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。     

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。     

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。     

微电网不对称故障模式下IBDG运行特性及无畸变限流保护研究

微电网安全可靠的运行离不开精确地控制和保护。由于微电网中微电源自身的特点,使孤岛微电网中的电气量的变化在故障情况下与传统大电网有很大的差别。因此,研究不同故障情况下IBDG的运行特性以及它们对微电网系统故障特性的影响至关重要。本文研究了孤岛微电网不对称故障模式下IBDG的运行特性,对电气量的变化做出了定性分析。在不对称故障情况下针对传统的限流造成的电压电流畸变,采用无畸变限流方法,减少系统中的谐波分量。利用Matlab/Simulink仿真软件搭建了由三台逆变器组成的微电网的仿真模型,设置故障参数并进行仿真研究,验证对微电网故障情况下IBDG的运行特性及无畸变限流理论分析的正确性。     

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。     

低压微电网保护技术研究

随着微电网大量接入大电网的配电系统中,微电网保护的问题日渐突出.微电网并网运行、孤岛运行两种方式下的故障电流差异明显,故传统配网中的保护策略可能存在误动或拒动的情况.文章提出一套微电网接入电压等级380V配电网的综合保护方案,并对相应保护算法的逻辑进行说明,以有效解决微电网接入380V配电网时保护误动、拒动的问题。     

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。     

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.     

微电网故障暂态分析及抑制方法研究

建立了含电感型故障限流器的微电网等效分析模型,通过仿真算例分析了微电网的故障暂态现象,并验证了应用故障限流器抑制微电网故障暂态的方法。针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的故障情况,详细分析了含故障限流器的微电网系统的电压、电流、频率以及功率的故障暂态恢复特性。研究结果表明,安装了电感型故障限流器的微电网系统在发生故障时无论处于何种工况,都能很快地恢复到稳定运行状态,为发展微电网的故障暂态抑制策略提供了一种实际可行的有效方法。     

微网保护分析

对微网特性以及影响保护的因素进行了分析,提出了微网的保护机制并进行了仿真。微网系统内部的保护须考虑逆变式电源的限流作用和微网双向潮流特性,还须综合考虑通信的应用,保护在不同运行方式下的适应性,与控制方式的协调性以及动作时间的合理设置等问题。在对这些因素进行分析的基础上,提出了微网的保护机制:对于线路故障,采用纵联保护;对于负荷故障,采用各相电流矢量和作为故障判据。研究中利用下垂控制原理在PSCAD中搭建了微网的模型,并对微网孤岛运行模式下各种负荷故障情况进行了仿真,仿真结果表明了所提负荷故障保护方法在孤岛运行方式下的有效性。     

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。     

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。     

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.     

考虑光伏出力间歇性的微电网故障辨识方法

在光伏高比例接入的孤岛微电网中,太阳辐照度变化将导致光伏出力明显波动,继而影响微电网线路故障电流变化趋势。对于不同辐照度光伏出力,如何准确完成微电网故障辨识是微电网故障保护研究面临的一个重要问题。针对这一问题,首先建立了含有光伏发电的典型微网模型,分析了孤岛模式下太阳辐照度变化对网内故障电流的影响;然后利用快速小波能量熵(wavelet energy entropy,WEE)算法提取线路故障电流的暂态特征,继而选取简洁清晰的暂态特征并构建故障综合样本集;最后,利用典型故障样本集对极限学习机进行训练,形成一种新的考虑光伏出力间歇性的微网故障辨识方法。算例仿真结果表明所提方法既能精确提取不同辐照度下微网故障的暂态特征,又可准确地实现故障辨识,为微电网故障分析和保护提供了技术支持。     

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。     

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。     

Numerical inverse definite minimum time overcurrent relay for microgrid power system protection

Access of distributed generation gets complicated at the distribution level, and hence managing these systems effectively becomes highly challenging. Microgrids have been proposed as a way of integrating a large number of distributed renewable energy sources with a distribution system. They are low to medium voltage networks of small load clusters with distributed generation sources and storages. Microgrids can be operated in the islanded mode or the grid‐connected mode. If a microgrid is connected to the system, it is seen as a single aggregate load. One of the potential advantages of a microgrid is that it could provide more reliable supply to customers by islanding itself from the system in the event of a major disturbance. However, a major problem with microgrid implementation in islanded operation is designing a proper protection scheme. The fault currents for grid‐connected and islanded microgrids are significantly different. Additionally, high penetration of inverter‐connected distributed generation sources leads to conditions where no standard overcurrent protection method will work. Overcurrent protection is considered as the backbone of any protection strategy, especially in distribution systems. Distribution systems constitute the largest portion of the power system network, and therefore the diagnosis of faults in this system is a challenging task. Faults occurring in distribution systems will affect the reliability, security, and quality of a power system. Field‐processable gate array (FPGA) Xilinx Zynq‐based numerical overcurrent relay protection is provided to the microgrid that is operated in islanded mode. This results in faster discrimination and quicker isolation of the faulty section from the microgrid. This improves the reliability of the microgrid because the fault is rapidly diagnosed and isolated from the healthy part, thanks to the high‐speed operation of the 800‐MHz FPGA Xilinx Zynq‐based numerical overcurrent relay. This system is simulated using MATLAB Simulink SimPower system tool box and LabView software. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

含分布式光伏及储能变流器的微网故障特征与保护

在并网时,微网中所含的分布式电源可能包括恒功率控制的光伏变流器或电流下垂控制的储能变流器,其中传统电流下垂控制的储能变流器在电网电压跌落时所输出的较低的故障电流,以及可能会出现的功角失稳现象都为其故障保护带来了困难,而基于滞环控制的改进电流下垂控制可以使其在电网故障时保持功角稳定,同时具备低压穿越能力,给故障电流带来新的特征,有利于故障检测以及保护判据的配置。本文考虑变流器的低压穿越特性,分析了含分布式光伏及储能变流器的微网内部不同位置发生故障时的电流特征,利用正序电流故障分量与母线正序电压故障分量的相位差来判断故障方向,并提出基于EtherCAT工业以太网的集中式保护方案。最后,通过仿真与实验验证了所提方案的可行性。