【正文】 2) 不對(duì)稱故障 對(duì)于恒功率控制 IBDG 的不對(duì)稱短路故障分析，仍采用 節(jié)的結(jié)論，認(rèn)為三相對(duì) 稱調(diào)制控制的電壓源型逆變器是一個(gè)只含有基頻正序量的電壓源。 （ 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 Lin 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? 。 )(3 2. L oa dL ine ZZIjQPS ???? （ 217） 線路末端有三相金屬性接地故障發(fā)生時(shí)，逆變器出口端的電壓、電流和功率之間的關(guān)系如式 (218)。 恒功率控制下 IBDG 的故障輸出特性分析 由于恒功率控制與恒壓恒頻控制不同，其目的是使 IBDG 輸出的恒定的有功功率和無(wú)功功率，不能夠維持系統(tǒng)的電壓和頻率，因此在孤島運(yùn)行下，恒功率控制的 IBDG 不能單獨(dú)帶負(fù)荷運(yùn)行，需要恒壓恒頻控制的 IBDG 配合為系統(tǒng)供電。 同時(shí)， IBDG 出口保護(hù)安裝點(diǎn)的負(fù)序電壓為： L o a dL o a dL i n eL i n eL i n eL o a d ZjXZZZjXZ UjXZjXIU ?????? ?????? 222 2 122 ??? （ 216） 由于 IBDG 的逆變器出口對(duì)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。 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(yè) 第 19 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。實(shí)際的運(yùn)用中，通常采用硬件和軟件兩種方式來減小直流側(cè)電容電壓的波動(dòng)：在控制環(huán)節(jié)中加入低通濾波器，在功率控制環(huán)中采用積分平均值的算法，都能夠有效的抑制二倍頻波動(dòng)電壓的幅值，減少 IBDG 輸出的負(fù)序和三次諧波分量，使其幅值的數(shù)量級(jí)與高次諧波接近。 直流側(cè)電容電壓在考慮電容電壓二倍頻波動(dòng)后表示為： )2(2 ????? wtUUU mdcC （ 210） 式中 dcU 為電容的直流分量， mU2 為二倍頻擾動(dòng)的電壓幅值， ? 為初相角。通常情況下，由 于 IBDG 直流側(cè)并聯(lián)的電容容量有限，不對(duì)稱電流的流過會(huì)對(duì)直流側(cè)的電壓產(chǎn)生影響。 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(duì)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)。因此，在后續(xù)分析中，將主要針對(duì)第(1)段故障特性，假定恒壓恒頻控制的 IBDG 為一恒壓源。 綜上所述，當(dāng)發(fā)生三相金屬性接地故障時(shí)，恒壓恒頻控制下 IBDG 的故障特性隨著故障嚴(yán)重程度的不同，可以分為三段定量關(guān)系： （ 1） 在輸出視在功率達(dá)到極限之前滿足： )(3 m a xm a x IISUIS ??? ， IBDG 表現(xiàn)為一恒壓恒頻電源，輸出功率隨電流的增大而增大。等效阻抗 fZ 越小，出口電壓越小，電流越 大。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁(yè) 第 16 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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?。 逆 變 器 出 口sU?XU? I?L o a dL o a dL o a d jXRZ ??L i n eL i n eL i n e jXRZ ??I B D G 圖 29 IBDG 故障分析等效電路 圖 29中， sU 為逆變器出口電壓， U、 I 為保護(hù)安裝點(diǎn)電壓和電流， X、 LineZ 和 LoadZ分別為連接電抗、輸電線路和負(fù)載的等效阻抗。該圖顯示了發(fā)電機(jī)、直流升壓模塊可以用一個(gè)直流電壓源進(jìn)行取代。 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(jiǎn)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。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。 P i r e fQ i r e fP I 1a b c / d q 0V f a b cww Lw La b c / d q 0 1 / ( L s + R )a b c / d q 0wV i dV i qI f qI f dV f a b cV a b cI f a b c+++++++P I 圖 26 逆變器 PQ 控制圖 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁(yè) 第 14 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ PQ 控制方式適用于微電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式，當(dāng)微電網(wǎng)斷 開 PCC開關(guān)運(yùn)行時(shí)， PQ 控制下的微電源不能維持電壓頻率的穩(wěn)定，系統(tǒng)將會(huì)瓦解。 下面就說明一下 PQ 控制的原理： PQ控制是通過有功和無(wú)功電流的調(diào)節(jié)，令其跟蹤參考電流而實(shí)現(xiàn)。它們將現(xiàn)場(chǎng)采集信息和控制信號(hào)作為輸入，根據(jù)相應(yīng)的控制策略，為 PWM控制提供輸入，以此來使逆變橋產(chǎn)生閥觸發(fā)脈沖。 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(jiǎn)稱 IBDG 。 直 流 升 壓 逆 變 器 濾 波 交 流 母 線U d c 圖 22 直流逆變型電源并網(wǎng)示意圖 （ 2） 交直交電源，如微型燃?xì)廨啓C(jī)、變速恒頻風(fēng)機(jī)等某些發(fā)電形式雖為交流，但不為工頻或不恒為工頻的微源 ?？刂品绞郊瓤梢砸揽勘镜匦畔?，也可以借助于通信手段。 （ 2） 電力電子器件在 DG 中的使用，限流幅值通常只有額定電流的 23 倍，傳統(tǒng) 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁(yè) 第 11 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的過電流保護(hù)方法不再適合于微電網(wǎng)。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。第二，有 DG能夠采用電壓控制來保證所有線路電壓值在范圍內(nèi)。 并 網(wǎng)時(shí)， DG 的 主要功能是提供電能并提供本地電壓和功率支撐，由于電力電子元件的使用， DG 還能產(chǎn)生可控的無(wú)功功率。同樣，加裝了儲(chǔ)能單元的風(fēng)機(jī)和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能夠產(chǎn)生可控的輸出功率來滿足發(fā)電和負(fù)荷的需 要。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。它可以被連接到一個(gè)低壓或者中壓的配電網(wǎng)中。這類電源一般采用恒功率控制策略，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。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 46 頁(yè) 第 8 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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，并闡述了本課題的研究意義。 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(duì)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。 文獻(xiàn) 11 設(shè)計(jì)了一種新式繼電器用來應(yīng)對(duì)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。 文獻(xiàn) 9提出了一種新的基于電壓擾動(dòng)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，