与大电网不同,微网的保护与运行具有自己的特殊性。
内部的结构决定了微网的双向潮流特性,传统保护中的选择性原则在微网保护中较难满足。
微网中一般根据不同电源的特点采取不同的控制方式,对于风力发电和光伏发电这些输出功率受天气影响比较大的电源,若通过配备储能装置的方法使这类电源根据负荷需求调整发电量,则需要配备较大容量的储能装置,这会降低系统的经济性,因此这类可再生能源的目标是保持最大的利用率,分布式电源能输出多少功率就输出多少功率,微网设计时一般会满足此类电源“即插即用”的特点。这就加剧了微网中潮流流动的不确定性,设计保护方法时应尽可能做到不受潮流的影响。
在同等电压等级配电网中一般较少采用基于通信的保护。微网中,故障的判断较为复杂,有时需要利用多点的信息;为了维持微网的稳定,也需要确保故障能够及时地切除。基于通信的保护可以很好地完成这些功能。
微网线路不会太长,为几百米左右,方便信息信道的铺设。如将微网作为具有孤岛运行功能的智能配电网一部分的角度来考虑,应装设MMS(智能微网管理系统)。MMS为确保微网最经济有效地运行需同微网的各个部分保持联系,在合理设置MMS功能的情况下,可考虑将保护装置同其相结合或者直接利用其通信信道减少系统的投资 。
微网既可以并网运行又可以独立运行的特点给保护的设计带来了新的挑战,孤岛运行条件下,短路电流由DG提供,基于逆变器的DG无法提供足够大的短路电流。并网条件下,短路电流可通过迭加定理来分析,电网能提供很大的短路电流,逆变器DG提供的短路电流只占短路电流很小的一部分。在这两种运行方式下短路电流差别很大,在一种运行方式下可行的保护方法在另一种运行方式下可能变得不再可行。
对于短路电流的这些特点一般有两种应对方法:一是设置限制条件使保护可以针对不同的运行方式;二是设计可以适用于两种运行方式的保护策略。其中前者可通过不同运行方式下故障电流的计算来整定,相对较容易实现,但是因限制条件的加入使得保护变得复杂。后者可以通过一套保护作用于不同的运行方式,但是对保护适应性的要求比较高。
微网中的分布式电源多采用电力电子接口,这使得微网具有缺少惯性、响应速度快等特点。若采用配电网相同电压等级下的故障切除时间,容易使微网系统失去稳定。
故障切除时间还应该考虑到负荷的敏感程度,保证故障切除后系统还能保持稳定。例如,电动机负荷所占的比例越大,临界故障切除时间越短;三相短路故障点离感应电动机负荷点越近,临界故障清除时间越短。
DG的控制是微网控制的基础,关于DG的控制方法的研究比较多,常见的有恒压恒频控制、PQ控制、P-f, Q-V下垂控制、f-P , VQ下垂控制等。不同方法的控制模块输入量及其所控制DG的输出量不同,当控制方式中没有加入任何针对故障的模块时,故障情况下,控制方式也会使所控制DG的输出量向参考值靠近,从而引起可以用以保护的电气量例如电压、电流等发生失常变化。
在对分布式电源控制方法进行设计时,应该考虑到故障情况并采取必要措施,例如数值限幅,跳闸时间配合等;同时保护方式也应该充分地考虑到DG控制方式的影响,设计与对应控制方式相协调的保护或是可适用于任何控制方式的保护 。