【正文】 生閥觸發(fā)脈沖。 P Q 計(jì) 算P IP IP IP I d q a b c三 角 載 波P W M d q a b cP IP I+EE r e fi di qQ r e f+Q+Pi d r e fi q r e f++v dv q電 壓輸 出e a e b e ci a i b i c+ff r e f 圖 27 典型 V/f 控制器結(jié)構(gòu) 逆變型分布式電源的 故障輸出 特性 分析 逆變型分布式電源的模型簡化 通常，在 IBDG 逆變器前的直流母線上都接有電容，該電容在暫態(tài)時(shí)可以提供電能，相當(dāng)于同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸提供的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能維持暫態(tài)能量平衡。等效阻抗 fZ 越小，出口電壓越小，電流越 大。通常情況下，由 于 IBDG直流側(cè)并聯(lián)的電容容量有限，不對稱電流的流過會(huì)對直流側(cè)的電壓產(chǎn)生影響。 同時(shí)， IBDG 出口保護(hù)安裝點(diǎn)的負(fù)序電壓為： L oa dL oa dL i neL i neL i neL oa d ZjXZZZjXZ UjXZjXIU ?????? ?????? 222 2 122 ??? （ 216） 由于 IBDG 的逆變器出口對負(fù)序電壓短路，保護(hù)安裝點(diǎn)采集到的負(fù)序電壓是負(fù)序電流在連接電抗 X上的壓降。 （ 2）當(dāng)輸出電流達(dá)到 IBDG 設(shè)定電流極限時(shí)滿足：fZIU ?? max39。. 33 IUZIS L in e ?? （ 218） 可知，因?yàn)楣收?后的系統(tǒng)阻抗 由 （ LoadLine ZZ ? ）減小為 LineZ ， PQ 控制下的 IBDG將增大輸出電流 I為 I? 來保 持輸出功率不變，同時(shí)，出口電壓 U降低為 U? 。 I B D GLoa dZkAI? kBI? kCI?L ineZkkAU? kBU? kCU? 圖 210 BC 相間短路電路圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ +jXeqE? 1kU? 1Lin eZ 1L o a dZk+1U?1I 1kI? 1LI? jX 2kU? 2L i neZ 2L oa dZk+2U?2I? 2kI? 2LI? jX 0kU? 0L i neZ 0L oa dZk+0U?0I 0kI? 0LI? 圖 211 序網(wǎng)絡(luò)等效電路圖 BC 相間短路的邊界條件為 ?????????kCkBkCkBkAUUIII?????00 （ 212） 將式 (212)代入式 (28)，可以得到用序分量表示的短路邊界條件為： ?????????2121000kkkkkUUIII????? （ 213） 由上式可以看出，兩相相間短路時(shí)，沒有零序網(wǎng)絡(luò)，滿足此邊界條件的復(fù)合序網(wǎng)如圖 212所示。 在正常運(yùn)行的情況下，由于 IBDG 控制器中的 PWM 控制脈沖的發(fā)生是按對稱方式發(fā)送的，它產(chǎn)生波形的幅值和直流側(cè)的電容電壓有關(guān)。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ??? ???? ??? IUS ZIU Line3?? （ 26） 可見，由于故障后系統(tǒng)阻抗由（ LineLoad ZZ ? ）減小至 LineZ ，采用恒壓恒頻控制的IBDG 為了保證出口母線電壓 U 不變將增大輸出電流 至 I，其輸出功率也會(huì)隨電流的增大而上升至 S?。但由于孤島容量有限，一旦出現(xiàn)功率缺額，必須要切除次要負(fù)荷才能保證重要負(fù)荷繼續(xù)工作。 后文中將以上前兩種電源統(tǒng)稱為逆變器接口的分布式電源(InverterInterfaced Distributed Generators)，簡稱 IBDG 。由于孤島模式下微電網(wǎng)側(cè)的 PCC 終端電壓幅值，頻率和相角，可能與大電網(wǎng)側(cè)的終端值不同。微電網(wǎng)的另一個(gè)特點(diǎn)是該分布式的網(wǎng)絡(luò)可以連接為一個(gè)環(huán)網(wǎng)，來提高系統(tǒng)的可靠性。 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(dòng)下，可靠不動(dòng)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(shí)作出正確判斷，并且在聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)快速感知大電網(wǎng)側(cè)故障，同時(shí)能夠保證內(nèi)部保護(hù)的靈敏性、可靠性、選擇性和快速性。因此，人們開始探索其它保護(hù)技術(shù)。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。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(chǔ)裝置，如飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)、超級電容等。然而，分布式發(fā)電的隨機(jī)性、小容量、小慣性、低過載能力等缺點(diǎn)，以及分布式發(fā)電接入對大電網(wǎng)的影響等諸多因素都制約著分布式發(fā)電技術(shù)的推廣和實(shí)用 ， 微電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)就是為了解決這些難題 。 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(shí)現(xiàn) DG 的效益和價(jià)值。 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)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(dòng)都可能會(huì)出現(xiàn)較長的暫態(tài)過程。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) 的基本 結(jié)構(gòu)如圖 21所示，它包含的分布式電源包括光伏發(fā)電、微汽輪機(jī)以及燃料電池系統(tǒng)，連接在 A、 B 饋線中。第三，所有 DG必須同步并提供微電網(wǎng)的頻率控制。其并網(wǎng)方式如圖 23所示。 2) V/f 控制 通常 V/f 控制方式用于微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)的逆變電源。 1) 三相短路故障 當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生三相短路故障時(shí)，由于各相對稱，因此可簡化為單相電路進(jìn)行分析。 2) 不對稱故障 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路、兩相相間短路或兩相短路接地等類型的不對稱故障時(shí)，由于系統(tǒng)的對稱性受到破壞，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)不對稱的電流和電壓。 基于以上分析表明，在不對稱短路故障下，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。 .39。因此在后續(xù)分析中，僅考慮該控制下的 IBDG 為一恒功率源。由于 IBDG本身結(jié)構(gòu)的關(guān)系，其零、負(fù)序電壓不明顯。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。此時(shí)， IBDG的輸出功率 max3 IUS ??? 將隨著出口電壓的跌落而下降。以直流 交流的并網(wǎng)方式為例，其模型簡化如圖 28所示。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。 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。 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。比如對于微型燃?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。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。 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。 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。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。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。 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。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(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 。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。 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。 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。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)。 1) PQ 控制 對于風(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。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