【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 微電網(wǎng)的引入，對(duì)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。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(dòng)作，網(wǎng)內(nèi)故障時(shí)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)。 1) 美國(guó)微電網(wǎng)的研究 美國(guó)是最早提出微電網(wǎng)概念的國(guó)家。微電網(wǎng)內(nèi)部由微電源和負(fù) 荷組成，可以同時(shí)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(duì)等”控制思路和設(shè)計(jì)方案，這成為了微電網(wǎng)概念中最早和最權(quán)威的概念。 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(chǔ)能裝置 的；使用一次能源，經(jīng)過電力電子器件對(duì)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。目前，在多國(guó)建設(shè)的不同規(guī)模的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上已經(jīng)對(duì)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(yàn)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。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。他們對(duì)微電網(wǎng)的研究方向主要設(shè)在對(duì)電能需求多樣化方面、能源利用率以及環(huán)保方面。 4) 微電網(wǎng)在我國(guó)的研究和發(fā)展 結(jié)合我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，參考國(guó)外微電網(wǎng)定義的特點(diǎn) ，我國(guó)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(duì)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(shí)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(duì)大電網(wǎng)表現(xiàn)為一個(gè)可控的整體單元，可以平滑實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)、孤島的切換。廣州、內(nèi)蒙古、北京等地已經(jīng)通過引入國(guó)外技術(shù)建成了近 10 座微網(wǎng)示范系統(tǒng) 。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(guó)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 。微電源之間的距離可能很短，區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障時(shí)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) 4利用動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的影響并不十分明顯。文獻(xiàn) 6通過仿真驗(yàn)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(duì)微電網(wǎng)保護(hù)的特殊性。 總之 ， DG 并網(wǎng)給微電網(wǎng)保護(hù)帶來了一系列問題。因此，人們開始探索其它保護(hù)技術(shù)。 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(shí)的輸出電流。 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。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。 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，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(shí)，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(dòng)量、直流量和擺動(dòng)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。 文獻(xiàn) 10使用繼電器監(jiān)測(cè)逆變型電源端口輸出的電壓，通過對(duì)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。 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。 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。 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。針對(duì)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(duì)策 。 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。 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 9 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。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。 微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 從結(jié)構(gòu)上看，微電網(wǎng)是一個(gè)帶有多個(gè)負(fù)載及 DG 的微型電力系統(tǒng)，通過一個(gè)能量管理系統(tǒng)、靈活交流輸電系統(tǒng)控制裝置 (例如，功率潮流控制器，電壓控制器等 )以及保護(hù)裝置構(gòu)成。它可以被連接到一個(gè)低壓或者中壓的配電網(wǎng)中。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。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。加裝了蓄電池的燃料電池可以產(chǎn)生可控的輸出功率來滿足大電網(wǎng)或者負(fù)荷切換瞬間的需求。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。 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(yè) 第 10 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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。 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)生可控的無功功率。微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)可以單獨(dú)控制每一個(gè) DG的有功和無功參考值，例如光伏和風(fēng)力發(fā)電之類的 DG也可以由 MPPT 跟蹤控制輸出最大的功率。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)。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。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。 最后，保護(hù)是微電網(wǎng)另一個(gè)十分重要的問題 。 （ 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)?？傊㈦娋W(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)?？刂品绞郊瓤梢砸揽勘镜匦畔?，也可以借助于通信手段。 （ 1） 直流電源，如燃料電池、光伏電池、直流風(fēng)機(jī)等。 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 。 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。 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 。其中， 1L 、 1C 、1R 為濾波器參數(shù)， 3R 、 3L 為線路參數(shù)， 1u 為逆變器的輸出電壓， 2u 為負(fù)載的端電壓，1i 為流過電感 1L 的電流， 2i 為電容 1C 中流過的電流， 3i 為流向負(fù)載和電網(wǎng)的電流之和。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。 1) PQ控制 對(duì)于風(fēng)能、太陽(yáng)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。 下面就說明一下 PQ 控制的原理： PQ控制是通過有功和無功電流的調(diào)節(jié)，令其跟蹤參考電流而實(shí)現(xiàn)。 逆變器輸出電流 i， 經(jīng)過 dq 變換后得 d軸和 q軸電流分別是 di 、 qi 。 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。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)