《硅谷》杂志：海岛智能微电网继电保护研究 |
| 2013-01-19 10:11 作者：陈德志 张功辉 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第21期刊文称，随着海洋资源的不断开发和利用，海岛的开发越来越受到国家和社会的重视，然而，海岛的电力供应始终是制约海岛经济发展的瓶颈。保证海岛供电安全，提高海岛的供电可靠性则势在必行。研究海岛智能微网模型，讨论在微电网的过电流继电保护。鉴于微电源的多变性，微电网中潮流双向性以及短路故障电流小等特点，探讨采用先进的通讯设备，建立一套的继电保护系统。该系统能够不断追踪检测微电源的运行情况从而来改变过流继电器的整定值，从而使断路器在短路发生时能够及时地动作，确定并切除故障。
关键词：海岛；智能微电网；自动检测；继电保护；潮流双向性
0引言
微电网在海岛上的应用是微电网应用的重大举措之一。随着海洋资源的不断开发利用，发展海岛经济越来越受到国家和社会的重视。然而海岛一般远离市区，海底电缆工程造价昂贵，电力供应始终是制约海岛经济发展的瓶颈。某些海岛已经改变了当初单一依靠柴油机供电模式，充分利用太阳能，风能等新能源发电，形成了独具特色的风光柴蓄微电网供电系统。为了保障海岛的供电安全，提高海岛的供电可靠性，建立海岛智能微电网继电保护系统是势在必行的。
1海岛智能微电网保护的特性
海岛远离大陆，基本上无市电，相当于孤网运行。微电网的特殊结构决定了微电网的继电保护和普通配电网的不同，其特性有以下几点：
1）在普通配电网中，其结构一般都是放射型的，采用单电源供电模式，因此其潮流方向一般都是单向的，而在微电网中，有多个分布式电源（DG）并在同一条交流母线上，这样对于某个节点来说，其潮流的方向是双向的。
2）在普通的配电网中，故障电流一般都很大，而在微电网中，各个分布式电源采用电力电子装置给微电网供电，这样当微电网发生故障时，微电源产生的故障电流较之普通配电网较小，就造成继电保护的灵敏性问题，因此需要新的继电整定方法。
3）太阳能和风能，在无光或无风的特殊天气情况下，此类清洁能源的发电功率几乎为零，那么低压线路上的故障电流则会产生一定的变化，线路上继电器的整定值则需要重新调整。
2海岛智能微电网继电保护原理
海岛智能微电网继电保护系统图如图1所示。
图1海岛智能微电网继电保护系统图
如图1所示，该海岛微电网的保护系统由微电源（光伏发电、风力发电、柴油机发电等）、数字断路器，变压器，并网逆变器，风能变流器，双向逆变器，以及主控机，交换机，总线等组成。该继电保护系统是基于先进的通讯设备和检测设备，监测微电源的运行情况，将运行数据回馈到主控机上，由主控机自动调整过流继电器的整定值，从而使得断路器能在线路故障时及时切除故障，保障线路设备不受到损坏。
图1中有三个微电源：光伏发电，风力发电以及柴油机发电（或蓄电池）。柴油机发电（或蓄电池）通过双向逆变器这条支路对整个微电网系统起电压支撑的作用。如图1所示，低压交流母线上并入微电源，通常微电源分布的地域范围较广，造成低压交流母线的距离较长，为了更好更快地发现故障，在低压交流母线上加装了断路器，将低压交流母线分为几段，这样做的好处是能及时发现故障发生位置以及缩小受故障影响的区域。本文提出一个整定电流的办法，例如当低压母线上发生故障k2，如图1所示，当发生短路故障k2时，此时的CB3.1按照以下的公式整定
ki指的是微电源对故障点短路电流的贡献系数。IDGi指的是微电源的额定电流。一般来说，采用电力电子装置接入微网的微电源，系数ki取2，而直接接入的微网的同步电源系数ki取5。假设为阴雨天气，光伏发电功率很小，则此时光伏发电对故障电流贡献系数则为0。通过主控机的控制，整定值会根据光伏是否发电相应的做出调整。当CB3.1跳开之后，主控机根据控制程序，远程控制先后断开断路器CB2.1和CB1。这样不仅能准确地切除故障k2，而且监控人员根据控制屏上的显示发现故障位置，方便维修。
假设主变压器发生故障k1，断路器CB1根据整定值跳闸。跳闸之后，断路器CB0在主控机的控制之下跟随CB1跳闸。这样不仅能够切除变压器故障，低压侧仍然能够为负荷供电。而对于负荷侧的故障k3，系统断开断路器CB3.4切除该故障，若CB3.4没有跳闸，则CB3.3和CB3.5作为后备保护，切断光伏供电、故障和低压交流母线的联系。
3结语
海岛的电力供应是制约海岛经济发展的一个重要因素，确保海岛的电力供应可靠就显得非常重要。太阳能，风能等清洁能源的利用确实丰富了海岛上的电力来源，同时也有利于海岛生态环境的保护。但此类清洁能源发电易受自然因素的影响，变化较大，接入海岛微电网中会引起海岛供电网络的潮流变化较大，对海岛微电网的继电保护提出了更高的要求。本文介绍了海岛微电网保护的一些特性，分析海岛微电网继电保护系统结构的基础上提出了如何确定整定值的方法。最后分析各个故障产生后，系统如何快速发现与切除故障。探讨建立一种采用先进的通讯设备，能够不断适应微电源变化的继电保护系统。该继电保护系统能够高效地对海岛微电网系统进行保护，保障电力的正常供应。
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