吳佳驁，王世榮，樊宇盛

（長春工業(yè)大學(xué)，吉林 長春 130012）

隨著當(dāng)今社會經(jīng)濟、科技、文化水平的提高，我國分布式發(fā)電系統(tǒng)有了很大發(fā)展，人們對供電網(wǎng)能力的要求也顯著提升，微電網(wǎng)系統(tǒng)也就應(yīng)運而生。作為一種能源網(wǎng)絡(luò)，它可以更高效、更穩(wěn)定地為用戶提供和保障用電需求，也可以為用戶提供供熱需求。智能微電網(wǎng)作為一種新型的能源體系系統(tǒng)，在未來的發(fā)展中具有極大的潛力和應(yīng)用前景。

1 直流微電網(wǎng)

直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模塊如圖1 所示。

圖1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

由直流微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖可以看出，在電壓匹配的情況下，直流負荷可以直接接入，大多數(shù)組成元件可以通過并網(wǎng)變流器接入直流母線，在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，通過控制母線電壓使其穩(wěn)定，即可實現(xiàn)其內(nèi)部的有功功率平衡。

電源模塊通常包含新能源發(fā)電系統(tǒng)和電力電子變流器，發(fā)電后通過變流器輸送到直流微電網(wǎng)中；儲能模塊由儲能裝置（如蓄電池、超級電容等）通過變流器接入直流系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)負載功率或電源功率由微小波動時，儲能模塊可以通過快速地充放電來維持系統(tǒng)的功率平衡，彌補分布式電源模塊發(fā)電的不穩(wěn)定性[1]；負載模塊可為直流或交流的不同電壓等級的負荷，變流器能將母線上的直流轉(zhuǎn)換成負荷所需的電流形式和電壓等級[2]；交流系統(tǒng)主要為直流系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓與電能，直流微電網(wǎng)可根據(jù)情況將交流模塊開啟或關(guān)閉以使系統(tǒng)工作在并網(wǎng)或孤島模式下[2-3]。

直流微電網(wǎng)與交流微電網(wǎng)相比較，有如下優(yōu)點：①在相同投資建設(shè)的情況下，直流微電網(wǎng)提供電能的能量和效率高。②直流負荷可以直接連接母線，不用通過變流器，即可以節(jié)省變流器的使用成本和減少變流器上消耗能量產(chǎn)生的誤動。③相對于交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)可以有效降低損耗（如無功功率損耗）。④相對于交流系統(tǒng)，直流電源不需要考慮周期性和頻率的問題，更易于控制，產(chǎn)生高能效。

2 直流微電網(wǎng)保護方案

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比較，直流微電網(wǎng)的故障與其有著較大的差異，例如在孤島運行狀態(tài)下，故障電流較小且電流路徑復(fù)雜。傳統(tǒng)的三段式過流保護法無法再直接應(yīng)用到直流微電網(wǎng)中，本節(jié)提出兩種保護方法，進行簡單分析。

（1）雙坡差動保護法。首先，在提出雙坡電流差動保護方法之前，應(yīng)該先了解單坡電流差動保護法，又叫比率差動保護法，由基爾霍夫電流定律（KCL）可知，節(jié)點流入的電流與流出的電流矢量和為0，我們可以設(shè)流入微電網(wǎng)的電流為Im，流出的電流為In，在正常不考慮誤差的情況下，Im 與In的矢量和為0，從而保證微電網(wǎng)的正常運行。在有誤差的情況下，我們可以設(shè)制動電流為Ir，則Ir=|Im-In|，其中制動電流表示的是保護誤動作的電流，防止外部故障對內(nèi)部微電網(wǎng)故障差動保護造成影響。設(shè)Id為差動電流，則Id=|Im+In|，差動電流的大小是可作為繼電保護器的判據(jù)之一。為了滿足靈敏性和可靠性的要求，設(shè)置啟動電流Iq，當(dāng)IdIq時，進行動作保護的判斷，此時我們可以引入系數(shù)K(0KIr時，繼電保護裝置開始動作。需要同時考慮區(qū)外故障的保護可靠性和區(qū)內(nèi)故障動作靈敏性，K 值不宜取的太小。單坡電流差動保護在選擇制動系數(shù)時，需要考慮斷層在區(qū)域內(nèi)的運行敏感性和斷層在區(qū)域外的穩(wěn)定可靠性，邊坡只能取中等值，雙坡電流差動保護可以彌補這一缺陷。為了防止線路兩端電流互感器磁飽和引起的誤差干擾，采用高制動系數(shù)可以提高差動保護的穩(wěn)定性在雙坡差動保護中，我們又引入了另一個比例系數(shù)K 和拐點電流Is，比例系數(shù)則為K1，K2。其中，K1、K2(0＜K2＜K1＜1)為高、低制動系數(shù)。以單坡判據(jù)為基礎(chǔ)，當(dāng)Is>Ir時，K2不作為判據(jù)系數(shù)，不起作用，與單坡判據(jù)一樣。當(dāng)Is

（2）基于電流變化率節(jié)點保護。在直流微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，分布式電源會經(jīng)歷大電容放大階段、二極管導(dǎo)通階段、不可控整流階段這三個階段，第一階段是對直流微電網(wǎng)危害最大的階段，此時需要在大電容放大的前期階段進行保護，從而降低對電網(wǎng)的損害。基于電流變化率的節(jié)點保護采用分區(qū)域集成保護的思路[4]，在電源或負載的接入點看作一個區(qū)域，配置智能電子裝置，用于觀察和采集分析系統(tǒng)運行狀態(tài)下各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且能夠識別非正常運行狀態(tài)及斷路器等。將穩(wěn)壓電容器安裝在電源的兩端，為系統(tǒng)提供故障電流。

穩(wěn)壓電容提供故障電流：

其中，UC(O)為電容兩端的故障電壓，L1為短路回路的電感。

求導(dǎo)得：

當(dāng)t 趨近于0 時，故障電流導(dǎo)數(shù)：

當(dāng)t 趨近于0 時，取瞬時時間t 和ic 得：

綜合（4）（5）可得：

△ic表征出現(xiàn)故障時電路回路中電感大小，推算故障點和穩(wěn)壓電容的距離來判斷故障點其是否在保護范圍內(nèi)。

3 結(jié) 語

在我國大力提倡技能減排，發(fā)展新能源的背景下，直流微電網(wǎng)是目前新能源開發(fā)研究的重點項目，直流微電網(wǎng)有著穩(wěn)定性強、靈活性好、經(jīng)濟適用性高的特點，對大電網(wǎng)的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。因此，對于直流微電網(wǎng)的保護研究是勢在必得，文章淺談了直流微電網(wǎng)的機構(gòu)分析并提出了雙斜率差動保護和基于電流變化節(jié)點保護兩種保護方法，未來在此基礎(chǔ)上還應(yīng)該更深入地研究故障特征，找出現(xiàn)有保護方法的不足并研究更高效經(jīng)濟的保護方法。