详解分布式电源接入配电系统的集成保护

1 研究背景

分布式发电接入配电系统后的保护控制问题始终是电网面临的重要挑战之一。分布式电源的接入改变传统配电网的潮流分布，传统保护的选择性和灵敏性下降。与此同时，并网型分布式电源通过电力电子器件与电网相连，不同控制策略决定不同的故障特性，将超高压系统保护简单套用在分布式电源接入的配电系统中并不是理想的保护方案。

为此，提出了基于故障暂态分量的暂态极性比较保护新原理及方案，由于故障暂态分量反映的是电网自身的故障暂态特性，与系统两侧电源种类与容量无关，因此，克服了分布式发电接入容量与系统容量相差巨大而导致的短路电流差异性问题;与此同时，故障暂态高频分量持续时间在毫秒级上，随着微处理器以及传感器的发展，能够提供高速保护，从而适应含分布式电源的配电网保护速动性要求，有利于保障配电网保护与分布式电源低电压穿越能力之间的配合关系。

2 暂态极性比较保护原理

暂态极性比较保护运用小波变换提取故障暂态高频信号的某一频段信息作为故障判断的依据，通过比较暂态高频信号的极性，迅速准确判断出故障位置。

暂态极性比较保护的保护判据正是针对暂态电流信号高频分量的极性，利用互相关函数的概念来对两个暂态信号的相似程度进行描述。当线路两端流过的暂态高频信号符合高度正相关条件，则可依此判别为线路区内故障，反之，当符合高度负相关的条件时，故障为区外故障。

暂态极性比较保护可以覆盖所有故障类型。更重要的是，基于暂态量信息的配电网集成保护方法不会受到配电网架构、分布式电源种类、容量、接入位置等因素的影响。而且，该保护方法具有自适应的特点。数据采样率、离散小波变换提取频段与故障判定时间，三者是相互关联的。根据不同的硬件平台所能达到的采样频率和数据处理能力，小波变换可以根据具体需要提取不同频段的暂态高频信号，随着频段的增高，信号衰减速度增快，因而基于极性比较的保护原理动作速度大大提高。

3 分布式电源多点接入配电系统的集成保护

随着新能源并网发电系统在配电网的接入，配电网必须从微电网和规模化分布式电源集中式并入中压配电网两方面双管齐下，最大限度地提升电网消纳可再生能源的能力，形成更加分布、更多互动的主动配电网。目前，分布式传感设备的性能在智能变电站的发展建设过程中得到快速发展和提升，这为配电系统集成保护的工程应用提供了必要的技术基础。此外，基于全球定位系统的数据对时、智能电子设备之间的光纤网络对时技术也在工程实践中得到很好的应用。基于提出的分布式发电多点接入配电系统暂态极性比较保护原理，可以构建区域集中综合控制与本地保护控制系统相结合的主动配电网保护系统。在母线处设立一个集成保护单元(IR)，基于本地信息以及相邻保护单元的故障信息实现对本地单一电气设备母线和线路的保护。与此同时，配电网集成保护单元根据不同的情况综合多点的信息完成基于多点信息的保护控制功能，从而完成故障快速定位以及后备保护的功能，实现配电网络保护及自动化。

当故障发生时，故障高频分量将由故障点向整个网络传播，由每个电流互感器检测到的暂态电流信号的极性将具有一定的规律，即指向故障点的一组电流互感器检测到的暂态电流极性方向一致，背离故障点的一组电流互感器检测到的暂态电流极性方向一致。每个集成保护单元，可以检测出故障相对于母线的相对位置，通过综合比较整个配电网中每个集成保护单元的信息，就可以识别出故障发生的位置。当确定为母线故障时，保护单元向与母线相连的所有断路器发出跳闸指令。当故障判别为线路故障，则母线侧与故障线路相连的断路器接到跳闸指令跳开，从而隔离故障区域。集成网络保护单元利用来自集成保护单元极性判断信息实现后备保护功能。

4 结语

本文提出的暂态极性比较保护原理不受分布式电源接入容量和短路电流差异影响，提高了保护的速动性。在此基础上形成的集成保护方案实现了含分布式电源配电系统的快速故障定位与隔离，有助于提高未来主动配电网对可再生能源的接纳能力，保障系统供电可靠性。