接入微网的配电网保护电路和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种接入微网的配电网保护电路和系统。其中，接入微网的配电网保护电路包括：第一支路，第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源相连接，其中，第一支路上连接有第一母线，在第一支路上第一母线的第一侧设置有第一断路保护器，在第一支路上第一母线的第二侧设置有第二断路保护器；第二支路，第一端与第一支路的第二端相连接，其中，第二支路的第二端用于输出配电网系统和/或分布式电源的电能，其中，在第二支路上还设置有第三断路保护器，第三断路保护器与第二断路保护器相连接，在第三断路保护器处和第一断路保护器处配置纵联保护装置。解决了现有技术中接入微网的配电网在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题。
【专利说明】接入微网的配电网保护电路和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电网领域，具体而言，涉及一种接入微网的配电网保护电路和系统。
【背景技术】
[0002]微电网(microgrid)概念首先由美国CERTS (The Consortium for ElectricReliability Technology Solut1ns)提出，由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，可同时供电能和热能，既可以与配电网并网运行，也可独立运行，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微电网可以简称为微网。
[0003]目前，配电网是单电源、放射状结构的供电系统，传统的配电网保护与自动装置是针对单向潮流设计的。微网中多个分布式电源及储能装置的接入，彻底地改变了配电系统故障的特征，改变了配电网原有的拓扑结构和潮流方向，使故障后电气量的变化变得十分复杂，因此，当出现故障时，需要及时切断出现故障的支路，避免该支路的故障影响到配电网供电。
[0004]发明人发现，现有的配电网保护电路会因为微网的作用，导致其灵敏度较低，无法及时切断故障的支路。
[0005]针对现有技术中接入微网的配电网在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题，目如尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的在于提供一种接入微网的配电网保护电路和系统，以解决现有技术中接入微网的配电网在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种接入微网的配电网保护电路。根据本发明的配电网保护电路包括:第一支路，第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源相连接，其中，所述第一支路上连接有第一母线，在所述第一支路上所述第一母线的第一侧设置有第一断路保护器，在所述第一支路上所述第一母线的第二侧设置有第二断路保护器；以及第二支路，第一端与所述第一支路的第二端相连接，其中，所述第二支路的第二端用于输出所述配电网系统和/或所述分布式电源的电能，其中，在所述第二支路上还设置有第三断路保护器，所述第三断路保护器与所述第二断路保护器相连接，在所述第三断路保护器处和所述第一断路保护器处配置纵联保护装置。
[0008]进一步地，在所述第一断路保护器处和所述第二断路保护器处分别配置有第一定时限过电流保护装置。
[0009]进一步地，所述第一定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护
>J-U ρ?α装直。
[0010]进一步地，在所述第三断路保护器处还配置有弱馈保护装置。
[0011]进一步地，在所述第一断路保护器处设置有第一重合闸，在所述第三断路保护器处设置有第二重合闸。
[0012]进一步地，所述分布式电源直接与所述第一支路的第二端相连接，或者，所述分布式电源通过第二母线与所述第一支路的第二端相连接。
[0013]进一步地，所述第二支路上连接有第三母线，在所述第二支路上所述第三母线的第一侧设置有第四断路保护器，在所述第二支路上所述第三母线的第二侧设置有第五断路保护器。
[0014]进一步地，所述第四断路保护器处和所述第五断路保护器处分别配置有第二定时限过电流保护装置，所述第二定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护
>J-U ρ?α装直。
[0015]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种接入微网的配电网保护系统。根据本发明的配电网保护系统包括:配电网系统；分布式电源，接入所述配电网系统中；上述的接入微网的配电网保护电路，设置在所述分布式电源与所述配电网系统的连接线路上。
[0016]根据本发明实施例，第一支路的第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源相连接，其中，第一支路上连接有第一母线，在第一支路上第一母线的第一侧设置有第一断路保护器，在第一支路上第一母线的第二侧设置有第二断路保护器。第二支路的第一端与第一支路的第二端相连接，即第一支路与第二支路直连。其中，第二支路的第二端用于输出配电网系统和/或分布式电源的电能，其中，在第二支路上还设置有第三断路保护器，第三断路保护器与第二断路保护器相连接，在第三断路保护器处和第一断路保护器处配置纵联保护装置，从而解决了现有技术中接入微网的配电网在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题，达到了在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1是根据本发明实施例的接入微网的配电网保护电路的示意图；
[0019]图2是根据本发明实施例优选的接入微网的配电网保护电路的示意图；以及
[0020]图3是根据本发明实施例另一优选的接入微网的配电网保护电路的示意图。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0022]为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0023]需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列元器件的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些元器件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些系统、产品或设备固有的其它元器件。
[0024]本发明实施例提供了一种接入微网的配电网保护电路。该保护电路包括:第一支路和第二支路。
[0025]图1是根据本发明实施例的接入微网的配电网保护电路的示意图。如图1所示，配电网连接有馈线I和馈线2，其中，馈线2上连接有分布式电源(DG)。根据DG接入的位置将馈线2分成2个区:第一区域为DG的上游区域，由线路AB和BC组成；第二区域为DG的下游区域，由线路⑶和DE组成。
[0026]第一支路处于第一区域，第二支路处于第二区域。第一支路的第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源DG相连接，其中，第一支路上连接有第一母线B，在第一支路上第一母线B的第一侧设置有第一断路保护器a，在第一支路上第一母线B的第二侧设置有第二断路保护器b。第二支路的第一端与第一支路的第二端相连接，即第一支路与第二支路直连。其中，第二支路的第二端用于输出配电网系统和/或分布式电源DG的电能，其中，在第二支路上还设置有第三断路保护器C，第三断路保护器c与第二断路保护器b相连接，在第三断路保护器c处和第一断路保护器a处配置纵联保护装置(未示出)。
[0027]在第一支路上增加第三断路保护器C，并在第三断路保护器c处和第一断路保护器a处配置纵联保护装置，该纵联保护装置是当线路发生故障时，使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置。当第一区域内出现故障时，该纵联保护装置瞬时动作保护整个区域，将该区域从配电网中切断，从而切断该出现故障的支路。
[0028]根据本发明实施例，采用第一支路的第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源相连接，其中，第一支路上连接有第一母线，在第一支路上第一母线的第一侧设置有第一断路保护器，在第一支路上第一母线的第二侧设置有第二断路保护器。第二支路的第一端与第一支路的第二端相连接，即第一支路与第二支路直连。其中，第二支路的第二端用于输出配电网系统和/或分布式电源的电能，其中，在第二支路上还设置有第三断路保护器，第三断路保护器与第二断路保护器相连接，在第三断路保护器处和第一断路保护器处配置纵联保护装置，从而解决了现有技术中接入微网的配电网在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题，达到了在微网发生故障时无法及时切断故障的支路的问题。
[0029]优选地，在第一断路保护器a处和第二断路保护器b处分别配置有第一定时限过电流保护装置。进一步地，第一定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护装置。
[0030]其中，定时限过电流保护是指为了实现过电流保护的动作选择性，各保护的动作时间一般按阶梯原则进行调整。即相邻保护的动作时间，自负荷向电源方向逐级增大，且每套保护的动作时间是恒定不变的，与短路电流无关。
[0031]方向元件可以是电流方向元件，由于电流方向元件可以安装在线路两侧都有电源的线路两侧开关上，因此，不论正方向还是反方向故障时，保护安装处均有电流流过，从而避免出现过电流保护误动作。
[0032]优选地，在第三断路保护器c处还配置有弱馈保护装置。
[0033]考虑到当第一区域发生故障时，如果此时DG的输出功率较小或者已经退出运行，可能导致第三断路保护器c的方向纵联保护侧的方向元件灵敏度不足，不能动作，所以在第三断路保护器c处还应配置弱馈保护，以保证无论DG的输出功率如何变化，方向纵联保护都能可靠地保护整个第一区域。
[0034]优选地，在第一断路保护器处设置有第一重合闸，在第三断路保护器处设置有第二重合闸。
[0035]在第一断路保护器a和第三断路保护器c处还设置了重合闸功能，当第一断路保护器a跳闸后，将启动第一断路保护器a处的重合闸重新恢复供电。由于此时第三断路保护器c已经断开且未重合，因此第一断路保护器a只需配置一般的重合闸，不要求有检同期功能。第三断路保护器c的重合闸功能只有在第一断路保护器a判为瞬时性故障时才由第一断路保护器a来启动，当然由于此时DG仍然存在，因此这里的重合闸需要检同期。如果第一区域发生的故障是瞬时性的，则在重合闸动作之后就恢复供电；如果故障是永久性的，则故障由过流第二断路保护器b或第一断路保护器a有选择性地切除。
[0036]优选地，分布式电源DG直接与第一支路的第二端相连接，或者，分布式电源DG通过第二母线与第一支路的第二端相连接。
[0037]如图1所示，在该电路中，分布式电源DG通过第二母线B与第一支路的第二端相连接，图2所示，分布式电源DG直接连接到馈线2上。
[0038]如图1所示，第二支路上连接有第三母线C，在第二支路上第三母线C的第一侧设置有第四断路保护器d，在第二支路上第三母线C的第二侧设置有第五断路保护器e。
[0039]第一区域的保护配置类似于配电网系统中常用的由电流速断和过电流保护组成的重合闸前加速方式，只是这里用同样瞬时动作的方向纵联保护代替了电流速断保护。第二区域是一个单端电源网络，在第四断路保护器d处和第五断路保护器e处分别配置定时限过电流保护，并根据实际情况采取重合闸前加速或后加速方式。对于没有接入DG的馈线1，还是按照传统的重合闸前加速或后加速方式的电流保护进行配置。
[0040]优选地，第四断路保护器d处和第五断路保护器e处分别配置有第二定时限过电流保护装置，第二定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护装置。
[0041]对馈线2进行上述保护配置以后，由上述分析可知，DG的接入将不会对馈线2原来没有DG接入时的定时限过电流保护之间的配合产生影响，整条馈线的过电流保护完全可以保留原有的定值和时限上的配合关系，不需要重新进行整定。
[0042]对于有多个DG接入的情况，其原理同上述中接入一个DG的情形，例如，如图3所示，当馈线2接有2个DG，将馈线2分为3个区域，分别给第一区域和第二区域配置方向纵联保护，第一区域和第二区域中的定时限过流保护也加装方向元件。
[0043]如图2所示，当一条馈线上至少有一个DG不接在母线处时，DG接在母线B和C之间的K点，此时需要在K点两侧分别加装断路器第三断路保护器c和第四断路保护器d。这样不可避免地需要进行过电流保护的重新整定配合，为了能在发生故障时较快地切除故障，以减小短路对DG的破坏，可以用反时限过电流保护来代替定时限过电流保护。如果把DG的接入点K当作新的母线，那么此时对各个断路器处保护的配置将与上述图1所示的实施例存在不同。
[0044]对反时限过流保护的整定原则是:启动电流仍然按躲开最大负荷电流来整定；同时，为了保证保护之间的选择性，要求在最大运行方式下，下一级线路出口短路时，上一级保护在动作时限上要比下一级保护高一个时间阶梯At，这样即可保证在其他运行方式下保护的动作时限均能满足选择性要求。按照这一原则，对图2中馈线2的反时限过电流保护进行整定配合。
[0045]首先对第二区域中第五断路保护器e处和第四断路保护器d处的反时限保护进行整定配合，在最大运行方式下，即DG以最大出力运行，第五断路保护器e的出口发生短路时，第五断路保护器e可整定为瞬时动作；为保证选择性，此时第四断路保护器d的动作时限应比第五断路保护器e高出一个时间阶梯At。这样整定以后，当DG输出功率变小或退出运行时，第五断路保护器e和第四断路保护器d仍然能够保证可靠配合。
[0046]对于第一区域中第二断路保护器b处的反时限过流保护，考虑在DG没有接入的情况下，第四断路保护器d出口短路时，第二断路保护器b的动作时限应整定为比第四断路保护器d高出一个时间阶梯At，这样就能保证当DG接入以后，第二断路保护器b和第四断路保护器d仍然能够保证选择性。对于第一断路保护器a处的反时限保护，按照相同方法与第二断路保护器b进行时限上的配合。当有多个DG接入以后，保护的配置以及整定方法完全类似。
[0047]当第一区域任一点发生故障，方向纵联保护两侧的方向元件均判断为正方向，故认为发生了区内故障，将可靠动作断开第一断路保护器a和第三断路保护器C。随后第一断路保护器a处断路器进行快速重合，如果是瞬时性故障，重合后故障将消失，接着第三断路保护器c将重合，从而恢复对整条馈线的供电；如果是永久性故障，将由第二断路保护器b处和第一断路保护器a处的反时限过流保护选择性动作切除故障。如果DG的输出功率变小或者DG退出运行，将导致第三断路保护器c处的方向元件灵敏度降低，无法启动。但是，由于在第三断路保护器c处装设了弱馈保护，可以保证弱电源侧也能可靠动作。
[0048]当第二区域即线路KC和⑶发生故障时，保护的动作行为因采取的重合闸方式的不同而异。以重合闸前加速方式为例，此时将在第四断路保护器d处配置电流速断保护用于保护整个第二区域。当第二区域内发生故障时，首先第四断路保护器d处的电流速断保护瞬时动作，随后进行重合。如果是瞬时性故障，重合后故障将消失；如果是永久性故障，则由第五断路保护器e处或第四断路保护器d处的反时限过流保护选择性动作切除故障。由于DG下游的反时限保护按DG的最大出力来进行配合，因此当DG的输出功率变小或退出运行时，DG下游发生故障后它们仍然能够有选择性地动作，不会受DG输出功率变化的影响。
[0049]当相邻馈线I发生故障时，由于对第一区域的反时限过流保护都加设了方向元件，流过第二断路保护器b处和第一断路保护器a处的是反方向的电流，因此它们不会误动作。
[0050]保护动作以后有可能会形成孤岛，对此可以进行孤岛的划分，以维持孤岛内功率的平衡以及电压频率的稳定。
[0051]本发明实施例还提供了一种接入微网的配电网保护系统。该保护系统包括:配电网系统；分布式电源，接入所述配电网系统中；本发明实施例提供的接入微网的配电网保护电路，设置在所述分布式电源与所述配电网系统的连接线路上。
[0052]具体地，对于该配电网保护系统的详细描述可以参见上述对配电网保护电路的描述，这里不做赘述。
[0053]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种接入微网的配电网保护电路，其特征在于，包括: 第一支路，第一端与配电网系统侧相连接，第二端与分布式电源相连接，其中，所述第一支路上连接有第一母线，在所述第一支路上所述第一母线的第一侧设置有第一断路保护器，在所述第一支路上所述第一母线的第二侧设置有第二断路保护器；以及 第二支路，第一端与所述第一支路的第二端相连接，其中，所述第二支路的第二端用于输出所述配电网系统和/或所述分布式电源的电能，其中，在所述第二支路上还设置有第三断路保护器，所述第三断路保护器与所述第二断路保护器相连接，在所述第三断路保护器处和所述第一断路保护器处配置纵联保护装置。
2.根据权利要求1所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于， 在所述第一断路保护器处和所述第二断路保护器处分别配置有第一定时限过电流保护装置。
3.根据权利要求2所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于，所述第一定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护装置。
4.根据权利要求1所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于，在所述第三断路保护器处还配置有弱馈保护装置。
5.根据权利要求1所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于，在所述第一断路保护器处设置有第一重合闸，在所述第三断路保护器处设置有第二重合闸。
6.根据权利要求1所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于，所述分布式电源直接与所述第一支路的第二端相连接，或者，所述分布式电源通过第二母线与所述第一支路的第二端相连接。
7.根据权利要求1所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于， 所述第二支路上连接有第三母线，在所述第二支路上所述第三母线的第一侧设置有第四断路保护器，在所述第二支路上所述第三母线的第二侧设置有第五断路保护器。
8.根据权利要求7所述的接入微网的配电网保护电路，其特征在于，所述第四断路保护器处和所述第五断路保护器处分别配置有第二定时限过电流保护装置，所述第二定时限过电流保护装置为具有方向元件的定时限过电流保护装置。
9.一种接入微网的配电网保护系统，其特征在于，包括: 配电网系统； 分布式电源，接入所述配电网系统中； 权利要求1至8中任一项所述的接入微网的配电网保护电路，设置在所述分布式电源与所述配电网系统的连接线路上。
【文档编号】H02H7/26GK104466923SQ201410678092
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】赵贺, 竺懋渝, 张艳妍, 袁清芳, 陈光华, 李洪涛, 饶强, 张淼, 郝良 申请人:国家电网公司, 国网北京市电力公司, 北京市北供电气设备试验中心