【正文】 穩(wěn)定。 目前分布式發(fā)電機(jī)的數(shù)量在電力系統(tǒng)中占得比例越來越高，各國對利用清潔可再生能源發(fā)電的重視，促使了分布式發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā) 展。所謂的分布式發(fā)電(Distributed Generation, DG)，通常是指采用各種分散存在的清潔能源，包括風(fēng)能、太陽能、小型水能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電供能。分布式發(fā)電具有靈活性特點(diǎn)，可以在峰谷電價下啟動，減小電費(fèi)支出。同時，對于邊遠(yuǎn)貧困地區(qū)安裝小型 DG 裝置，可以充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，避免因長距離輸電而造成的損耗，從而有效提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。分布式發(fā)電還具有很強(qiáng)的機(jī)動性，具有投資少和見效快的特點(diǎn)，從而彌補(bǔ)了大電網(wǎng)在穩(wěn)定性與安全性方面的不足。當(dāng)?shù)卣?、洪水、冰?zāi)等自然災(zāi)害或者人為破壞等突發(fā)災(zāi)難而導(dǎo)致大 電網(wǎng)崩潰時，分布式發(fā)電能夠繼續(xù)對重要用戶進(jìn)行供電，從而避免因大范圍停電給國家重要部門帶來的損害。 分布式發(fā)電雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是本身也存在許多缺點(diǎn)，例如，分布式電源控制困難和單機(jī)接入成本高等；另外，分布式電源與大電網(wǎng)相比是不可控源，而且對電網(wǎng)及用戶造成了巨大沖擊，對系統(tǒng)的運(yùn)行、電能質(zhì)量、保護(hù)可靠性等都帶來不利影響，使得并網(wǎng)的規(guī)模受到限制。因此電網(wǎng)往往采取隔離和限制的方式來處理分布式電源的接入，從而削弱了分布式發(fā)電效能的利用。 為了充分發(fā)揮 DG 的優(yōu)勢，減少 DG對電網(wǎng)的沖擊及一些負(fù)面影響，盡最 大可能的實現(xiàn) DG 的效益和價值。在本世紀(jì)初專家們提出了微電網(wǎng) (Microgrid)的 概念，微電網(wǎng)也稱為微網(wǎng)，是指通過電力電子器件把以可再生能源為主的分布式電源連接起來，結(jié)合能量轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)等技術(shù)而成帶動相關(guān)負(fù)荷的微型發(fā)配電系統(tǒng)，能夠提供電能和熱量，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，同時還滿足用戶對電能質(zhì)量和供電可靠性、安全性的要求，既可以并網(wǎng)運(yùn)行也可以孤島運(yùn)行的微型電網(wǎng)。微電網(wǎng)中的電源也稱為微電源 (MicroGenerator, MG)，主要有水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等。為了提 高微電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和電能質(zhì)量，微電網(wǎng)中一般還包含電能存儲裝置，如飛輪儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)電磁儲能系統(tǒng)、超級電容等。微電源和儲能系統(tǒng)安裝在用戶側(cè)，具有低成本、低污染等特點(diǎn)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 微電網(wǎng)的引入，對傳統(tǒng)中低壓配網(wǎng)的保護(hù)帶來了挑戰(zhàn)：原本輻射狀線路的單向潮流方向可能變成雙向，傳統(tǒng)分布式系統(tǒng)保護(hù)可能由于微電網(wǎng)內(nèi)結(jié)構(gòu)變化而退出。同時，電力電子器件在 DG 中的使用，使得故障電流幅值通常只有額定電流的 23 倍。微電網(wǎng) 在 并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行下均應(yīng)能夠響應(yīng)于故障，做到大電網(wǎng)側(cè)故障不動作，網(wǎng)內(nèi)故障時迅速正確響應(yīng)，成為了微電網(wǎng)保護(hù)的關(guān)鍵 和難點(diǎn)。 國內(nèi)外 微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀 各國對微電網(wǎng)的定義和研究方向 微電網(wǎng)解決了 DG 高滲透率并網(wǎng)問題，并能充分發(fā)揮 DG 的各種優(yōu)勢，成為了公共電網(wǎng)的有效補(bǔ)充和利用形式，自然受到世界各國越來越多的關(guān)注與支持，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆? 1) 美國微電網(wǎng)的研究 美國是最早提出微電網(wǎng)概念的國家。 1999 年，美國電氣可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會 (CERTS)首次并較完整的將微電網(wǎng)定義為：微電網(wǎng)相對大電網(wǎng)來說是一個單一受控單元，可以為用戶提供高質(zhì)量電能和用電安全需求。微電網(wǎng)內(nèi)部由微電源和負(fù) 荷組成，可以同時產(chǎn)生電能和熱能；微電源產(chǎn)生的能量來自于內(nèi)部電力電子器件的轉(zhuǎn)換；并且提出了“即插即用”以及“對等”控制思路和設(shè)計方案，這成為了微電網(wǎng)概念中最早和最權(quán)威的概念。目前美國已經(jīng)對微電網(wǎng)的建模與仿真、保護(hù)與控制以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面理論進(jìn)行了分析，并逐步形成了相關(guān)的管理政策和法規(guī)；同時，美國政府將建設(shè)“電網(wǎng)現(xiàn)代化”建設(shè)與微電網(wǎng)結(jié)合，將以后研究和發(fā)展的重點(diǎn)放在為重要負(fù)荷供電可靠性提高、滿足用戶多樣化用電需求、實現(xiàn)智能化、降低成本等。 2) 歐盟微電網(wǎng)的研究 歐盟微電網(wǎng)研究機(jī)構(gòu)將微電網(wǎng)定義為：配有儲能裝置 的；使用一次能源，經(jīng)過電力電子器件對能量控制和轉(zhuǎn)換；可冷、熱、電三聯(lián)供；集中多種微型分布式發(fā)電裝置。歐盟將電力系統(tǒng)的發(fā)展方向定為“智能電網(wǎng)”的方向，而微電網(wǎng)本身的智能化、能量利用的多元化以及環(huán)境友好等優(yōu)勢，已經(jīng)成為了他們研究的重點(diǎn)。目前，在多國建設(shè)的不同規(guī)模的實驗項目上已經(jīng)對微網(wǎng)的運(yùn)行、控制、通信、保護(hù)及安全等理論進(jìn)行了驗證，并且將后期的研究工作定為建設(shè)示范工程、更先進(jìn)的控制策略 、 DG 大規(guī)模接入以及由傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡等方面。 3) 日本微電網(wǎng)的研究 由于一次能源的匱乏以及負(fù)荷需求的迅速增長，日本十 分重視可再生能源在本國能源結(jié)構(gòu)中越來越多的利用。微電網(wǎng)能極大發(fā)揮分布式電源效能的理念促使了微電網(wǎng)在日本的飛速發(fā)展。日本的微電網(wǎng)定義為：根據(jù)客戶需求，在部分特殊 區(qū)域裝設(shè)分布式能源的小型系統(tǒng)，為其提供電能和熱能。他們對微電網(wǎng)的研究方向主要設(shè)在對電能需求多樣化方面、能源利用率以及環(huán)保方面。目前日本政府已經(jīng)與國家重點(diǎn)科研室、 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 國內(nèi)高校、相關(guān)企業(yè)合作，在新能源利用與可再生能源的使用以及微電網(wǎng)發(fā)展方面取得了不錯的成果。 4) 微電網(wǎng)在我國的研究和發(fā)展 結(jié)合我國電網(wǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，參考國外微電網(wǎng)定義的特點(diǎn) ，我國將微電網(wǎng)定義為：微電網(wǎng)是一種基于傳統(tǒng)電源的獨(dú)立控制系統(tǒng)，通過本地分布式能源或者中、小型發(fā)電機(jī)較大規(guī)模的優(yōu)化配置，向周圍負(fù)荷提供熱能、電能的特殊電網(wǎng)；在充分滿足用電客戶對電能質(zhì)量和供電安全要求的基礎(chǔ)上，通過利用內(nèi)部電源和負(fù)荷的可控性，實現(xiàn)微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行的自治；微電網(wǎng)對大電網(wǎng)表現(xiàn)為一個可控的整體單元，可以平滑實現(xiàn)并網(wǎng)、孤島的切換。國家 863 和 973 項目中都開設(shè)了微電網(wǎng)研究課題。廣州、內(nèi)蒙古、北京等地已經(jīng)通過引入國外技術(shù)建成了近 10座微網(wǎng)示范系統(tǒng) 。 微電網(wǎng)的發(fā)展對我國來說具有重要意義：我國幅員遼闊 ，清潔能源布局分散、隨機(jī)和間歇。微電網(wǎng)可將分散的 DG 整合，最大化接納分布式能源；可解決偏遠(yuǎn)農(nóng)村無電或缺電問題，對逐步實現(xiàn)社會主義新農(nóng)村的電氣化問題提供解決方式；多種互補(bǔ)式能源同時提供冷、熱、電能，加上儲能單元的調(diào)節(jié)控制，對提高我國能源利用效率，減輕環(huán)境污染具有重大意義；面臨地震、洪水、颶風(fēng)等自然災(zāi)害時，微電網(wǎng)的加入能夠提高電網(wǎng)抗災(zāi)能力，保證不間斷供電；微電網(wǎng)的在線實時監(jiān)控和預(yù)警能力，對改善供電可靠性，滿足不同用戶電能質(zhì)量需求具有重大意義 。 微電網(wǎng)保護(hù)的研究現(xiàn)狀 通常情況下，低壓配電網(wǎng)呈單電源輻 射狀結(jié)構(gòu)，微電網(wǎng)中由于多個分布式電源的引入，潮流雙向流通，使得短路電流的整定計算變得更加復(fù)雜。微電源之間的距離可能很短，區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障時電壓可能非常接近，這將造成所形成的故障判據(jù)的靈敏度不夠。 文獻(xiàn) 3研究了通過電力電子器件接入電網(wǎng)的分布式電源的控制和保護(hù)問題，詳細(xì)分析了在網(wǎng)絡(luò)不同運(yùn)行模式下微電源的不同控制方式和對保護(hù)的影響問題。文獻(xiàn) 4利用動態(tài)仿真很好地回避建立系統(tǒng)阻抗矩陣的問題，并且分析了帶逆變器并網(wǎng)的 DG 給配網(wǎng)繼電保護(hù)帶來的影響，并得出結(jié)論：經(jīng)逆變器的 DG 并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響并不十分明顯。文獻(xiàn) 5研究了孤島運(yùn)行 下的微電網(wǎng)在失去配電網(wǎng)容量支撐時，由于分布式電源自身容量較小，其故障特性與并網(wǎng)運(yùn)行時差別很大的問題。文獻(xiàn) 6通過仿真驗證了微電網(wǎng)的故障電流一般情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主電網(wǎng)的故障電流，傳統(tǒng)的電流保護(hù)無法應(yīng)對微電網(wǎng)保護(hù)的特殊性。微電網(wǎng)中微電源的容量一般都很小，在孤島模式或兩種模式轉(zhuǎn)換過程中，操作或微電源波動都可能會出現(xiàn)較長的暫態(tài)過程。 總之 ， DG 并網(wǎng)給微電網(wǎng)保護(hù)帶來了一系列問題。由于聯(lián)網(wǎng)時短路容量大，多個DG 接入點(diǎn)不同或是故障類型不確定，引起故障電流方向多變和保護(hù)整定困難；另外一點(diǎn)就是包括光伏電池、燃料電池這類逆變型電源 ，由于內(nèi)部熱過載能力較低，輸出電流一般被限制為額定電流的 23 倍，很難利用故障電流進(jìn)行故障定位。因此，人們開始探索其它保護(hù)技術(shù)。一種方法是針對孤島下電流大小不足以使傳統(tǒng)過流保護(hù)裝置 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 動作而使用儲能系統(tǒng)為微電網(wǎng)提供故障電流；另一種方法是提取新的不受這兩種特點(diǎn)影響的故障特征量來檢測故障并動作于保護(hù)，使微電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。 文獻(xiàn) 7通過控制故障 DG 接口逆變器的直流側(cè)電壓 ， 改變故障時的輸出電流。也有學(xué)者提出安裝補(bǔ)償性電流源的方法，但是這種方案要根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)開啟或關(guān)閉，所以高度依賴于孤島檢測技術(shù)和補(bǔ)償性電流源的可靠 性操作 ,這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。 文獻(xiàn) 8提出了一種在孤島和并網(wǎng)下相同的保護(hù)策略。文中將微電網(wǎng)劃分為 5個保護(hù)區(qū)，每個區(qū)之間裝設(shè)有三相電流互感器，中性線上設(shè)有三相和電流互感器。針對單相接地故障和相間故障，提出對稱分量法和差分電流法相結(jié)合的保護(hù)策略，過電流保護(hù)作為后備。但這種策略無法檢測三相短路故障，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)通用性不高。 文獻(xiàn) 9提出了一種新的基于電壓擾動量的方法，通過將逆變器接口采集到的三相交流電壓量從 abc 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到 dq 同步坐標(biāo)系下的直流量，并用與參考值的差值DISTV 判斷故障類型，當(dāng)微電網(wǎng)中有故障發(fā)生時，接口電壓將發(fā)生變化， DISTV 的值可能是從零到最大值的擺動量、直流量和擺動量的疊加或是恒定直流量三種形式，由此就可以判定出單相、兩相和三相故障中的哪種故障；并通過和相鄰繼電器的通信比較來判斷故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外。該方法避開了運(yùn)行方式帶來的故障電流差異，但是不適合單相跳閘。 文獻(xiàn) 10使用繼電器監(jiān)測逆變型電源端口輸出的電壓，通過對電壓的離散傅里葉變換和諧波畸變 率分析，判斷故障相和故障位置。實現(xiàn)技術(shù)難點(diǎn)就 是 THD 門檻值的設(shè)定和通信的同步，對包含多個 DG 的微電網(wǎng)實現(xiàn)困難。 文獻(xiàn) 11 設(shè)計了一種新式繼電器用來應(yīng)對微電網(wǎng)孤島下逆變型電源的限流導(dǎo)致的微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下故障電流小的問題。但是這種方法成本過高，而且該裝置目前也在研究階段。 微電網(wǎng)保護(hù)的快速性也是尤為重要的，當(dāng)微網(wǎng)饋線上直接聯(lián)有旋轉(zhuǎn)電機(jī)時，必須保證用戶側(cè)的保護(hù)足夠快速的動作來減少故障電壓跌落的持續(xù)時間，尤其是保證孤島運(yùn)行時的微網(wǎng)在故障清除后穩(wěn)定運(yùn)行。因此，從微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行角度來看，保護(hù)的快速響應(yīng)能力和在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化后的同步能力是十分重要的。 總之，如何能確保微電網(wǎng)內(nèi)的保護(hù)在正常操作和擾動下，可靠不動作；在孤島和聯(lián)網(wǎng)不同運(yùn)行方式下，均對內(nèi)部故障及時作出正確判斷，并且在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時快速感知大電網(wǎng)側(cè)故障，同時能夠保證內(nèi)部保護(hù)的靈敏性、可靠性、選擇性和快速性。配電網(wǎng)中傳統(tǒng)的電壓電流保護(hù)顯然已經(jīng)無法滿足微電網(wǎng)保護(hù)的特殊要求，國內(nèi)外的研究也剛剛起步，還有很多難題沒有攻克，缺少一種行之有效的保護(hù)策略。針對以上情況，本文分析了微電網(wǎng)繼電保護(hù)中應(yīng)調(diào)整的對策 。 最后，分析了微電網(wǎng)主要的保護(hù)情況。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 本文研究主要內(nèi)容 第 一 章概述了微電網(wǎng)技術(shù)的背景和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了微電網(wǎng)保護(hù)的研究現(xiàn)狀，并闡述了