基于微电网接地故障的继电保护策略研究_赵倩雯.pdf

/基于微电网接地故障的继电保护策略研究赵倩雯（国网江苏省电力有限公司常州供电分公司）摘要：随着经济的发展与社会的进步，针对微电网提供接地故障保护是一项具有挑战性的任务，特别是对于单线对地故障。通常情况下，可以使用以下方法保护互连线：首先，来自公用站的直接转移跳闸；其次，由互连变压器公用侧的断三角电位器供电的过电压继电器。此外，过电压继电器的适当设置，以确保选择性并非总是可能的，也就是说，将需要更长的操作时间，以确保保护不会因外部故障而操作。更重要的是，实用馈线上的 故障被连接的 侧的互连继电器视为相对相故障，故障电流较低，这使得互连保护更具挑战性。本文研究了相位距离继电器在互连变压器的 侧提供对公用设施侧的接地故障进行协调保护。相位距离继电器测量的视在阻抗如果使用传统方法，则不准确。研究表明故障越靠近继电器，视在阻抗越高。利用残差解决此问题的电压补偿方法可以正确地识别 故障，准确测量视在阻抗，确定故障并可靠地隔离故障，而不会危及下游系统（）的稳定性和 或导致危险的过电压 电弧条件。关键词：微电网；继电保护；接地故障；分布式电源 引言随着电力系统规模的日益扩大，分布式能源日益普及（）和微电网（）的部署需要重新对主要为单向电力流设计的传统配电保护方案进行评估。这个微电网点的保护功能选择互连（）或 连接点（）取决于许多因素，如 尺寸和类型、公用设施互连要求、互连电压（子传输或配电）、互连变压器配置和系统接地（不接地、牢固接地或补偿接地）。文献对配电网接地方法和传统保护方法进行了综述 。公用设施（）侧绕组配置不接地的互连变压器需要对所有设备（绝缘子、避雷器、断路器等）进行分析，以管理 故障时的过电压条件。当接地配电站通过未接地（或阻抗接地）变压器连接到微电网时，形成部分接地网络。对于互连线路（公用设施侧）上的 故障，公用设施馈线保护可能会更快跳闸，因为它会看到大的接地故障电流（在牢固接地系统中）。然而，在 保护的电压或频率元件工作之前，这会使互连线不接地并悬空相当长的时间。需要注意的是，标准要求所有 检测到意外岛，并在岛形成的 内停止给外岛供电，这包括互连线路上的故障。基于上述讨论，快速隔离由未接地供电的公用馈线上的 故障互连变压器（公用事业侧）是一个挑战任务，当公用设施接地连接由于公用设施馈线保护的操作而丢失时，整个互连线路将不接地。在公用设施断路器断开之前，公用设施馈线上的 故障被互连变压器低压（）侧的互连继电器视为具有低故障电流的相间故障。一旦公用设施侧断路器断开，故障电流消失。为了保护 处的微电网，通常采用三种保护方法：一旦公用事业侧上的相应断路器断开，则从公用事业站向 继电器发送直接转移跳闸（）；使用过电压继电器（），该过电压继电器由互连变压器公用电侧的断开的三角形电压互感器供电（中性过电压位移）；由定向负序过电流（）监控过电压继电器（）。微电网接地保护防止公用设施损失（）是一项挑战，对于正常情况下的微电网，应解决的问题连接到公用事业馈线。当通信信道可用时，一旦公用设施侧断路器响应故障或电能质量事件而断开，可用于使微电网 断路器跳闸。使用 功能检测微电网上的 故障，由于公用设施侧的互连线接地，互连线也具有挑战性。当实用程序系统不接地，继电器在 故障期间看到的电压几乎是中性点标称相电压的三倍，如图 所示。该电压将为由安装在断开的三角形电压互感器端子上的 功能检测。电气技术与经济 研究与开发/图 接地系统 故障期间的电压相量图 （）另一方面，当公用电侧接地时 故障期间的中性电压位移将根据系统零序阻抗和线路上的故障位置而减小和变化。下表提供了 软件中建模的 .互连线路的模拟结果。可以观察到，当 故障远离微电网 时，零序电压（）降低，这使得设置 功能成为一个挑战。对于敏感设置，基于电压的保护可能会因线路外的故障而误操作。因此，的操作通常被延迟，直到公用设施断路器跳闸 断开，这可能需要长达 的时间，具体取决于馈线保护功能和故障位置。该延迟的主要问题是该期间的过电压情况，对公用馈线断路器自动重合闸的不利影响以及与微电网 的穿越要求相冲突。方案可以通过从公用变电站向微电网 继电器发送跳闸信号来解决这些问题，不过此方案成本较高。表 .线路故障模拟结果示例 故障为止继电器位置处 .故障值角（）.母线处角（）互联线路（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.（）.为了提高安全性并提供更安全的操作，过电压元件 可由 监控区分互连线路上的 故障。其中 拾波器在远程线路端 故障的继电器位置设置为高于 ；拾音器设置为高于 ，以覆盖 故障中的闭合；拾波器设置为高于 ，延迟 以检测最大不平衡负载条件。由于最大不平衡负载条件，拾波器通常设置为高于 。尽管该方案具有优势，但仍需要根据故障位置和故障前系统运行条件确定 设置。距离继电器广泛用于高压交流输电线路和副输电线路的保护。文献中讨论了嵌入 的配电馈线中距离继电器（与传统过电流继电器相比）的优点和性能。此外，使用距离继电器，可以定位故障，因为测量到的故障阻抗代表距离继电器位置的距离。对于单相接地故障，通常使用式（）式（）计算故障阻抗，对于相间故障、相间接地故障和三相故障，则采用式（）式（）计算故障电阻。和四边形特征通常用于确定距离的操作区域考虑故障电阻变化的保护。距离功能操作也可以通过使用负载侵占来防止在重载条件下操作。如果故障阻抗在 或 特性范围内，继电器将声明区域内故障，并运行以隔离故障。（）（）（）（）（）（）电气技术与经济 研究与开发 /（）（）（）式中，为相电流；，为相电压；为继电器零序电流；为零序补偿系数。（）（）（）例如，对于带有 升压变压器的微电网互联线上的 故障，可以使用式（）式（）来计算故障阻抗。然而，配电系统中发生的约 的故障是 故障，由于三角形 形变压器配置，继电器不会看到零序电流。此外，当距离继电器和故障之间存在 形三角形或三角形 形电力变压器时，传统的接地距离保护功能不能用于响应 故障。仿真结果使用 软件对微电网系统仿真，并模拟所提出的距离继电器，以验证其有效性。为了进行比较分析，对 处的距离继电器进行模拟，对各种故障情况（包括不同的故障类型和位置，有无接地电阻）进行残余电压补偿。微电网包括基于旋转电机的发电机和基于逆变器的资源的组合。仿真案例示意图见图 。图 仿真案例示意图对于互连线路 处的 故障（高压互连变压器侧）、电流和继电器看到的电压如图 所示（传统继电器），如传统距离继电器所示，故障发生在.，继电器未隔离。如图 所示（建议的继电器），故障发生在 .，并由继电器清除。相同故障场景的阻抗图可以观察到，带有剩余电压补偿的距离保护在到达 圆时正确运行，而传统距离算法没有运行。结束语在 保护微电网 不是一项简单的任务。根据 的故障电流贡献和特性以及互连变压器配置，常规基于电流 电压 频率的保护元件可能无法正常工作。此外，当公用设施馈线发生 故障时，互联变压器低压侧的距离继电器可能会将其视为相间故障，一旦公用设施侧断路器断开，该故障就会消失。本文提出了一种新的距离保护算法，用于保护通过三角 星形变压器将 连接到电网其余部分的互连线路。所提出的方法可以充分保护互连线路免受所有接地故障类型的影响，并解决与微电网 保护相关的若干挑战。特别地，剩余电压补偿距离元件可以检测互连变压器（即公用设施互连线路）的高压侧的电气技术与经济 研究与开发/图 故障电压和电流波形图 清除 故障电压和电流波形电气技术与经济 研究与开发 /故障，而现有方法不够灵敏或不够快，无法检测故障。该方法能够检测和定位所有外部故障，从而可以通过 断路器的操作快速将微电网与主电网隔离。所提出的方法是经济的，因为它可以在现有的距离中继平台中实现，而无需任何硬件修改。与其他保护功能一起，所提出的方法可以针对危险过电压提供有效的 保护，减少电弧条件，并增加无缝孤岛的可能性。参考文献 ，.，-，.，.，.，.刘海军，李钢，等.面向中高压智能配电网的电力电子变压器建模方法与控制策略研究 电力系统保护与控制，（）（收稿日期：2 0 2 2-1 1-2 9）（上接第 页）需求，对深度卷积网络运用策略进行调整，使其所具有价值得到最大程度实现，为国内电力事业的快速发展助力。参考文献 陈郑平，李军良，米为民，等.基于深度卷积神经网络和合作博弈的多微网实时能量管理策略 电气工程学报，（）：-.唐冬来，王一茗，吴寿勇，等.基于深度卷积网络的微电网经济运行状态评估方法 电力信息与通信技术，（）：-.汪涛，梁瑞宇，黄虎，等.基于多层多核卷积神经网络的非侵入式负荷监测方法研究 电子器件，（）：-.李俊，张葵葵.基于大数据技术的电力安全管理实践策略探讨 评 电力安全生产大数据分析与应用 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术，（）：.王协，章孝灿，苏程，等.基于多尺度学习与深度卷积神经网络的遥感图像土地利用分类 浙江大学学报（理学版），（）：-.（收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 3）电气技术与经济 研究与开发