【正文】 綜上可知，當(dāng)故障電流達(dá)到極限之后，分布式電源內(nèi)部的保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作切除。*. 39。 綜上所述，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障 后，采用恒壓恒頻控制 IBDG 出口的正序電壓保持不變，正序電流增大，同時(shí)出現(xiàn)明顯的負(fù)序電流。所以，從系統(tǒng)側(cè)看進(jìn)去， IBDG 出口對(duì)系統(tǒng)零序、負(fù)序電壓相當(dāng)于短路，所以認(rèn)為 IBDG 的零序、負(fù)序內(nèi)阻等于逆變器與系統(tǒng)間的連接電抗 X。但是對(duì)于負(fù)序電流來說，它與 IBDG輸出的正序電壓相乘，計(jì)算得到三相瞬時(shí)功率之和將會(huì)為一個(gè)二倍工頻的波動(dòng)頻率。在分析過程中，常采用對(duì)稱分量法將不對(duì)稱的三相電流和電壓各自分解為三組分別對(duì)稱的正、負(fù)、零序分量，再利用線性電路的迭加原理，對(duì)正、負(fù)、零序分量分別按對(duì)稱三相電路進(jìn)行求解，最后將其結(jié)果進(jìn)行迭加。一般當(dāng)輸出電流達(dá)到所設(shè)極限后，將不再增大。正常運(yùn)行時(shí)， IBDG 出口保護(hù)安裝點(diǎn)的電壓、電流及 IBDG 輸出功率如式（ 25）所示。因此，在研究逆變型分布式電源時(shí)，在模型中可以忽略發(fā)電機(jī)部分的影響而不失一般性。在 該狀態(tài)下，微電網(wǎng)中必須至少有一個(gè) DG 作為主控電源，為整個(gè)獨(dú)立的微電網(wǎng)提供電壓和頻率的參考值，來保證電壓和頻率始終運(yùn)行在一定水平 。 1) PQ 控制 對(duì)于風(fēng)能、太陽能等發(fā)電形式，其輸出功率具有波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，受天氣影響很大。 整 流 器 逆 變 器 濾 波 交 流 母 線U d c 圖 23 交直交逆變型電源并網(wǎng)示意圖 （ 3） 工頻交流電源，如小水電機(jī)組、柴油發(fā)電機(jī)、小風(fēng)機(jī)等。總之，微電網(wǎng)的保護(hù)需要重新配置并且故障電流需要重新計(jì)算和估計(jì)。根據(jù)兩種運(yùn)行模式下的不同的控制方法，為保證微電網(wǎng)的正常運(yùn)行，每個(gè) DG都帶有快速可靠的孤島檢測(cè)技術(shù)也十分重要。 A、 B 兩條饋線當(dāng)大電網(wǎng) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 側(cè)發(fā)生故障時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)斷開后的獨(dú)立運(yùn)行，因此可以滿足對(duì)可調(diào)節(jié)負(fù)荷或敏感負(fù)荷的不間斷本地供電； C饋線上一般連接用電要求不高的非敏感負(fù)荷，通常是由大電網(wǎng)直接供電。微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的連接是由公共耦合點(diǎn) (Point of Common Coupling, PCC)處的分?jǐn)嘣O(shè)備 (通常為一個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān) )來保證一旦大電網(wǎng)故障時(shí)的快速斷開。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 二章 微電網(wǎng)的控制策略及故障特性分析 微網(wǎng)內(nèi)的微源種類多樣，包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)、燃料電池、光伏電池和儲(chǔ)能電容器等，其工作特性也各不相同。 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(shí)，必須保證用戶側(cè)的保護(hù)足夠快速的動(dòng)作來減少故障電壓跌落的持續(xù)時(shí)間，尤其是保證孤島運(yùn)行時(shí)的微網(wǎng)在故障清除后穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)單相接地故障和相間故障，提出對(duì)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。 總之 ， DG 并網(wǎng)給微電網(wǎng)保護(hù)帶來了一系列問題。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(duì)逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(shí)提供冷、熱、電能，加上儲(chǔ)能單元的調(diào)節(jié)控制，對(duì)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(shí)，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(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警能力，對(duì)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)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。 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。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(dòng)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(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，同時(shí)還滿足用戶對(duì)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)。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。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 微電源故障輸出特性和微電網(wǎng)保護(hù)方案初探 摘要 分布式發(fā)電不僅具有環(huán)保、效率高、安裝地因地制宜等優(yōu)點(diǎn)，而且可節(jié)省長(zhǎng)距離輸電線路的投資成本和損耗，保障在大電網(wǎng)發(fā)生意外停電時(shí)，能夠提供基本的能源供應(yīng)。分布式發(fā)電具有靈活性特點(diǎn)，可以在峰谷電價(jià)下啟動(dòng)，減小電費(fèi)支出。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。 1999 年，美國電氣可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì) (CERTS)首次并較完整的將微電網(wǎng)定義為：微電網(wǎng)相對(duì)大電網(wǎng)來說是一個(gè)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。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。 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(gè)分布式電源的引入，潮流雙向流通，使得短路電流的整定計(jì)算變得更加復(fù)雜。由于聯(lián)網(wǎng)時(shí)短路容量大，多個(gè)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。但這種策略無法檢測(cè)三相短路故障，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)通用性不高。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。比如對(duì)于微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池而言，其出力可以人為干預(yù)調(diào)節(jié)，既可以對(duì)有功無功進(jìn)行控制，也可以實(shí)現(xiàn)電壓頻率控制，在微網(wǎng)孤島時(shí)提供網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率支撐，屬于非間歇式微源；而對(duì)于風(fēng)能、太陽能等發(fā)電形式，其輸出具有波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，輸出功率受天氣影響很大。更簡(jiǎn)單的說，微電網(wǎng)可以看做是一個(gè)包含了電源和控制設(shè)施的分布式系統(tǒng)，能量管理系統(tǒng)作為微電網(wǎng)的控制中心，內(nèi)部包含了保護(hù)設(shè)備的配合以及電能質(zhì)量監(jiān)控管理，來保 證微電網(wǎng)的可靠操作以及對(duì)大電網(wǎng)需求的響應(yīng)。 能 量管 理 器ABC微 電 網(wǎng)調(diào) 度變 壓 器P C C微 型 燃 氣 輪 機(jī)可 調(diào) 節(jié) 負(fù) 荷熱 負(fù) 荷敏 感 負(fù) 荷光 伏 電 池潮 流 控 制 器保 護(hù) 協(xié) 調(diào) 器分 隔 器（ 斷 路 器 ）靜 態(tài) 開 關(guān)燃 料 電 池非 敏 感 負(fù) 荷斷 路 器 圖 21 微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 微電網(wǎng)的運(yùn)行方式主要有兩種： 并 網(wǎng)模式和孤島模式。 為保證故障清除后微電網(wǎng)重新穩(wěn)定并入大電網(wǎng)，微電網(wǎng)還需要有再同步技術(shù)。 微電源的分類及控制原理 微電源的分類 微電源是微 網(wǎng)的重要組成部分，它的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是電力電子技術(shù)，各種微電源接入大都是通過逆變器聯(lián)接的，響應(yīng)時(shí)間都在毫秒級(jí)。由于這類電源沒有電力電子接口，采取直接并網(wǎng)方式，不具快速調(diào)節(jié)能力，所以在微電網(wǎng)中較少出現(xiàn)。這類電源一般采用 PQ 控 制策略，即跟蹤目標(biāo)的最大功率輸出，通過并網(wǎng)逆變器控制電流波形和輸出功率，使其向電網(wǎng)輸送的功率與電動(dòng)機(jī)或者光伏陣列所發(fā)出的最大功率相平衡，以保證可再生能源能夠達(dá)到最大的利用率。 V/f 控制方式的實(shí)質(zhì)是不論逆變電源輸出功率如何變化，逆變器輸出的電壓幅值和頻率一直維持不變。以直流 交流的并網(wǎng)方式為例，其模型簡(jiǎn)化如圖 28所示。 ??? ?? ?? IUS ZZIU L oa dL ine3 )(?? （ 25） 當(dāng)線路末端發(fā)生三相金屬性接地故障時(shí)， IBDG 出口電壓、電流及功率關(guān)系如式（ 26）。此時(shí)， IBDG的輸出功率 max3 IUS ??? 將隨著出口電壓的跌落而下降。通常取 A 相作為基準(zhǔn)項(xiàng)，其對(duì)稱分量與三相向 量之間的關(guān)系為： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ??????????????????????????????????????????????????????...22.0.2.1.0.2.11111131cbaaaaFFFaaaaFFFFFF ???????????????????????????????????????0.2.1.22...11111FFFaaaaFFFcba （ 28） 式中 ?120jea? ， 并且 01 2 ??? aa ， 13?a ；正序分量 .1F 的三相幅值分別相等，相位彼此之間相差 32? ，相序?yàn)轫槙r(shí)針方向；負(fù)序分量 .2F 的三相幅值也相等，相位彼此之間相差 32? ，相序與正序恰好相 反；零序分量 .0F 的三相幅值相等，相位相同。它會(huì)影響到 IBDG 有限容量的直流電容電壓，會(huì)使直流側(cè)電壓產(chǎn)生一個(gè)二倍工頻的擾動(dòng)，該結(jié)論在眾多文獻(xiàn)中得到推導(dǎo)和論證 12，并且有文 獻(xiàn)進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 13。 以兩相相間短路為例，如圖 210所示的三相電路中，當(dāng) k 點(diǎn)發(fā)生兩相相間短路時(shí)，相對(duì)應(yīng)的序網(wǎng)絡(luò)等值電路如圖 211 所示， .1U 為相間短路時(shí) IBDG 出口處的正序等效電動(dòng)勢(shì)。由于 IBDG本身結(jié)構(gòu)的關(guān)系，其零、負(fù)序電壓不明顯。239。因此在后續(xù)分析中，僅考慮該控制下的 IBDG 為一恒功率源。， IBDG 對(duì)外表現(xiàn)出一恒定電流源。 .39。然而，相較于線路阻抗 LineZ 及負(fù)荷等效阻抗 LoadZ ， IBDG的連接電抗 X很小，因此當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱短路故障后 IBDG 出口采集到的負(fù)序電壓也很?。▽?duì)于其它類型的不對(duì)稱短路故障，零序電壓也有相同的結(jié)論）。 基于以上分析表明，在不對(duì)稱短路故障下，研究 IBDG 的輸出特性，可以忽略其輸 出電壓中的負(fù)序分量和三倍頻量的影響，將其近似等效為只包含基頻正序量的電壓源。零序電流與 IBDG 輸出的正序電壓相乘得到的三相瞬時(shí)功率和為零，所以它對(duì)直流側(cè)電壓沒有影響。 2