微电网继电保护方案研究

针对中低压微电网的继电保护方案问题进行研究。介绍传统的配电网继电保护类型和模式,在此基础上根据微电网本身特点,提出一套微电网继电保护方案。该方案针对不同的保护对象,配置不同的保护方法,解决微电网保护过程中故障双向电流、不同运行模式和不同分布式电源短路电流差异、故障切除必须迅速等难点,利用广域保护的思想,建立全网广域保护控制装置,下级子微电网分区采用馈线自动化就地保护控制,最终实现全网的快速有效的保护。最后以某海岛微电网为例介绍具体的配置方案,工程实践表明,该方案是可行有效的。     

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。     

基于经验小波变换和高频分量的微电网保护方法

针对微电网灵活运行方式和不同于传统电源的故障特性使传统保护方法失效的问题,提出了一种基于经验小波变换和最高频分量的微电网保护方法。首先通过选取各母线的零序电流作为分析对象,然后利用经验小波变换对零序电流进行分解,选取最高频的分量作为故障特征分量。接着,求取最高频分量的一阶微分及其奇异点,并依据奇异点两边数据构建了特征方向和关联方向,通过关联方向的正负来区分故障区段和非故障区段,有效避免了微电网不同运行方式下传统保护阈值选择困难的问题。最后,大量仿真实验表明,该方法在不同接地电阻、不同故障区域、不同故障类型以及不同运行方式下均能实现准确判断。     

基于HHT的微电网差分能量保护策略

针对微电网双向潮流和并网/孤岛运行时故障电流差异大的特点,在微电网差动保护的基础上,提出了基于HHT变换的差分能量保护新方法。对故障线路两端电流进行时-频变换(HHT变换)获得Hilbert谱,并计算谱能量,利用差分能量是否超出阈值判断是区内故障还是区外故障,且不同故障类型阈值无需改变。在PSCAD中搭建10 kV微电网模型并在Matlab中进行算例验证。大量仿真表明此方法能够可靠检测出并网和孤岛两种运行状态下的各种故障,而且有效解决了高阻抗故障(HIF)保护失效问题。     

基于逆变型分布式电源微电网保护的研究

针对逆变型分布式电源的微电网不同于传统电源的控制方式、短路故障电流小和电流双向潮流流通等特点,讨论了微电网保护与传统电网保护的区别及分布式电源的接入对配电网的影响。通过介绍逆变型分布式电源的控制特点,总结了2种不同类型的微电网保护方法,即基于传统过电流保护方法和基于现代通信、计算机技术的数字网络化保护方法。     

微电网继电保护方法探讨

针对微电网控制灵活、短路故障电流小,潮流双向流动等特点,探讨了微电网的继电保护方法。通过研究CERTS微电网模型,讨论了微电网并网对配电网电流保护和重合闸的影响,提出了微电网系统级保护和单元级保护的概念。在微电网与公共配电网的连接点（PCC）处配置系统级保护;结合小电流接地故障检测技术,在微电网内部配置单元级保护,并给出了三种具体的保护方案,以实现对微电网的继电保护。并对现有的微电网继电保护方法进行归纳总结。     

采用搜索保护与差动保护的光伏微电网综合保护策略

光伏微电网具有短路电流小、潮流双向流动、运行工况多变等特点,容易导致继电保护的拒动与误动。提出了基于电压启动、搜索最大电流正序故障分量的检测方法,并将其与传统差动保护方法相结合,设计了光伏微电网综合保护策略。该保护策略不依赖短路电流幅值启动,不需要整定继电保护电流阈值,适用于微电网并网和离网模式。此外,该策略在通信故障、主保护拒动等工况下依然有效。在PSCAD环境中构建了典型的光伏微电网算例,通过典型工况全面验证了综合保护策略的有效性。     

微电网继电保护方法探讨

针对微电网控制灵活、短路故障电流小,潮流双向流动等特点,探讨了微电网的继电保护方法.通过研究CERTS微电网模型,讨论了微电网并网对配电网电流保护和重合闸的影响,提出了微电网系统级保护和单元级保护的概念.在微电网与公共配电网的连接点(PCC)处配置系统级保护;结合小电流接地故障检测技术,在微电网内部配置单元级保护,并给出了三种具体的保护方案,以实现对微电网的继电保护.并对现有的微电网继电保护方法进行归纳总结.     

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。     

基于电流突变量的微电网故障区域判定方法

提出了一种新的微电网内部故障区域判定方法,采取微电网发生内部故障时首先断开静态开关的故障隔离策略。由于微电网内部发生故障与断开静态开关都会引起微电网内各线路的电流发生变化,利用故障线路与非故障线路在两次电流变化中存在明显差异的特征,实现对故障区域的准确判断。当检测到两次电流突变量均大于设定值时,即认为故障发生在保护区域内。理论分析与PSCAD/EMTDC系统仿真验证了该微电网故障区域判定方法的有效性和可行性。     

独立运行微电网的故障特性分析及其线路保护研究

针对变流器接口电源区别于传统电源的故障特性和其分散接入微电网的拓扑结构使传统配电网保护难以快速可靠动作的问题,推导独立运行微电网不同类型电源支路的等效正序故障分量阻抗解析表达式,分析采用不同控制策略时,在故障前负荷情况、故障后输出电流幅值及外部等值阻抗影响下等效正序故障分量阻抗角的变化规律,并对微电网中不同位置正序故障分量方向元件的动作性能差异进行论证。进而提出一种基于线路正序电流故障分量与分布式光伏电源故障前电流相位比较的故障方向判断方法,并利用光伏支路电流突变量和光伏功率参考值突变量构造启动逻辑,形成闭锁式保护动作方案,可以以最小范围快速切除不同类型故障线路。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的正确性。     

基于改进电流相差保护的微电网保护方案

针对微电网在并网运行和独立运行时不同故障特性以及微电网潮流的双向特性,引入了一种基于改进电流相差保护的微电网保护方案,该方案以IIDG输出端电压为起动判据,结合母线两端电流相位差判据,保证微电网在两种运行状态下都可以准确的区分区内外故障并切除故障线路。在PSCAD/EMTDC仿真软件上进行了算例仿真,验证了基于改进电流相差保护方案的有效性和可靠性。     

新型微电网外部短路故障保护方案

结合微电网与配电网的隔离策略,提出了一种基于正序故障分量原理的新型微电网外部短路故障保护方案。该原理分别提取微电网与配电网之间的联络线两端的正序故障分量进行阻抗计算,然后利用阻抗角构成的新判据确定是否发生微电网外部故障。该原理无需考虑负荷电流和故障电阻的影响,克服了微电网故障时短路故障电流小以及潮流双向流动的问题。同时采用正序故障分量电流幅值差动保护作为阻抗角保护判据的启动判据,构成了一套完整有效的微电网外部短路故障保护方案。用PSCAD/EMTDC建立一个连接配电网的微电网仿真模型,进行各种短路故障仿真,仿真结果验证了所述保护方案的正确性和有效性。     

直流微电网方向纵联保护方法研究

目前,直流微电网的保护技术依然面临挑战,保护方法和设备仍落后于交流系统,不能满足快速、准确隔离故障的要求。文中以环状直流微电网作为研究对象,分析了电流故障分量方向特征,并阐述了方向纵联保护原理。为了响应直流微电网故障特点,满足快速保护的要求,以智能电子设备为基础,设计了保护方案。该方案具有明确的保护区域,能够快速识别和隔离故障,不受故障类型和位置影响,且具有较好的抗过渡电阻性能。利用PSCAD/EMTDC建立了直流微电网模型,仿真结果验证了文中所提保护方案的有效性。     

基于母线测量导纳变化的微电网保护

微电网内部故障时,微源中的逆变器会限制短路电流幅值的升高,故障电流较小难以检测,致使传统保护失效。为此,提出了一种基于母线上导纳量的变化为判据的微电网保护方案,该方案采用测量导纳的幅值为判据,由于它是电压、电流共同作用的结果,故障前后的测量导纳幅值变化明显,克服了传统电流保护方案的不足;同时采用测量导纳相角的变化作为辅助判据,可以有效地区分微电网的区内外故障,实现故障的检测与定位。利用PSCAD/EMTDC进行仿真,仿真结果验证了所提方案的有效性。     

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。     

谐波电流注入式微电网主动保护方法

微电网内逆变型分布式电源（IIDG）渗透率不断提高，导致微电网故障特征不明显、功率流向复杂，保护整定困难，传统保护方案需要借助高速通信系统分析不同节点电气量提取故障信息。文中提出了一种谐波电流注入式的微电网主动保护方案，在故障时利用IIDG主动注入谐波，实现了无通信条件下的故障检测信息的传递，解决了双向潮流、过渡电阻、运行方式变化带来的保护整定困难问题。通过电流内环谐波叠加控制实现IIDG向微电网主动注入谐波电流，基于IIDG端口等效阻抗变化计算结果调制注入谐波幅值，通过调整谐波幅值和频率实现不同节点故障信息传递。基于区域内、外不同频率谐波分量差异明显的特征，构建了基于IIDG的谐波电流量比值的保护判据，根据谐波潮流方向提出开闭锁逻辑。在PSCAD/EMTDC中建立了实际工程微电网模型，仿真验证了该方案在不同故障情况下的有效性、选择性与速动性。     

使用故障分类新方法的直流微电网保护方案

直流微电网发生短路故障时,各故障点的短路电流特征非常接近,目前的保护算法几乎无法识别。为此通过分析一个多母线直流微电网的故障电流,提出了一种安装感性阻抗、并与瞬时故障电流和电流导数相结合的故障分类新方法。安装在直流微电网各条线路中的感性阻抗在故障瞬变状态下会使故障电流及其导数发生很大变化,从而使保护单元能够将故障区分为母线故障、连接支线故障、相邻母线(或支线)故障3种类型。仿真实验证明,基于故障分类新方法的保护能够将直流微电网中的短路故障精确分类,准确隔离故障区域并快速恢复系统,是适用于多母线和直流微电网短路故障的有效保护方案。     

基于复合故障补偿因子的微电网反时限电流保护方法

为了解决逆变型分布式能源(Distributed Generator, DG)对微电网保护速动性和协调性的影响,提出了一种基于复合故障补偿因子和天牛须搜索(Beetle Antenna Search, BAS)算法的改进反时限微电网电流保护方法。首先,通过分析故障时保护安装处的电压分布特性,并结合测量阻抗特征构建复合故障补偿因子,以解决反时限过电流保护由于短路电流变化引起的动作延时问题,提高保护速动性。同时,为了解决DG接入、微电网运行方式改变等因素引起的微电网保护协调问题,利用BAS算法对改进反时限电流保护的参数进行优化,以保证相邻保护的协调配合。最后,在DIgSILENT/PF软件中建立微电网仿真模型,以验证改进方法的有效性。仿真结果表明,与传统反时限过电流保护相比,改进保护方法在速动性方面明显提升,且在微电网不同运行模式、故障条件下均满足协调性要求。     

园区直流微电网的故障分析及保护配置方案研究

首先,基于园区直流微电网的构成和特点,分析了不同接地方式的故障特性及其对故障检测装置的要求,并推导了故障电压、电流响应曲线。其次,根据电力电子变压器拓扑结构,证明欠阻尼条件下电流不存在振荡问题。再次,对采取保护配置方案前后的短路电流进行对比,同时考虑故障时设备安全及保护配合等因素,给出了保护配置方案的约束条件。最后,基于PSCAD/EMTDC平台搭建园区直流微电网模型,对所提方案进行了仿真验证。结果表明：采取保护配置方案后短路电流明显下降,电流持续时间变长,根据保护装置参考条件所得的参数值满足故障电流检测与保护判断所需时间。