Trojan电瓶直流微电网保护技术综述

摘要：对于直流微电网而言，其保护乃是确保直流微电网得以安全、可靠运行的基础，是基本保障。本文对直流微网的特点予以介绍，依据国内外微电网的发展趋势，提出一种新型环形直流微电网的拓扑结构图，阐述了微网保护系统的关键技术，说明了直流系统接地故障的故障类型，对国内外微网保护的研究现状进行介绍，还提出了直流微网有待进一步深入研究的主要问题。

关键词：直流微电网，继电保护，故障类型

1引言

正逐步随着世界大范围内环境问题以及能源问题日益显著突出，经济增长跟环境保护之间的矛盾正日益变得严重起来，从而发展新型可再生能源用以替代传统污染较为严重的化石能源就显得特别紧要重要，微电网作为一种能够高效利用以及普及新能源的方式便随之产生出现了。微电网是一种把分布式电源、储能装置、负荷、变流器以及保护监测系统有机整合汇聚在一块的，集合发、配电为一体的小型灵活的电力网络[1 - 4] 。因为它拥有供电能力方面的可靠性，具备运行方式上的灵活性，有着电能质量的优异性，所以必然会成为世界各个国家电力工业在未来的重要发展方向。

2直流电网的拓扑结构

图2环形直流微网结构图

图2呈现的是一种呈环形的直流微电网拓扑图形式，此环形直流微网具备多条直流母线以及支路，当其中某一条线路遭遇故障状况时，并不会对系统里其他母线以及支路的正常运行产生影响。伴随直流微网规模持续不断地增大，为了提升供电的可靠性，以及达成分布式电源和负荷的灵活接入与扩展，环形微网将会成为未来直流领域的发展趋势。

3直流微网的故障类型

依据故障发生的位置来展开分类，能够把故障划分成接地故障以及极间故障 。

3.1接地故障

系统的结构，加之地接方式，会对接地故障的保护方式，造成极大影响。于直流微网里，针对不接地，或经高阻抗接地的系统，其接地故障的定位，以及快速检测，依旧是难点。

3.2极间短路故障

在含中线的双极性，即正、负极的直流微网结构当中，母线极间短路故障里，极间短路故障是最为严重的那种，尤其是正、负之间的短路故障。一旦发生这种故障，它将会对所有连接到该母线处的储能系统造成影响，还有分布式电源、交直流接口以及向负荷的正常供电也会受波及；要是发生各极与中线极间故障，倘若能够快速检测并且将故障隔离，那么在短时间之内就可以保证非故障极间进行供电。

图3直流系统接地类型

IT系统里的接地类型是不接地，抑或是经高阻抗接地。在IT系统出现接地故障之际，其能够被测量到的故障信息量，举例来说像暂态电压以及漏电流，都非常小。这种方式存在优点，同时也存在缺点，它的优点在于能够保障用电设备的正常运行，而缺点是其故障不太容易被检测出来。

4.2直流微网的保护设备

在直流微电网处于故障状况时，故障点处的电压会突然间降落，故障位置附近存在的设备主要是负载以及电源，这些设备将会受到相应影响，虽说直流微电网内部全部的设备都借助电力电子装置连接至直流母线上，能够确保对于故障作出快速响应，然而直流断路器依旧是不可缺少的装置。直流系统要应用诸多电容，直流母线故障时，系统里大量电容会瞬时放电，瞬时放电会产生大量暂态短路电流，断路器可能因此误动，这会致使保护功能丧失，进而造成大范围负荷断电。所以，为防止这种情况出现，要安装断路设备，或者让故障限流装置与直流断路器配合 。与此同时，于直流系统当中，鉴于电流不会经过零点，断路器在开展开、关操作之际，有可能会产生高压电弧，进而致使设备出现故障，甚至引发事故，因而灭弧装置同样是不可或缺的。

5国内外微网保护研究现状

关于微电网保护的研究，这其中不仅涵盖了针对其自身保护方面的研究，还包含了对于与之相连的大电网保护的研究。微网接入后，致使原有配电网结构的复杂性有所增加，鉴于其具备很高的渗透性，进而也对线路的过电流保护造成了影响。鉴于此情况，国内外的研究者们主要针对三段式电流保护提出了不同样式的改进措施，这些措施粗略划分的话可以分成两类，一类是基于通信技术的广域保护，另一类则为传统三段式电流保护。 。

依据逻辑层次作为底子的文献[5 - 7]等，提出了分级保护的这般概念，即公共连接点保护、内部线路保护还有分布式电源保护，并且按照保护区域重要程度的不一样，则开展相应的保护策略配置 。

（1）微网内部线路保护

对微网内部线路开展保护设置之际，要考虑不同潮流流向所带来的影响，在能够满足两种运行状态下的保护需求之时，尽可能采用同一种保护策略。基于此前提，还得考虑经济性，尽量选用造价便宜、安装便捷的设备。文献[8]提出了一种反时限过电流保护，该保护基于低压加速的理论，它能够与方向元件相配合，它符合经济性要求且同时兼容两种运行模式的需求，然而却难以适应未来“即插即用”型的复杂微网。围绕广域保护展开研究工作时，于国内以及国外范围之内，数目占比较大的诸多学者会选用差动保护这种方式，他们所开展研究的彼此之间存在差异的地方，仅仅是所挑选出来用于测量的信号有所不同罢了。

（2）微电源的保护

存在着这样几种类型的微电源，分别是逆变器型、同步电机型以及异步电机型，其中，逆变器型微电源是由电力电子器件所构成的，因受到其自身控制的缘故，故障电流会被限定在2倍以下额定电流的范围之内，具体参照文献[29]，传统的电流保护由于无法达到很高的灵敏性，所以可能不再适用；电机型微电源包含同步和异步两种，在故障初期，其电流能够达到5至10倍额定电流，传统的电流保护对于它而言依旧适用。

6直流微网保护技术的展望

直流微网能够安全可靠运行，继电保护系统是其中重要保障以及关键环节，关于这一系统的研究，目前仍处于理论阶段，众多保护方案与保护设备尚未成熟，主要体现于下边这些问题：

（1）直流断路器，尤其是对中高压直流断路器的研究。

（2）故障检测及故障定位的算法研究。

（3）直流微网的保护缺乏相关的标准和准则。