基于节点搜索的微电网自适应保护方法

由于微电网拓扑结构灵活多变,且并网及孤岛运行时故障特性不同,使得传统的继电保护难以满足要求。针对微电网继电保护的需求特点,提出基于故障电流方向判别的微电网自适应保护方法,将微网实时拓扑结构转化为树形节点路径图,采用树形节点搜索方法及节点路径算法对微网内保护装置的动作值及动作时限进行自适应整定。在此基础上提出基于IEC 61850的微电网自适应保护系统。仿真算例结果证明了所提方法的有效性。该方法能够有效跟踪网络拓扑结构变化而实时更改保护整定值,具有较好的自适应性。     

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.     

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。     

交流微电网系统并网保护分析

交流微电网系统保护按其功能可分为并网保护和微电网内部保护。文中以交流微电网的结构和特点为基础,重点分析不同规模微电网并网保护,参照微电网类型将其分为系统并网保护、区域并网保护及单元并网保护。通过对不同级别微电网负荷、运行方式进行分析,结合各级微电网的功能,提出3种类型并网保护的配置策略。考虑到大型微电网结构复杂,不同级别微电网之间可能存在包含关系,分析了发生区内、区外故障时3种类型并网保护之间动作时间的配合。最后在PSCAD/EMTDC中建立IEEE P1547.4典型微电网拓扑,仿真验证了并网保护配置方案的有效性与可行性。     

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。     

四维坐标系下并网型光伏微电网故障区域判定技术

为了合理划分微电网拓扑结构,精准判定各种微电网故障情况下的故障区域,提出一种四维坐标系下并网型光伏微电网故障区域判定技术。令微电网拓扑结构为坐标图,设备节点为坐标点,以坐标点间最小欧式距离最大化,平均最近邻坐标点数量最小化为划分依据,通过球填充四维坐标点集的集合划分方法,划分微电网拓扑结构,获取微电网划分区域;以各划分区域为节点,断路器为边,通过图论算法构建微电网故障数学模型,依据故障前后功率变化量和区域故障电流方向,建立故障区域判定矩阵,实现故障区域判定。试验证明：该技术可有效划分微电网拓扑结构,划分后可有效提升微电网信号传输效果;在出现多重故障、两相故障与系统侧故障情况下,该技术均可精准判定故障区域。     

一种基于高级Petri网的微电网故障诊断方法

微电网拓扑结构灵活,运行方式多样,是一个相对自治系统。针对微电网拓扑结构多变导致故障诊断建模困难问题,提出基于微电网线路故障保护信息的分层Petri网分析模型。该模型以分层保护集形式处理微电网保护信息。当微电网拓扑结构改变时,只需更新相应的保护集信息,不需要重新建模,对微电网的灵活多变有较强的适应性。该模型还可以有效判别保护和断路器的拒动、误动和处理含有时序关系的保护信息。为增强诊断系统的容错性和可靠性,采用智能加权模糊Petri网理论自适应调整权值。仿真算例验证了方法的有效性。     

一种新型低压直流碳化硅固态断路器

随着直流微电网的发展,直流断路器作为其主要保护装置而受到高度关注。结合第三代宽禁带半导体器件的优势,提出了一种新型低压直流碳化硅(Silicon Carbide, SiC)固态断路器(Solid-State Circuit Breaker, SSCB)拓扑,该SSCB主开关采用常通型SiC JFET器件,用于切断主电路中的故障电流。辅助旁路由SiC MOSFET器件、RC缓冲电路和压敏电阻(MOV)组成,用于辅助泄放回路中的过电流来提高直流系统的安全性与稳定性。首先介绍了该SSCB的拓扑结构,其次根据低压直流系统在短路故障、冲击电流和过流故障时不同的故障特性,分析了该SSCB在不同故障条件下工作原理及保护控制方法,最后通过ORCAD/Pspice仿真模型,验证了所提SSCB设计方法的可行性。     

实现有限选择性的低压微网区域保护

目前400 V的用户级微网尚无适用的选择性保护,为此结合含分布式电源时该电压等级电网的实际参数与运行特性,提出一种基于故障分量的微网分区保护方法,将微网划分为若干区域,以区域为单元实施保护,避免了对每个微网一次设备配备保护元件的高成本,同时实现了有限的选择性。测量元件采用基于故障突变量的负序方向原理,可以有效识别各种不对称故障。附加的低电压启动辅助判据能排除不平衡负荷以及大容量单相负荷投切对本保护造成的不利影响。基于EMTDC的仿真试验结果验证了本保护方法的有效性。     

零序非工频分量注入式微电网接地故障保护方案

微电网中含有大量的分布式电源,且具有很多不同于传统配电网的特点,传统配电网中的保护方案难以满足其对可靠性与稳定性的要求。基于微电网的结构和故障特点,建立了含多个逆变型分布式电源的微电网故障网络模型,提出了一种基于零序非工频分量注入的微电网接地故障保护方案。该方案利用注入的零序非工频电流产生的故障特征,能够正确识别并切除微电网内部的各类接地故障,且同时适用于并网和孤岛2种运行方式。最后,在PSCAD/EMTDC软件中进行了仿真分析,结果验证了所提保护方案的有效性与可靠性。     

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。     

一种新型的微网自适应过流保护方法

微网灵活的运行模式给保护带来了严峻的挑战,对此提出了一种新型的微网自适应过流保护方法。以微网三处典型的故障为案例,从并网和离网角度剖析了微网自适应保护应具备的功能。以此为基础,给出了微网自适应保护方案并阐述了集中式微网保护的主从工作机制;提出了三段式自适应保护的过电流整定算法,设计了故障识别流程;基于分析传统过电流保护时限配合在微网保护中存在的弊端,提出了微网自适应保护在并网和孤岛时的动作时限优化方案,结合案例分析了其优点。理论和案例分析表明,所提自适应保护方法能够快速可靠地识别故障区域,满足微网对保护的要求。     

应用边界保护原理提高分布式发电系统并网协调性的方法

为解决分布式发电系统与配电网保护的协调性问题,提出了一种新的分布式发电(distributed generation,DG)并网控制方法。由于在DG系统并网点上游和下游线路故障时,DG系统对电网保护的影响是不同的,因此提出在带有DG 系统的配电线路上装设阻波器构成线路边界的思想,采用行波边界保护模式,对DG系统并网点上游和下游故障进行选择性保护,进而保证配电线路故障后DG系统能够快速准确地解列,确保系统的安全运行,并最大限度地提高DG的利用效率。仿真结果和理论分析表明,新保护方法可提高DG与配电网的协调性,并可有效提高DG的利用效率。     

含超导元件的配电网继电保护方案研究

随着分布式电源（DG）在电力系统中的大量应用,电力系统继电保护的拒动、误动及保护配合失败问题成为影响电网稳定运行的重要问题。首先分析了DG对传统保护的影响机理,提出一种基于微处理器的新型电流-电压-时间继电保护特性的方向过流继电器,可用于减少继电保护动作时间,恢复被DG破坏的保护之间的配合。利用超导器件遏制短路电流的特性解决误动问题,提出以超导器件与所提新型继电器相配合的含DG的配电网继电保护方案,并以IEEE-14节点系统为例,验证了所提方案的有效性。     

关于分布式发电保护与微网保护的思考

从宏观角度分析了分布式发电(DG)保护和微网保护的策略.分析了DG保护的研究对象与研究方法,总结了目前有关DG保护的成果,归纳并比较分析了4种DG保护策略.对交流微网的保护,从是否依赖于通信的角度进行分析,提出了构造微网开关站的思路.对直流微网的可行性进行分析,给出了直流微网规模大小的建议,并阐述了直流微网保护的要点.最后从电网结构出发,给出了关于分布式电源与微网接入策略的建议.     

A Decision-Tree Scheme for Responding to Uncertainties in Microgrid Protection Coordination

In addition to the dynamic nature of microgrids, uncertainty in the proper operation of protection system and communication links are other challenges affecting the protection coordination of these networks. Therefore, in this paper, a new protection coordination plan based on decision tree for considering uncertainties in the topology of microgrid, protection system, and communication links is presented. The proposed method allows the adaptive protection to make global decisions and adopt the best strategy to clear faults depending on considered uncertainties. Since circuit breakers are the most prone to failure equipment in the protection system due to fault-caused stress, this paper models uncertainty in the protection system with uncertainty in the performance of circuit breakers. In order to consider uncertainty in circuit breakers and communication links, their probability of correct operation are not considered fixed but variable, respectively, proportional to the fault current flowing through the circuit breakers and the latency of communication links. The proposed plan was tested on a sample microgrid in DIgSILENT Power Factory. Results prove that using the proposed method, adaptive protection can establish an optimal sequence of strategies so that with the failure of each strategy, the best backup strategy is replaced given the uncertainties.     

A protection scheme for microgrid with multiple distributed generations using superimposed reactive energy

With the growing integration of distributed generation, distribution networks have evolved toward the concept of microgrids. Microgrids can be operated in either the grid-connected mode to achieve peak shaving and power loss reduction or the islanded mode to increase the reliability and continuity of supply. These two modes of operation cause a challenge in microgrid protection, because the magnitude of fault current decreases significantly during the transition of a microgrid from the grid-connected mode to the islanded mode. This paper proposes a protection scheme for the microgrid based on superimposed reactive energy. The proposed scheme uses the Hilbert transform to calculate the superimposed reactive energy (SRE). The sequence components of superimposed current are adopted to detect fault incidents in the microgrid. The faulty phase and section are recognised by using the directional characteristics of SRE along with a threshold value. Moreover, a relay structure, which enables the proposed protection scheme, is designed. The significant feature of the proposed protection scheme is that it has the ability to protect the looped and radial microgrids against solid and high-impedance faults. To verify the efficacy of the proposed approach, extensive simulations have been carried out using the MATLAB/SIMULINK software package. The results show that the proposed scheme successfully identifies and isolates various types of fault in a microgrid and performs well with different fault resistances and fault locations.