些，因此繼電器的動作區(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)中的方向過電流繼電器，均按此標準設(shè)計保

6、護裝置。,當配電網(wǎng)中加入分布式電源后，如果分布式電源的輸出功率超過本地負荷消耗的功率，則潮流方向?qū)⒏淖儭?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算,U,N,為系統(tǒng)的額定電壓；,R,l,+j,X,l,為線路的等值阻抗；,P,dg,+j,Q,dg,為分布式電源的輸出功率。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,當配電網(wǎng)中有和沒有分布式電源時，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改變

7、。,在負荷比較重的配電網(wǎng)中，分布式電源對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致變壓器的負荷減小，從而影響變壓器分接頭的改變。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(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)運行的微電網(wǎng)發(fā)生孤島時是由故障引起。,當微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時，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。

8、,電力系統(tǒng)的故障可能在很短的時間內(nèi)即可清除，因此配電網(wǎng)中通常安裝了自動重合閘裝置。,當微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)運行時，短時間內(nèi)將微電網(wǎng)自動重新連接到大電網(wǎng)可能出現(xiàn)下述兩個問題：,由于分布式電源繼續(xù)對故障電弧提供電能，故障不能清除，因此可能導致重合閘失??；,孤島運行的微電網(wǎng)的頻率將隨著電源和負載間有功功率不平衡而發(fā)生變化，自動重合閘可能導致大電網(wǎng)和微電網(wǎng)異步運行。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,孤島運行的微電網(wǎng)其頻率變化率可表示為微電網(wǎng)中電源和負荷之間有功功率偏差的函數(shù)。,設(shè)微電網(wǎng)中電源和負荷之間的有功功率偏差為,若微電網(wǎng)等值發(fā)電機的慣性時間常數(shù)為,H,，額定功率為

9、,S,N,，孤島運行前的頻率為,f,s,，則,孤島運行時微電網(wǎng)的頻率變化為,上式僅僅考慮了孤島運行時負荷和電源之間的有功功率偏差，沒有考慮故障的影響。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,下圖為微電網(wǎng)重新并聯(lián)到大電網(wǎng)的自動重合閘過程。假設(shè)微電網(wǎng)孤島運行時，分布式電源提供的功率小于負荷功率，因此微電網(wǎng)的頻率下降。,20 十一月 2024,5-1,微電網(wǎng)繼電保護與配電網(wǎng)保護的區(qū)別,五、其他方面的問題,微電網(wǎng)保護還涉及一些其它的問題。這些問題通常是常規(guī)電力系統(tǒng)保護的一些共性問題。主要為鐵磁諧振和接地問題。,當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，可能產(chǎn)生鐵磁諧振，從而損壞系統(tǒng)中的變壓器和

10、其他電氣設(shè)備。,例如當電纜發(fā)生故障時通常為永久性的，可采用快速熔斷器作為過電流保護。,由于三相系統(tǒng)中的熔斷器各相可能不能同時動作，將出現(xiàn)變壓器短時間內(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，引起瞬時過電壓和過電流。,微電網(wǎng)中分布式電源多處接地可能使得故障發(fā)生時形成不同路徑的電流通路。,如果分布式電源通過,Dyn,接線的變壓器接地，當線路發(fā)生接地短路故障時，故障電流不僅從故障點流向系統(tǒng)中的主變壓器，而且將流向分布式電源所接的變壓器。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,一、微電網(wǎng)正常運行時系統(tǒng)中發(fā)生

11、故障的情況,微電網(wǎng)正常運行是指微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并列運行，即分段器件,SD,閉合時的情況。,在這種情況下的保護問題為單個分布式電源和整個微電網(wǎng)對發(fā)生在大電網(wǎng)中和微電網(wǎng)中故障的響應(yīng)。,對于大電網(wǎng)中發(fā)生故障的響應(yīng)將隨著微電網(wǎng)中負載的需要而變化。,例如若微電網(wǎng)中的負載主要為零售商，則主要應(yīng)考慮保證照明，從而使得商店的營業(yè)能繼續(xù)進行。,與計算機相關(guān)的收銀機和存貨控制等敏感負載應(yīng)該有專用的,UPS,系統(tǒng)，這樣數(shù)秒鐘短暫的停電不會影響零售商繼續(xù)進行商業(yè)交易的能力。,如果微電網(wǎng)中包含生產(chǎn)線這樣的敏感負載，則短時停電的容忍時間將比零售商所允許的時間短得多，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

12、統(tǒng)的情況下。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,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。,根據(jù)系統(tǒng)的電壓等級、開關(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)開關(guān)。,保護方案必須根據(jù)線路的連接特征設(shè)計。,保護方案可能很簡單，例如可監(jiān)視電流的幅值和每一相線路的潮流方向，如果它們超過設(shè)定的閾值，則發(fā)出,SD,的跳閘信號；,保護方案

13、也可能相當復(fù)雜，如可監(jiān)視電壓和電流信號的波形，以取得經(jīng)過詳細分析的四分之一周期的跳閘時間。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,上述保護方案必須保證當分段設(shè)備,SD,將微電網(wǎng)與大電網(wǎng)斷開時，微電網(wǎng)仍能正常運行，即故障發(fā)生時，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)斷開之前，不應(yīng)該觸發(fā)分布式電源的繼電保護設(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，將進行第二階段的保護動作。,2.,當微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并聯(lián)時微電網(wǎng)內(nèi)部的故障,從分布式電源和微電網(wǎng)內(nèi)部的負載來看，目前沒有什么方法能夠區(qū)分大電網(wǎng)側(cè)的故障和微電網(wǎng)側(cè)的故障。然而對于這兩種不同的故障其響應(yīng)應(yīng)該不同。,對于微電網(wǎng)側(cè)的故障

14、，其響應(yīng)是斷開,SD,以及在微電網(wǎng)內(nèi)部將故障隔離開來。例如區(qū)域,2,發(fā)生故障，需將,SD,斷開，并且還需將饋線,A,和,B,與主母線連接的斷路器斷開。,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)重新并列運行。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,理想情況下，大電網(wǎng)應(yīng)該盡快恢復(fù)對原斷開的負荷供電，這可能需要數(shù)秒到數(shù)分鐘時間，取決于母線和負荷的特征。,通過測量,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)電機同步運行。,二、孤島運行時微電網(wǎng)中發(fā)生故障的情況,若故障在孤島運行的微電網(wǎng)中發(fā)生，饋線,A,和

15、,B,具有繼電保護裝置，通過線路上的斷路器盡可能少地將分布式電源斷開。,若區(qū)域,4,發(fā)生故障，應(yīng)該使得離故障點最近的斷路器動作，將故障點與其它部分隔離開，使故障對微電網(wǎng)中其它負荷的影響最小。,若區(qū)域,3,發(fā)生故障，則應(yīng)使饋線,A,上的所有負荷和電源斷開。,若故障發(fā)生在區(qū)域,5,，則應(yīng)將饋線,B,斷開。,微電網(wǎng)中繼電保護的動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。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,若微電網(wǎng)中僅僅只有一個分布式電源，則所采用的保護方案基本上與傳統(tǒng)的輻射型配電網(wǎng)的保護方案相同。,具有多個分布式電源的更復(fù)雜的微電網(wǎng)則需要非常復(fù)雜的保護方法。保護方法的復(fù)雜程度和

16、費用取決于微電網(wǎng)的需要。,當微電網(wǎng)中的用戶具有適當容量的分布式電源，能夠滿足他們自己所需電能的需要，則保護方案將比較簡單。,當微電網(wǎng)中發(fā)生故障時，用戶可將自己的負荷與微電網(wǎng)中其它部分隔離。但是這樣的保護措施不能利用微電網(wǎng)中負荷和電源可能的多樣性的特點。,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,中所有負荷斷電，而區(qū)域,4,仍可以正常運行。,但區(qū)域,3,的故障并不是直接就能檢測出來，因為微電網(wǎng)處于孤島運行狀態(tài)時，其短路電流將顯著減小。,20 十一月 2024,5-2,微電網(wǎng)保護方案分析,由于分布式電源僅僅只能給故障處提供負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)的過電流保護。,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)用還需要進行深入的研究。,20 十一月 2024,5-3,微電網(wǎng)保護方案設(shè)計,微電網(wǎng)繼電保護方案,假設(shè)微電網(wǎng)中的微電源可為微電網(wǎng)中的負荷孤島運行時提供足夠的電能。,四個保護區(qū)之間設(shè)置了繼電保護裝置，即區(qū)域