宁波市海曙巨龙电气厂
电机相序保护器 断相保护器 http://www.xxbhq.com
基于逆变型分布式电源微电网保护
随着电力需求的不断增长和电网规模的不断扩大，超大规模电力系统
的弊端，如成本高、运行难度大、无法满足用户越来越多的安全性和
可靠性需求等问题越来越明显。由于大电网是一个复杂的系统，系统
中任何一个涉及电网状态的较大变化会立刻或轻或重地影响全网。因
此，当电力系统发生某种大的扰动，一些不可预测因素可能相互叠加，
造成电网故障大停电则不可避免，这是遍及世界的电力系统的灾害。
新能源，如风能、太阳能、生物质能等和分布式发电是解决上述问题
的重要方案。虽然利用新能源的分布发电有很多优点，但其本身也存
在很多问题，如接入成本高、控制困难等；另外，由于分布式电源
（Distributed Generation,DG）对于大电网来说是一个不可控源，因些
系统往往采用限制和隔离的方法来处置DG，从而限制了DG优势的
发挥。为了协调大电网和DG的矛盾，微电网应运而生。
微电网是什么_微电网的概念及技术特点微电网的概念微电网（Micro-Grid）也称为微网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。
微电网是一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，它作为完整的电力系统，依靠自身的控制及管理供能实现功率平衡控制、系统运行优化、故障检测与保护、电能质量治理等方面的功能。
微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。
开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。
微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、小型风力发电机组以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置。
它们接在用户侧，具有成本低、电压低以及污染小等特点。
由于环境保护和能源枯竭的双重压力，迫使我们大力发展清洁的可再生能源。
高效分布式能源工业（热电联供）的发展潜力和利益空间巨大。
提高供电可靠性和供电质量的要求以及远距离输电带来的种种约束都在推动着在靠近负荷中心设立相应电源。
通过微电网控制器可以实现对整个电网的集中控制，不需要分布式的就地控制器，而仅采用常规的量测装置，量测装置与就地控制器之间采用快速通讯通道。
采用分布式电源和负荷的就地控制器实现微电网暂态控制，微电网集中能量管理系统实现稳态安全、经济运行分析。
微电网集中能量管理系统与就地控制器采用弱通讯连接。
微电网的特点微电网系统结构图微电网系统由于包含有数量众多、特性各异的多种分布式电源而成为一个大规模、非线性、多约束和多时间的多维度复杂系统，具有复杂性、非线性、适应性、开放性、空间层次性、组织性和自组织性、动态演化性等复杂系统特征，属于一类变量众多、运行机制复杂、不确定性因素作用显著的特殊的复杂巨系统。
基于微电网孤岛运行下的保护分析与仿真朱雪凌;韩菲;刘佳【摘要】建立了微电网运行下的等效电路图.微电网孤岛运行内部发生故障时,微电网提供的短路电流不足以让传统的过流保护动作.用MATLAB/Simulink对基于电压扰动的保护策略进行了仿真分析.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】3页(P94-96)【关键词】微电网;分布式电源;孤岛运行;保护策略【作者】朱雪凌;韩菲;刘佳【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045;华北水利水电学院,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TM771随着人们对环境问题的日益关注和高效小容量发电技术的成熟，分布式电源(Distributed Generation，DG)的数量及其在电力系统中所占的比重越来越高.为了最大限度地利用DG的发电能力，提高系统的供电可靠性，IEEE出台了一套解决孤岛问题的标准 IEEEl547—2003［1］.该标准不再禁止有意识的孤岛存在，而是鼓励供电方和用户尽可能通过技术手段实现分布式电源的孤岛运行.然而，微电网在孤立运行模式下，各种故障电流限制在较低的水平，使得传统保护设备无法动作，从而起不到保护作用，需要开发新的保护方法.1 微电网及其孤岛运行微电网是指将一定区域内(例如某一街区、某几个大型建筑物)或某些企事业内各单位拥有的分散的发电资源(例如自行供电的发电设备或备用发电机组、太阳能发电装置、风力发电设备等可再生能源发电装置)连结起来共同向各单位供电，并通过配电网与主干大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型发电设备联合运行的系统.微电网主要包含分布式电源DG(光伏系统，燃料电池等)、低压配电系统、储能单元和用电负荷.它与主电网通过公共耦合点相连形成并网运行，或者单独以一种可控协调的方式形成孤岛运行［2］.微电网能在并网运行和孤岛运行2种模式间切换.其中将微电网与大电力网隔离，单独运行即为孤岛运行方式.孤岛运行的特征主要包括:由分布式电源单独供电;与主电网系统分离的、独立的配电网络;能独立运行;电压和频率保持在允许的范围内［3］.2 微电网孤岛运行方式下的保护问题微电网技术出现后，DG不再以独立发电设备的形式并网，而是与储能系统、当地负荷、控制系统等组成微电网后再与配电系统并网，配电系统故障时，允许DG 带微电网内的重要负荷继续运行［4］.此时由于失去了配电系统的较大的短路容量支持，联络线或馈线上故障的特征也与由配网供电运行时有很大的不同.因此，必须要验证微电网在孤岛运行时，原有保护还能否可靠动作.2.1 低压配电线路保护配置400 V配电系统常采用的保护多为三段式或两段式电流保护，典型的三段式过电流保护有瞬时电流速断、限时电流速断及定时限过电流保护［5］.目前400 V出线一般只要求装设电流速断和过电流保护即可满足保护范围及保护配合的要求.过电流保护根据被保护设备及配合要求可以采用定时限电流保护.2.2 低压配电线路故障输出特性的理论分析当配电网为负载供电时，图1为配电网供电等效电路，其中的Z0，Z2，Z3分别是配电网、线路和负载的等效阻抗，U，I分别为断路器QF处的相电压和相电流相量.参数设置:Z0忽略不计，Z2=R2+jX2=0.320 5+j0.050 5，Z3=R3+jX3=10+j 3.14.图1 配电网供电等效电路图图1中若线路末端K点发生三相金属性接地短路时，在进行故障暂态分析的时候，配电网系统等效电源的相电动势不变，I'是故障后输出的相电流的相量，那么流过断路器QF的电流有效值在故障前后的关系近似为2.3 DG故障输出特性的理论分析微电网的实现基础是电力电子技术，微电源是微电网中最重要的组成部分，各种微电源大部分都通过逆变器进行联网.这里以逆变型分布式电源为例介绍它的故障输出特性.逆变型分布式电源具有一个共同特征，就是由于电源与电网之间有电力电子接口进行隔离，电源与电网之间仅进行有功功率的传输［6］.DG的输出功率仅由燃料进料或风速、光强、温度等外界环境决定，而且上述参数的变化是缓慢的.因此，在进行故障暂态分析的时候，可以认为它们无变化.图2为DG并网供电等效电路图，其中的Z1为DG的等效阻抗，其他参数如图1所示.图2 DG并网供电等效电路图如图2所示，在孤岛运行时，即静态开关断开，若忽略掉电流在 DG等效内阻Z1上的损耗，那么DG正常运行时输出的有功功率为若线路末端K点发生三相金属性接地短路时，此时DG输出的有功功率为由以上假设可知，在进行故障暂态分析的时候，DG输出的有功功率可以认为无变化，那么流过断路器QF的电流的有效值在故障前后的关系式为从式(1)和式(4)可以观察到DG的故障输出特性与配电网有很大的区别.由于线路阻抗与系统内阻抗一般远小于负载阻抗，这也就对应于微电网孤岛运行下，微电网内部故障，短路电流变小的情况，那么原有的保护可能无法进行可靠动作，这时微电网要采用新的继电保护策略［7］.3 基于电压扰动的保护策略及仿真3.1 保护策略参考文献［8］提出了适用于微电网孤岛运行时发生故障的快速检测方法.它的主要原理就是根据分布式电源的输出电压发生扰动的情况来判断微电网内是否发生了故障，并且能够区分发生了什么类型的故障.首先利用标准的电压互感器检测DG出口的三相端电压.将获取的三相机端电压，通过派克变换矩阵得到Ud和Uq，将Ud，Uq信号与一个周期性更新的参考信号Udref和Uqref比较，检测系统是否出现故障.通过计算公式UDIR1=Udref－Ud和UDIR2=Uqref－Uq得到扰动电压UDIR1和UDIR2，根据UDIR1和 UDIR2值的特征就能判断系统是否发生故障.3.2 仿真结果在MATLAB/Simulink中建立如图2所示模型.在DG孤岛运行时，发生三相短路、单相短路以及两相短路时仿真结果如图3—5所示.图3 三相短路后扰动电压仿真结果图3—5每个图中3条曲线从上到下依次是故障后UDIR1、零轴和UDIR2曲线，从这3个图中可以明显看出，UDIR2曲线由于故障类型的不同而有很大的不同.对于单相接地故障，UDIR2为一个摆动信号，变化范围从接近于0值变换到最大值;对于两相故障;UDIR2的变化范围从某一特定电压值变化到最大值，可以理解为其由一个稳定信号和摆动信号组成;对于三相故障，UDIR2是一个较为稳定的直流信号.根据以上分析，从电压信号状态可以判断是否发生故障和发生了哪种类型故障.而且根据扰动电压信号出现的时间可以判断故障开始和结束的时间.4 结语针对微电网孤岛运行下的故障输出特性，提出了基于电压扰动的保护策略，并进行了仿真分析，得出以下结果.1)正常运行下，UDIR2为一个接近于0的值.2)单相接地故障时，UDIR2为一个从0变化到最大值的摆动信号.3)两相接地故障时，UDIR2从一个不为0的值变化到最大值，可以认为其由一个稳定信号和摆动信号的复合组成.4)三相接地故障时，UDIR2为一个不为0的较为稳定的直流信号.参考文献［1］ IEEE.Std1547—2003 IEEE Standard for Interconnecting DistributedResources with Electric Power Systems［S］.2003.［2］徐青山.分布式发电与微电网技术［M］.北京:人民邮电出版社，2011. ［3］时珊珊，鲁宗相，闵勇，等.微电网孤网运行时的频率特性分析［J］.电力系统自动化，2011，35(9):37－41.［4］余娟，孙呜，邓博.DG的孤岛运行方式及其对保护与控制的影响［J］.电力建设，2009，30(6):21－24.［5］贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理［M］.3版.北京:中国电力出版社，1994.［6］李盛伟.微型电网故障分析及电能质量控制技术研究［D］.天津:天津大学，2009.［7］林霞，陆于平，王联合.分布式发电条件下的新型电流保护方案［J］.电力系统自动化，2008，32(20):50 －55.［8］张宗包，袁荣湘，赵树华，等.微电网继电保护方法探讨［J］.电力系统保护与控制，2010，38(18):204 －208.。
微电网运行控制与保护技术发布时间：2022-05-26T02:00:02.956Z 来源：《福光技术》2022年11期作者：董茂华[导读] 随着能源危机和环境污染等问题的加剧以及能源需求的增加，绿色发展理念深入人心，可再生能源整合进电网成为一种不可避免的趋势。
目前，将风能和太阳能以微电网(MG)的形式整合进电网受到了广泛关注。
国网四川阿坝州电力有限责任公司四川阿坝州 623200摘要：工业化浪潮掀起以来，传统能源被大量消耗，环境污染问题也在日益突出。
在这种整体环境下，新能源的开发和利用越发受到人们的关注，我国也在风能发电和太阳能发电等领域做出了积极探索，并取得了一定的成就。
不过需要注意的是，分布式发电的间歇性始终会对电网安全产生不利影响。
为了妥善解决这些问题，为新能源技术的应用提供设备支持，研究微电网的运行控制与保护就显得尤为重要。
关键词：微电网；运行控制；保护技术1微电网运行控制随着能源危机和环境污染等问题的加剧以及能源需求的增加，绿色发展理念深入人心，可再生能源整合进电网成为一种不可避免的趋势。
目前，将风能和太阳能以微电网(MG)的形式整合进电网受到了广泛关注。
MG不仅能够为当地用户提供不间断供电，而且可以为电力系统带来多重技术上益处，如降低网络损耗、提高电压质量，从而提高电力系统的经济性和安全性。
然而，与传统的发电模式不同，MG中分布式电源(DG)的出力具有不确定性，可能造成能源的浪费。
储能装置的应用能够在一定程度上平衡DG出力的随机性。
此外，大量运行条件和每个DG运行的差异为电网的安全和经济运行带来巨大挑战。
微电网的运行控制主要分为主从控制和对等控制。
主从控制一般用于孤岛运行状态，分为主要部分及从属部分。
主要部分一般由比较稳定可靠的大容量蓄电池来充当；从属部分的要求相对较低。
而在对等控制下，微电网内的电源具有同等的地位。
微电网系统内的电源根据其本身的特点来选择对应的工作方式，各电源彼此间不需要联络线通信，实现了“即插即用”。
