【正文】 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。 相 位 控 制幅 值 控 制P W M 控 制幅 值 基 準(zhǔn)相 位 基 準(zhǔn)觸 發(fā) 脈 沖逆 變 橋 圖 25 逆變器的控制方案 逆變型分布式電源的控制方法 常見的微電源接口逆變器控制方法有恒功率 (PQ)控制和恒壓恒頻 (V/f)控制。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ S 1V d c3 8 0 V電 網(wǎng)S 3 S 5S 4 S 6 S 2u 1 au 1 bu 1 ci 2 au 2 ai 1 bi 1 ci 2 b i 2 ci 3 ai 3 bi 3 cu 2 bu 2 cL 1R 1C 1R 2L 2R 3 L 3i 1 a 圖 24 三相逆變器并網(wǎng)拓?fù)潆娐? 典型逆變器的控制方案如圖 25 所示，兩個級聯(lián)的控 制回路分別為相位控制和幅值控制。 逆變型分布式電源的工作原理 如圖 24 所示為三相電壓型逆變器的并網(wǎng)拓?fù)潆娐罚嗄孀兤鲗⒌刃Ш蟮奈㈦娫粗绷鬏敵鲭妷?dcV 逆變?yōu)槿嘟涣麟?，?jīng)過 LC 濾波后輸送到負(fù)荷端。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)。其并網(wǎng)方式如圖 23所示。其并網(wǎng)方式如圖 22 所示。這些微電源按照并網(wǎng)方式的不同可以分為三大類 。 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)時間都在毫秒級。 （ 3） 傳統(tǒng)的保護(hù)由于分布式電源的接入受到嚴(yán)重的影響，每個 DG 都可能增加故障電流大小。無論是大電網(wǎng)側(cè)或是微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障，微電網(wǎng)都需要能夠快速響應(yīng)于新的保護(hù)方案以及配合方法，這是因為： （ 1） 傳統(tǒng)的分布式系統(tǒng)保護(hù)可能由于微電網(wǎng)的放射狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而退出。所以，在閉合開關(guān)前就需要采用再同步技術(shù)，再同步技術(shù)是為了保證重新聯(lián)網(wǎng)時的平滑過渡。 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)。第三，所有 DG必須同步并提供微電網(wǎng)的頻率控制。另一個運(yùn)行模式是孤島運(yùn)行，它是在微電網(wǎng)從大電網(wǎng)斷開后 (例如，當(dāng)大電網(wǎng)斷電時 )持續(xù)為本地負(fù)荷提供電能的運(yùn)行方式 ， 保證孤島能穩(wěn)定運(yùn)行，其內(nèi)部 DG的控制需要滿足以下三個需求：第一，所有 DG 供能總和應(yīng)能滿足網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需要，由此可以避免 DG 間通過容量大小分 擔(dān)負(fù)荷而造成的設(shè)備損壞。這樣能夠降低線路損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。 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?？傊?，微電網(wǎng)為能源的最佳利用提供了機(jī)會，可以根據(jù)不同的地區(qū)環(huán)境和不同的負(fù)荷需要合理的配置不同的發(fā)電單元以全面提高電能和熱能的使用效率 。風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電通常有來自風(fēng)機(jī)和太陽能電池板的最大功率跟蹤 (Maximum Point of Power Tracking, MPPT)。由 于 DG 更接近負(fù)荷，燃料電池及微汽輪機(jī)之類的電源就可以作為熱電聯(lián)產(chǎn)的電源來提高能源的利用率。更簡單的說，微電網(wǎng)可以看做是一個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)的可靠操作以及對大電網(wǎng)需求的響應(yīng)。 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。微電網(wǎng)自身可以是直流或者交流網(wǎng)絡(luò)，交流 微電網(wǎng)可以是一個單相或是三相的系統(tǒng)。本章首先詳細(xì)介紹微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點和微電源的分類，針對微電網(wǎng)中通常采用的逆變型分布式電源的工作原理和特點不同，區(qū)分采用不同的控制策略，進(jìn)而搭建微電網(wǎng)的模型 ，對不同控制策略下的逆變型分布式電源的故障進(jìn)行理論分析 。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，也可以實現(xiàn)電壓頻率控制，在微網(wǎng)孤島時提供網(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，其輸出具有波動性和間歇性特點，輸出功率受天氣影響很大。 第二章介紹了微電源的分類， 著重介紹了逆變型分布式電源接口逆變器的控制策略 ，并 分別針對恒壓恒頻控制和恒功率控制這兩種逆變器控制策略下的分布式電源的故障輸出特性進(jìn)行了理論分析 第三章 用 MATLAB 軟件分別搭建微電網(wǎng)仿真模型，并用仿真算例驗證了控制策略的 正確性， 研究了在故障電流達(dá)到故障限流之前逆變型分布式電源端口的輸出特性，并仿真給出了相應(yīng)的特征量變化 第四章基于以上理論分析及仿真結(jié)果，提出具體的微電網(wǎng)保護(hù)方案。 最后，分析了微電網(wǎng)主要的保護(hù)情況。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。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。但是這種方法成本過高，而且該裝置目前也在研究階段。實現(xiàn)技術(shù)難點就 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。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。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。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。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。由于聯(lián)網(wǎng)時短路容量大，多個DG 接入點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。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。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) 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。 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。國家 863 和 973項目中都開設(shè)了微電網(wǎng)研究課題。目前日本政府已經(jīng)與國家重點科研室、 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。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。 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。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。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。 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。 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Ｍ瑫r，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。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。 分布式發(fā)電雖然具有很多優(yōu)點，但是本身也存在許多缺點，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。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，從而彌補(bǔ)了大電網(wǎng)在穩(wěn)定性與安全性方面的不足。分布式發(fā)電具有靈活性特點，可以在峰谷電價下啟動，減小電費(fèi)支出。 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。 關(guān)鍵詞 ： 逆變型 分布式電源， 故障輸出特性 ，微電網(wǎng)， 仿真 ，保護(hù) 方案 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 46 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ABSTRACT The Distributed Generation（ DG） is ecofriendly, high efficiency and has advantage in installation location of localization. Moreover, it can reduce the transmission and distribution line loss, lower the operation cost, guarantee basic energy supply when th