微电网故障特性分析及孤岛时馈线保护方案研究

分布式电源在孤岛运行状态下,一旦发生故障,因输出电流受限,传统的过电流保护不再适用于微电网。针对这一问题,本文选择辐射形微电网开展研究,利用PSCAD/EMTDC软件搭建微电网模型,对微电网在并网和孤岛状态下的故障特性分别进行仿真分析,在此基础上提出过电流保护与负序过电流保护相结合的方案,并对其保护原理及配置进行说明。经分析,该保护方案能够满足微电网孤岛运行时馈线对保护的要求。     

一种用于交直流混联微电网的故障检测系统及检测方法

微电网从运行模式上分为并网运行和孤岛运行,当微电网并网运行时,必定会引起配电网电流大小、方向和分布发生变化,继而对配电网继电保护带来不利影响,可能引发原有保护的误动、拒动和灵敏度降低。在微电网孤岛运行时,微电网的运行条件和运行拓扑会根据运行场景需求从而产生的变化、部分分布式电源具备电流双向流动的特性,这使得在同一个故障点的故障电流在不同的运行场景下短路电流差异很大,从而使得传统基于定值整定的保护方案失效。交直流混联微电网包含交流微电网和直流微电网,交流和直流微电网间能量的多向流动及运行策略的多样性导致的能源多向流动,使得交直流混联微电网的网络结构和分布式电源的运行模式种类繁多,保护方案及保护配置变成了不可能完成的任务,现有技术中保护方案复杂、严重依赖于微电网的网络结构和分布式电源的运行模式等问题。     

基于故障分量的孤岛微电网保护

微电网孤岛运行时的故障特性与并网情况有所区别,且与微电源的控制策略紧密联系,因而需要对孤岛微电网的保护进行具体的研究。根据U/f控制及PQ控制微电源在故障穿越下的故障模型,分析了不同故障类型时的输出电流特性,并对微电网中不同线路故障时各母线及馈线的相位特征进行分析,提出利用母线正序电压故障分量和各馈线正序电流故障分量的相位特征实现故障定位的孤岛微电网保护方案。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了仿真模型,结果验证了该保护原理的正确性。     

基于电流行波的微电网保护策略

针对微电网的故障电流小、潮流双向性等特性,提出了适合微电网的保护策略并进行了仿真。传统的基于过电流的电网保护技术对于微电网的保护受到一定限制,因而需要对新的技术进行探索。在对这些因素分析的基础上,提出了微电网的保护策略:通过小波变换对电流行波进行分析判断故障位置,母线电压确定故障发生与否及扰动电压判断故障类型。利用SVPWM控制原理在Matlab/Simulink中使用SimPowerSystems搭建微电网的模型,并对孤岛运行模式下微电网不同的故障类型进行仿真分析,仿真结果表明所提出的保护策略在孤岛运行的方式下是有效的。     

微电网保护系统的设计与实现

微电网中存在多个分布式电源,将会导致传统的阶段式过电流保护无法正常工作。为解决微电网中的继电保护问题,设计了一种以工业控制计算机为核心的实验室微电网保护系统。该系统利用数据采集卡快速地完成数据采集,并根据故障后电压参数的变化以及故障方向等情况,对故障类型及故障区域进行判断,切除故障,对并网运行和孤岛运行模式下发生短路故障的微电网都能起到保护的作用。以实验室微电网为例对微电网保护算法做了简要说明,并阐述保护系统的硬件结构和软件流程,分析保护系统的可行性。     

基于小波变换的微网暂态极性比较保护原理及实现

微电网具有分布式电源运行灵活多变、并网和孤岛方式故障特征差异大的特点,实现满足速动性和选择性要求的微电网保护是微电网技术难点之一。为了实现快速、准确的故障定位和隔离,文中提出了适应并网和孤岛不同运行方式的微网暂态极性比较保护。在研究采用小波变换Mallat算法实现暂态高频信号逐级抽取方法的基础上,依据暂态信号比较提出了微网暂态极性比较保护原理和算法,并重点对微网暂态极性比较保护装置的实现方案进行了设计,最后采用Matlab软件对微网暂态极性比较保护原理进行了仿真验证。     

一种微电网并/离网运行模式统一控制策略

微电网在并网和孤岛两种运行模式切换过程中,需要改变控制结构,容易造成电压和电流突变,影响系统稳定运行。为此,提出了一种微电网并/离网统一控制策略,将分布式电源(distributed generator,DG)控制为电流控制电压源(current controlled voltage source,CCVS),同时适用于并网、孤岛两种模式,模式切换过程中无需孤岛检测和控制策略切换,能较好地解决微电网无缝切换问题,并且保证并网时DG恒功率输出,孤岛运行时频率、电压稳定,负荷功率均分。仿真结果验证了该控制策略的有效性。     

基于故障分量的微电网保护适用性

微电网具有潮流双向流动、并网孤岛运行时故障电流差别大以及拓扑结构灵活多变的特点,给微电网的保护带来了很大的挑战。基于故障分量原理的保护相较于其余的保护方法具有明显的优势,但微电网中的大多数微电源经逆变器接入电网,其故障特性主要受控制策略影响,不同于传统的同步发电机,现有的故障分量分析方法已不再适用。因此,分析故障分量保护在含逆变型分布式电源(IIDG)的微电网中的适用性十分必要。文中主要针对IIDG在恒功率控制策略下的等效模型,建立含多个IIDG的微电网故障附加网络,比较同一母线上的故障线路与其余馈线的正序电流故障分量,从幅值和相位两个角度对故障分量原理进行了分析,并在PSCAD软件中对微电网模型进行了仿真,验证了分析的正确性。     

基于双电流差动保护的微电网保护新方案

微电网在电网发生故障时对系统起到支撑的作用,微电网接入大电网,确保其正常运行的保护与控制措施是研究的难点。由于微电网既要能够并网运行,也要孤岛运行;同时既要充当电源的角色,也要充当能够调度的负荷角色,所以其保护措施很复杂。在研究电流差动保护的基础上,提出了双电流差动保护,通过对多点信息的采集,获取多个电流差动保护的信号,之后综合判断作出分闸输出。故障发生后能够迅速判断故障位置,当保护发生拒动作时,能够作为后备保护切除故障。同时通过PSCAD仿真一个微电网模型,验证了方案的正确性与可行性。     

微电网多层级协同反时限保护方案

微电网由大量分布式电源组成,且具有灵活、复杂的运行方式,传统配电网保护难以满足其对可靠性与稳定性的要求.基于微电网的拓扑结构和故障特性,该文设计并提出微电网多层级协同反时限保护方案.该方案将微电网保护区域按故障影响扩散分为中心层、区域层和系统层,提出基于正序电流相量的反时限差动电流保护,通过差动电流确定故障线路分段,并利用差动电流的反时限特性计算保护动作时间,按故障严重程度确定动作时间,以此为基础,研究微电网多层级协同保护算法.为降低非周期分量对保护相量的影响,提出反时限差动电流保护的相量计算改进算法.该文所提保护方案实现了多层级协同配合切除故障,提高了微电网保护的故障区域判别与快速动作能力,且在并网和孤岛两种运行方式具有自适应配置能力.利用PSCAD/EMTDC进行仿真分析,验证了保护方案的有效性和可靠性.     

应用于微电网的并网逆变器虚拟阻抗控制技术综述

微电网是由分布式电源、储能装置和负荷等组成的统一整体,随着分布式电源渗透率的不断提高,微电网的应用越发广泛。在实际运行中,微电网中通常会出现并联逆变器功率分配不均、谐波污染、串并联谐振、故障电流和励磁涌流过大等问题。虚拟阻抗技术能够改变并网逆变器的阻抗特性,对于上述问题的解决效果颇佳,而且实现简单,因此具有广泛的应用前景。全面综述了虚拟阻抗的应用场景和相应的实现方法,并结合自适应虚拟阻抗这一现阶段的研究热点,探讨了未来的研究趋势和可能遇到的关键问题。     

微电网保护研究综述

微电网的保护是微电网大规模发展过程中需要解决的关键问题之一。由于微电网存在孤岛运行模式以及分布式电源的大量接入,导致其故障电流的特征不明显,使得配电网中传统的保护策略存在拒动或者误动的情况,国内外研究人员针对此问题展开广泛研究。总结并分析了近年来微电网保护领域内的研究成果,首先梳理出微电网保护需要克服的难点和关键技术,然后将相关文献中采用的微电网保护方法分成七类,分别归纳了差动保护、过流保护、距离保护、自适应保护、基于电压量的保护、基于智能算法的保护以及故障电流补偿方法的技术特点和适用性。最后,在结论部分给出了微电网保护技术的主要特点和未来发展趋势,为其后续研究和应用提供参考。     

基于变流器控制策略的微电网故障特性仿真研究

微电网中分布式电源(Distributed Generators, DG)变流器的控制策略不同,可能导致不同的故障特征,进而影响保护的配置。为此,对DG变流器的下垂控制策略和虚拟同步机(VirtualSynchronousGenerator,VSG)控制策略的特性进行比较分析。并针对一种简化的微电网等效模型,用Matlab/Simulink分别对各种条件下的故障特性进行仿真研究。对仿真结果进行比较表明,DG采取不同的控制策略时,微电网故障时在短路电流幅值变化、暂态过电压持续时间、故障后系统保持稳定等方面均有不同特点。研究结果可为微电网的保护配置提供相应的参考。     

串联结构多微网并离网模式切换控制策略

相邻区域内的微电网因互联互供所需可组成多微网系统。在研究单微网的锁相环控制、联络线功率和相位调节的基础上,针对串联结构多微网的结构特点,提出一种多微网并/离网模式切换控制策略。对于离转并模式切换,在不同初始相角和储能频率参考值的情况下,计算相应的离转并切换时间。对于并转离模式切换,根据主动和被动并转离两种情况,对子微网储能输出功率和联络线功率进行调节。仿真结果验证了该控制策略可实现串联结构多微网并/离网模式快速切换。     

光伏并网系统故障二次谐波产生机理及其对变压器保护的影响

光伏发电系统通过逆变器矢量控制并网,其短路暂态特性异于传统电源。电网发生故障时,光伏系统输出电流中可能含有二次谐波,接入弱电网时二次谐波的影响不可忽略。以光伏并网发电系统对称故障条件为例,首先分析基于锁相环的三相并网逆变器单频率输入双频率输出的现象产生机理。其次在综合考虑并网控制及系统低电压穿越策略切换的影响基础上,分析故障暂态过程中电流二次谐波产生机理并推导二次谐波解析表达式。指出在变压器区内故障时光伏并网系统产生的二次谐波可能威胁变压器差动保护的可靠性。最后基于PSCAD/EMTDC仿真验证理论分析的正确性,为后续光伏发电系统接入后的电网继电保护适应性分析提供参考。     

面向多能互补微网的故障辨识与继电保护算法

由于含有多种具有互补特性的分布式电源,多能互补微电网在能源综合利用、供电可靠性和运行经济性方面具有明显的优势。然而与传统配电网相比,各类分布式电源的并入导致微电网拓扑结构和运行方式变得更为复杂,并网和离网运行对应的故障特性存在差异,使得传统继电保护方案难以满足此类微电网保护的要求。针对这一问题,首先围绕传统继电保方案的不足展开讨论,分析微电网网内故障特点,继而提出一种适用于微电网的改进故障辨识算法,以实现对网内故障的快速准确辨识。综合考虑多能互补微网继电保护的需求,结合改进故障辨识算法,将改进电流差动保护与广域自适应电流速断保护相结合,提出一种适用于微电网分布式电源上下游线路的综合继电保护算法,在缩小故障影响范围的基础上,提高保护响应速度并降低保护拒动的概率。最后,利用RT-LAB实时仿真系统构建含风、光、储、微型燃气轮机等分布式电源在内的多能互补微网模型,通过网内模拟不同类型故障,验证了所提故障辨识和继电保算法的有效性。     

考虑交互功率与可再生能源功率波动的微电网调度优化模型

电动汽车的发展普及与V2G (Vehicle to Grid)思想的提出,对微电网系统的经济、安全运行带来了新的挑战,如何合理调度电动汽车有序充放电,促进微电网的经济、平稳运行成为当下的研究热点。针对含电动汽车的风光储并网型微电网环境,构建了最小化微电网与外部电网交互功率和平抑可再生能源功率波动的多目标调度优化模型。通过对某商业区域微电网运行算例的仿真求解,从微电网运行经济效益、日交互电量以及出力功率平均变化量等方面验证了所建模型的合理性和正确性。算例结果表明,以微电网为平台集成利用具有一定出行规律的电动汽车与可再生能源是一种理想的协同利用模式,既可以提高微电网运行的经济效益,又能有效改善微电网的交互功率和出力波动。     

基于分时电价机制的并网型微网多目标动态优化调度

针对并网条件下的微网优化调度问题,提出一种基于分时电价机制下的储能单元固定调度策略与可控微源动态优化调度相结合的微网运行调度方法。考虑系统功率平衡、失荷率及各种微源出力特性等主要约束,将储能蓄电池充放电折旧成本和与电网能量交换成本-收益计入运行经济成本,微网及电网侧发电污染物排放计入环境成本,建立了并网型微网多目标动态优化调度模型。并采用基于Tent映射混沌种群初始化方法和NDX交叉算子产生子代的多目标遗传算法NSGA-II优化系统内部可控微源出力。最后以风/光/柴/燃/储并网型微网系统进行算例仿真,验证所提模型合理性和求解方法的有效性。     

电阻接地的并网光伏电站零序电流工程实用算法

集中式并网光伏电站广泛采用中性点经电阻接地的方式运行,要求在出现接地短路时快速切除故障,研究电阻接地并网光伏电站的零序短路电流计算具有重要意义。为此提出一种中性点经电阻接地的并网光伏电站的零序短路电流工程计算方法。该方法既考虑了并网规定对光伏逆变器低电压穿越的控制要求,同时通过查表的方式可以方便地确定计算公式中各参数的取值,零序电流的求解简单直接。通过一个实际的并网光伏站进行算例验证,结果证明了该方法的实用性和有效性。