分布式電源接入的配電系統保護解決方案

1 研究背景

分布式發電接入配電系統后的保護控制問題始終是電網面臨的重要挑戰之一。分布式電源的接入改變傳統配電網的潮流分布，傳統保護的選擇性和靈敏性下降。與此同時，并網型分布式電源通過電力電子器件與電網相連，不同控制策略決定不同的故障特性，將超高壓系統保護簡單套用在分布式電源接入的配電系統中并不是理想的保護方案。

為此，提出了基于故障暫態分量的暫態極性比較保護新原理及方案，由于故障暫態分量反映的是電網自身的故障暫態特性，與系統兩側電源種類與容量無關，因此，克服了分布式發電接入容量與系統容量相差巨大而導致的短路電流差異性問題；與此同時，故障暫態高頻分量持續時間在毫秒級上，隨著微處理器以及傳感器的發展，能夠提供高速保護，從而適應含分布式電源的配電網保護速動性要求，有利于保障配電網保護與分布式電源低電壓穿越能力之間的配合關系。

2 暫態極性比較保護原理

暫態極性比較保護運用小波變換提取故障暫態高頻信號的某一頻段信息作為故障判斷的依據，通過比較暫態高頻信號的極性，迅速準確判斷出故障位置。

暫態極性比較保護的保護判據正是針對暫態電流信號高頻分量的極性，利用互相關函數的概念來對兩個暫態信號的相似程度進行描述。當線路兩端流過的暫態高頻信號符合高度正相關條件，則可依此判別為線路區內故障，反之，當符合高度負相關的條件時，故障為區外故障。

暫態極性比較保護可以覆蓋所有故障類型。更重要的是，基于暫態量信息的配電網集成保護方法不會受到配電網架構、分布式電源種類、容量、接入位置等因素的影響。而且，該保護方法具有自適應的特點。數據采樣率、離散小波變換提取頻段與故障判定時間，三者是相互關聯的。根據不同的硬件平臺所能達到的采樣頻率和數據處理能力，小波變換可以根據具體需要提取不同頻段的暫態高頻信號，隨著頻段的增高，信號衰減速度增快，因而基于極性比較的保護原理動作速度大大提高。

3 分布式電源多點接入配電系統的集成保護

隨著新能源并網發電系統在配電網的接入，配電網必須從微電網和規?；植际诫娫醇惺讲⑷胫袎号潆娋W兩方面雙管齊下，最大限度地提升電網消納可再生能源的能力，形成更加分布、更多互動的主動配電網。目前，分布式傳感設備的性能在智能變電站的發展建設過程中得到快速發展和提升，這為配電系統集成保護的工程應用提供了必要的技術基礎。此外，基于全球定位系統的數據對時、智能電子設備之間的光纖網絡對時技術也在工程實踐中得到很好的應用?；谔岢龅姆植际桨l電多點接入配電系統暫態極性比較保護原理，可以構建區域集中綜合控制與本地保護控制系統相結合的主動配電網保護系統。在母線處設立一個集成保護單元（IR），基于本地信息以及相鄰保護單元的故障信息實現對本地單一電氣設備母線和線路的保護。與此同時，配電網集成保護單元根據不同的情況綜合多點的信息完成基于多點信息的保護控制功能，從而完成故障快速定位以及后備保護的功能，實現配電網絡保護及自動化。

當故障發生時，故障高頻分量將由故障點向整個網絡傳播，由每個電流互感器檢測到的暫態電流信號的極性將具有一定的規律，即指向故障點的一組電流互感器檢測到的暫態電流極性方向一致，背離故障點的一組電流互感器檢測到的暫態電流極性方向一致。每個集成保護單元，可以檢測出故障相對于母線的相對位置，通過綜合比較整個配電網中每個集成保護單元的信息，就可以識別出故障發生的位置。當確定為母線故障時，保護單元向與母線相連的所有斷路器發出跳閘指令。當故障判別為線路故障，則母線側與故障線路相連的斷路器接到跳閘指令跳開，從而隔離故障區域。集成網絡保護單元利用來自集成保護單元極性判斷信息實現后備保護功能。

4 結語

本文提出的暫態極性比較保護原理不受分布式電源接入容量和短路電流差異影響，提高了保護的速動性。在此基礎上形成的集成保護方案實現了含分布式電源配電系統的快速故障定位與隔離，有助于提高未來主動配電網對可再生能源的接納能力，保障系統供電可靠性。