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。     

考虑IIDG低电压穿越时的微电网保护

逆变型分布式电源的故障特性主要取决于其控制策略,所以微电网的保护需要考虑逆变型分布式电源具体的控制策略。该文基于恒功率(PQ)控制的逆变型分布式电源在低电压穿越情况下的故障模型,给出其在不同电压降时输出的故障电流变化,并对微电网内部不同位置发生故障时同一母线上各馈线的电流特征进行分析,提出利用母线正序电压故障分量与各馈线正序电流故障分量的相位差来判定故障方向的保护原理。最后,通过PSCAD软件进行了算例仿真,结果证实了所述保护方案的正确性和可靠性。     

考虑光伏低电压穿越特性的交流微电网保护方法

微电网内部发生故障时,采用恒功率(PQ)控制的光伏电源会进入低电压穿越状态,导致微电网线路电流的相位发生改变,进而可能造成故障方向判别错误.因此,对光伏低电压穿越状态下输出电流相位进行分析,然后对母线上的故障电压分量和故障电流分量的相位特性进行分析,提出了一种基于3组正序电流相位比较的故障方向判别方法.PSCAD/EM...     

独立运行微电网的故障特征分析

根据某海岛的微电网结构建立了电磁暂态仿真模型,其包含4种微电源:储能、柴油发电机、直驱风机和光伏发电单元。在模型中设置多种故障,分析相应的故障特征及故障对传统继电保护的影响,并得出如下结论:在各微电源故障期间均能提供一定的故障电流,并且其自身保护按低电压穿越要求整定的前提下,馈线上的电流速断保护受各微电源故障电流受限的影响无法使用,而过电流保护受影响很小;电网电压严重跌落时,采用PQ控制的微电源故障电流频率将偏离工频,由此可能导致故障馈线母线侧的过电流保护失效,此时只能依靠纵联保护;在包含PQ控制的微电网中,不应配置基于故障分量的继电保护装置。     

微电网的有限区域集成保护

针对低压微电网的特点和保护要求,提出了一种基于有限区域集成的微电网保护新方案。通过将微电网以母线为依据分割为若干个区域,在每个区域设置一个有限区域保护单元。首先提取每个区域内各馈线的正序故障分量电流,通过比较区域主馈线与各从馈线的正序故障分量电流相角差,可以确定故障区域,其次比较故障区域内各从馈线之间的正序故障分量电流相角差,从而判定故障线路。该方案能够准确排查和定位故障区域,快速隔离故障线路,可靠切除微电网内部故障。文中利用PSCAD/EMTDC软件进行仿真分析,仿真结果验证了所述保护方案的正确性和可行性。     

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。     

计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法

针对高渗透率分布式光伏发电并网造成主动配电网原有保护无法适应的问题,提出计及分布式光伏发电低电压穿越能力的主动配电网保护方法。根据分布式光伏发电低电压穿越控制策略对其故障特性的影响,定性分析了光伏发电故障电流与并网点电压的相位关系,推导主动配电网各馈线电流正序故障分量特征,结合电压信息,提出基于母线故障前电压正序分量与各馈线正序电流故障分量相位比较的保护方法。最后利用PSCAD建立主动配电网系统模型,对所提方法进行仿真算例分析,结果表明该方法正确、有效。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Microgrid Fault Detection Method Coordinated with a Sequence Component Current-Based Fault Control Strategy

The fault characteristics of microgrids are affected by the penetration of inverter-interfaced distributed generators (IIDGs). It makes conventional protection schemes no longer applicable. With different grid codes in different countries, IIDGs need to adopt different positive-sequence low-voltage ride-through (LVRT) control strategies during LVRT. Therefore, conventional protection schemes have to be modified according to the specific microgrid structure and the IIDGs'' LVRT strategy. In order to adapt to different grid codes, a sequence component current-based fault control strategy and a coordinated microgrid fault detection method are proposed in this paper. The fault control strategy of IIDGs comprehensively considers the coordination between voltage support and fault characteristics generation, where the sequence currents are controlled separately. The positive-sequence current control strategy aims at supporting the microgrid voltage, whereas the negative-sequence current control strategy aims at generating or enhancing specific fault characteristics. Based on the proposed fault control strategy, the grid-feeding IIDGs can be equivalent to current sources and generate or enhance the negative-sequence fault characteristics in the equivalent additional networks of negative-sequence components. The fault feeder can then be accurately located by analyzing the phase relationship between the negative-sequence fault components of voltage and current phasors. A coordinated microgrid fault detection method based on the fault control strategy of IIDGs is proposed. The proposed fault control method makes the fault component protection principle applicable to all types of faults under any operational modes of microgrids. Finally, the correctness and effectiveness of the proposed coordinated fault control and protection strategy are verified in PSCAD/EMTDC.     

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。     

基于GOOSE通信技术的微电网故障定位及隔离

微电网的运行及故障特性与传统电网区别明显,给微电网保护带来了挑战,为此文中提出了一种基于通用面向对象变电站事件(GOOSE)的微电网故障快速准确定位及隔离技术。将微电网区域化,以任一节点为中心,利用GOOSE通信传递相邻设备的方向过流信息完成微电网的故障定位,并通过GOOSE跳闸信号的传递实现故障隔离。文中从微电网运行特性、故障特性及故障定位隔离、工程实现以及工程验证等方面进行了阐述。此技术能够解决微电网多电源、多结构、多种运行方式(合环、开环、并网、孤岛等)、网络拓扑变化情况下的故障快速准确定位及隔离。目前,该技术已应用于多个工程项目,验证了其正确性和可行性。     

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。