4低电压加速反时限过电流保护在微电网中的应用

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1、低电压加速反时限过电流保护在微电网中的应用低压配网中常用的反时限过电流保护(ITOC)由于分布式电源(DG)的接入及微电网运行方式变化的特殊性而不能满足选择性和速动性的要求．为此，基于分布式电源和微电网的运行及故障特征，提出了一种无需借助通讯的低电压加速反时限过电流保护(UAITOC)方案．该方案保证了线路出口处故障时保护能快速动作，并且适用于微电网并网和孤岛2种运行状态，无需切换保护定值就可以满足选择性和速动性的要求．同时该方案通过Digsilent软件仿真验证了所提保护原理的正确性．1微电网的特点及其对保护的要求微电网由于含有多种类型的分布式电源及灵活多变的运

2、行方式，因此具有与传统配电网不同的运行和故障特征，也相应地对保护提出了更严格的要求．微电网并网或孤岛运行时，针对分布式电源的性质及在微电网中的作用，其逆变器通常采取不同的控制方式．不同的控制方式会影响微网故障电流的特性．另外，出于对电力电子元件的保护，通常在控制系统中加入电流幅值限定，使得分布式电源在线路故障时的电流输出受到限制，甚至只有额定电流的1.2～1.5倍．此外，分布式电源输出功率的随机性和微电网运行模式的变化，使得微电网线路故障电流的数值大小具有较大的变化范围；这都给保护的整定和配合带来了困难基于通讯通道的保护原理来解决分布式电源接入带来的保护整定与配合

3、的难题，但这类方法不仅增加了保护的复杂度及成本，且易受传送数据量、通讯速度和通讯通道可靠性的影响．因此，在尽量少的增加投资或不改变配网原有设备配置的情况下，研究能够适应分布式电源输出功率随机变化及系统运行模式改变的保护策略将是微电网保护研究的必然选择．2反时限过电流保护在微电网中的应用电流保护的反时限特性是指保护动作时间能够随着故障电流的大小而变化的特性，因而具有自适应的反应故障严重程度的能力．通用数学模型为式中：t为保护动作时间；为时间常数；为保护启动电流，应大于线路负荷电流；a为曲线平移系数，为了使保护在负荷电流下不动作通常取为1；n为曲线形状系数，通常在0～

4、2之间．几种常用的反时限曲线如下．反时限特性曲线上各点曲率随曲线形状系数n及流过保护装置的电流大小不同而不同．由于含有分布式电源的微电网中线路故障时电流变化范围较大(并网运行可以达到(6～10)Ip，孤岛运行仅(1.2～1.5)Ip,而不同运行方式下被保护线路首末端故障时，故障电流大小差别较大，且需要与负荷端熔断器配合，因此宜采用反时限特性曲率较大的曲线下面用具体微电网为例来分析反时限过电流保护应用的可行性及存在的问题DG的出力可能在0～100%的额定输出功率间变化，依照传统的反时限过电流保护整定原则：按分布式电源DG最大功率输出接入母线B4的情况对各保护进行整定

5、并使其满足动作时间的配合关系．DG输出变化及微电网运行模式改变(并网运行或孤岛运行)对传统反时限过电流保护的影响．(1)无分布式电源支路：并网状态下，当DG输出低于最大输出功率时，无DG支路上线路L2发生故障时，流过保护K2与K8的故障电流会比整定情况有所减小，使得按照DG最大功率输出时整定的保护K2和K8的动作时间延长，不利于保护的快速动作．当K1打开，微电网孤岛运行且线路L2发生故障时，流过保护K2和K8的故障电流仅由DG提供．由于DG的容量较小，故障电流与并网运行时相差较大，保护K2和K8的动作虽然能够满足选择性要求，但动作时间必然进一步延长，不利于故障的快

6、速切除．(2)含分布式电源支路：对于DG上游保护(K3、K5)，当并网运行且线路L5发生故障时，由于DG的接入使流过保护K3和K5的故障电流减小，降低了保护的性能．当DG上游线路L3发生故障时，DG提供的故障电流流过保护K,5，如果其幅值大于启动值则保护K5在反方向故障时将误动作3低电压加速反时限过电流保护原理由于分布式电源的容量及能量存储单元的调节能力有限，在微电网发生故障时，分布式电源将提高功率输出以维持系统电压与频率的稳定．当故障点距离分布式电源很近时将导致该电源输出功率达到极限，此时系统电压将不能继续保持正常水平．故障点距离保护安装点越近，则电压跌落越严重

7、．这种特性亦可由下述故障相电压的计算公式得出当三相短路时保护安装处故障相电压(标幺值)为两相短路时，保护安装处故障相间的线电压(标幺值)为中性点接地系统发生单相接地短路时，保护安装处故障相电压(标幺值)为式中：为故障点到保护安装处的阻抗；Us为线路相电压基准值．两相接地短路时也有类似结论．由此可见u能反映故障点到保护安装处的距离，即故障点越近，电压越低，因此基于此故障特征提出低电压加速策略来提高反时限过电流保护的性能．采用低电压加速策略后，式(3)所表示的反时限过电流保护，其动作时间计算式为式中u为低电压加速因子．由于不同类型故障对应的电压特征有所不同，当保护判定

8、发生故障后