配电网孤岛保护综述

本文作者(赵学会,马进),请您在阅读本文时尊重作者版权。

配电网孤岛保护综述

摘要:以可再生能源及清洁能源为代表的分布式电源在配电网中的渗透率日趋升高,当主电网由于故障或检修而停止对部分负荷供电时,用户侧的分布式电源可能与负荷构成一个可独立运行的孤网系统,从而脱离电网调度系统的控制,如果不能明确地给出孤网系统与主电网的断开点,则可能引发一系列人身和运行隐患。该文对计划性孤岛和非计划性孤岛的特点进行了分析,着重讨论了孤岛系统的被动式和主动式检测方法,指出了各种方法的优缺点。

关键词:孤岛;孤岛保护;分布式电源;频率保护The Brief about Anti-Island Protection of Distributed Grid

ZHAO Xue-hui1, MA jin2

(1.Hefei Institute of Automation Supply Inc., Hefei 230022, China; 2.Nanjing Sifang Epower Automation Co.,Ltd, Nanjing 211101, China)

Abstract: As the distributed power represented by renewable energy and clear energy has been used more and more widely, when main power grid stops to supply power to some load due to fault or maintenance, the distributed power on user side can form an independent isolated grid system with load to get rid of the control of power grid dispatching system. If the tripping location between isolated grid system and main power grid could not be determined definitely, a series of hidden trouble of health and operation might be caused. This thesis analyzes the characteristics of planned isolated island and non-planned isolated island, discusses the passive and active detection methods of isolated island system and point out the advantages and disadvantages of different methods.

Key words: isolated island, isolated island protection, distributed powerfrequency protection

随着以风电、光伏发电、微型燃气轮机等分布式电源(Distributed Generator,简称DG)在配电网中的渗透率日趋升高,传统配电网的架构将发生较大变化[1-2],例如,传统的单向潮流变为双向潮流;传统的变电站10kV侧进行电压无功调节,转变为需要综合考虑负荷侧DG的电压调节能力;传统的配电网采取辐射型供电,主网断电则负荷失电,而目前则需要考虑DG可能继续在给负荷供电,组成局部的孤网;另外,大部分DG的并网接口是以电力电子逆变器构成,与传统的同步发电机相比,在电网发生故障时一般不会提供2倍以上的短路电流,这也对含DG的配电网继电保护提出了新的要求。本文从孤网的定义入手,分析计划性孤岛与非计划性孤岛的特点,总结现行的若干孤岛检测的方法。

1 孤岛的定义

正常运行情况下,由主供电系统及DG共同向周围的负荷供电,而在主配电系统故障或检修的情况下,在与之相关的开关设备断开后,由DG独立向负荷供电。主配电系统断开后,DG与当地负荷一起组成一个小的孤立电网,称为孤岛(Island)。

在孤岛运行方式下,要求孤岛内电源与负荷的容量必须是平衡的,如果功率(有功及无功)不平衡,孤岛内的电压和频率将无法维持稳定,所以也就无法持续运行。从运行模式上,孤岛分为计划性和非计划性孤岛。

为了维持孤岛系统的稳定运行,应根据分布式电源容量和本地负荷的大小,事先确定好合理的孤岛区域,在与主系统隔离后,不需要大的调节就能够保持孤岛内功率的平衡和电压频率的稳定。这种事先划定的孤岛区域,称为计划孤岛(Intentional Island)。一般来说,计划性孤岛是DG对大电网的一个有利补充,可作为重要用户的一种紧急供电手段。

非计划孤岛运行是指因主配电系统侧故障跳闸且DG带非匹配负荷运行的情况。一般来说,在与主系统分开以后,非计划孤岛内的功率是不平衡的,若长时间运行,必然会导致孤岛系统中电压和频率的严重偏离,造成DG及其周围负荷用电设备的严重损坏。此外,在主配电系统侧故障,配电系统侧保护装置动作跳闸后,非计划孤岛系统中的DG仍有可能继续向故障点提供短路电流,使故障得以维持,绝缘无法恢复,将会导致系统侧重合闸、备自投或故障后配网重构等无法正确运行。因此,需要配置孤岛保护,在非计划性孤岛时控制DG退出运行。

目前孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测[3-6]。被动检测法和主动检测法都是基于本地的局部信息,一般安装在DG的出口处,本文仅讨论以逆变器并网的DG 孤岛检测。

2 被动式孤岛检测

与主配电系统失去联系后,孤岛内的功率往往是不平衡的,DG所承担的负荷也会发生变化,从而引起本地电气量的变化。被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、电压、功率输出等电气量变化,来判断是否与主电网断开。主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法、矢量相移法(Vector Shift)和功率波动法等。

1)低频低压与高频高压检测:DG并网运行时,所以频率和电压不会有很大的波动,总能够在允许的范围之内。出现孤岛时,若干负荷不匹配,则频率和电压的很难维持稳定,由此可构成判据。

频率判据:当检测到的频率在49.5～50.5 Hz之间时,认为DG处于并网状态,而低于49.5Hz或高于50.5Hz时,认为DG处于孤岛状态。

电压判据:当检测到的电压在电网额定电压的90～108%之间时,认为DG处于并网状态,而低于90%或高于108%时,认为DG处于孤岛状态。