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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。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、負荷、儲能裝置和保護控制裝置構(gòu)成，是自主控制、保護和管理的獨立發(fā)配電系統(tǒng)，具有供電靈活、可靠與優(yōu)質(zhì)的特點。

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，由于上級配電網(wǎng)容量遠大于微電網(wǎng)，在并網(wǎng)運行時，微電網(wǎng)內(nèi)部故障時故障電流較大，而孤島運行時故障電流較小。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)保護不再適用，需根據(jù)微電網(wǎng)運行特點研究并設(shè)計保護方案。

目前針對微電網(wǎng)線路保護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，根據(jù)微電網(wǎng)的故障特征對判據(jù)進行改進。這些保護方案在一定程度上考慮了微電網(wǎng)靈活的運行方式，但受傳統(tǒng)保護特性的限制，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)，利用廣域同步測量信息改進和提高保護性能。這類保護受微電網(wǎng)復(fù)雜運行方式的影響較小，但其研究多集中于微電網(wǎng)內(nèi)部故障，未考慮與并網(wǎng)保護的配合，不利于微電網(wǎng)的協(xié)同保護和穩(wěn)定運行。

③第三類方案將微電網(wǎng)視為小型發(fā)配電系統(tǒng)，提出分層分級保護的方式，根據(jù)保護區(qū)域的重要性和特點來設(shè)計保護方案，并通過分層協(xié)同實現(xiàn)微電網(wǎng)保護的配合。

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

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

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)的拓撲結(jié)構(gòu)和運行特點，提出微電網(wǎng)多層級協(xié)同反時限保護方案，對微電網(wǎng)保護層級進行劃分并設(shè)計階梯式反時限動作時間曲線。針對微電網(wǎng)線路故障，利用差動保護的選擇性，并引入反時限原理，提出反時限差動電流（Inverse-Time Differential Current, ITDC）保護，實現(xiàn)多層級協(xié)同配合切除故障，提高了微電網(wǎng)保護的故障區(qū)域判別與快速動作能力。基于ITDC保護方案設(shè)計微電網(wǎng)多層級協(xié)同保護算法，并提出保護相量計算的改進算法。

圖1 微電網(wǎng)多層級協(xié)同反時限保護架構(gòu)

圖2 微電網(wǎng)系統(tǒng)仿真模型

該方案具有如下特點：

1）通過差動電流確定故障線路分段，并利用差動電流的反時限特性計算保護動作時間，實現(xiàn)了多層級協(xié)同配合切除故障，在提高微電網(wǎng)故障區(qū)域判別能力的同時反應(yīng)于故障嚴重程度。

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

3）提出保護相量計算的改進算法，有效抑制非周期分量對相量計算的影響，提高基于電流相量的反時限電流差動保護的有效性與可靠性。

基于PSCAD/EMTDC的算例仿真結(jié)果表明，建立的多層級協(xié)同反時限保護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》，論文標題為“微電網(wǎng)多層級協(xié)同反時限保護方案”，作者為黃文燾、邰能靈 等。