微電網(wǎng)控制與保護學習心得

1、微電網(wǎng)控制與保護學習心得摘要：本文介紹了文獻查閱后總結的微電網(wǎng)的基本知識和微電網(wǎng)控制與保護相關的一些問題。微電網(wǎng)的出現(xiàn)協(xié)調(diào)了大電網(wǎng)與分布式電源的矛盾，對大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，對用戶則表現(xiàn)為可定制的電源，可以提高本地供電可靠性，降低饋線損耗。但是目前我國微電網(wǎng)的發(fā)展尚處于起步階段，還有很多問題有待研究。微電網(wǎng)的保護和控制問題是目前分布式發(fā)電供能系統(tǒng)廣泛應用的主要技術瓶頸之一。微電網(wǎng)的保護既要克服微電網(wǎng)接入對傳統(tǒng)配電系統(tǒng)保護帶來的影響，又要滿足含微網(wǎng)配電系統(tǒng)對保護提出的新要求，這方面的研究是保證分布式發(fā)電供能系統(tǒng)可靠運行的關鍵。文中提出了一些現(xiàn)有的文獻中提及的微電網(wǎng)繼電保護方法和保護方案。關

2、鍵詞：微電網(wǎng)；控制；保護；分布式發(fā)電 Abstracts：This article describes the literature review after the conclusion of the basics of micro grid and micro grid control and protection-related problems. The emergence of micro-coordination of a large power grid and distributed power conflicts, the performance of a single la

3、rge power controlled unit, users can customize the performance of the power supply, can improve local supply reliability and reduce feeder loss. But at present, the development of micro-grid is still in its infancy, there are many problems to be studied. Microgrid protection and control of distribut

4、ed power generation is widely used for energy systems one of the main technical bottlenecks. Microgrid protection is necessary to overcome the Microgrid access to protect the traditional distribution system impact, but also to meet with micro network distribution system to protect the new requiremen

5、ts, this research is to ensure that distributed generation energy supply system reliable operation of the key. This paper presents some of the existing literature mentioned methods and microgrid relay protection scheme.Key Words：Microgrid; Control; Protection; Distributed Power Generation一、微電網(wǎng)基本知識當前

6、電力系統(tǒng)已成為集中發(fā)電、遠距離高壓輸電的大型互聯(lián)網(wǎng)絡系統(tǒng)。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，超大規(guī)模電力系統(tǒng)的弊端也日益凸現(xiàn)，如運行難度大、難以滿足用戶越來越高的可靠性及多樣化用電需求等。近年來世界范圍內(nèi)的大面積停電事故，充分暴露了大電網(wǎng)的脆弱性。鑒于上述問題，國內(nèi)外學者開始廣泛研究分布式發(fā)電技術。分布式發(fā)電是指直接布置在配電網(wǎng)或分布在負荷附近的發(fā)電設施，能夠經(jīng)濟、高效、可靠地發(fā)電。分布式電源位置靈活、分散，能與大電網(wǎng)互為備用，在一定程度上分擔了輸電網(wǎng)從電廠向用戶遠距離和大功率輸電的功能。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，分布式發(fā)電已成為一股影響電力工業(yè)未來面貌的重要力量。 1) 應對全球能源危機的需要。隨著國際油

7、價的不斷飆升，能源安全問題日益突出，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，人們的目光轉向了可再生能源，因此，風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等備受關注，快速發(fā)展并開始規(guī)?；虡I(yè)應用，而這些可再生能源的發(fā)電大都是小型的、星羅棋布的。2) 保護環(huán)境的需要。CO2 排放引起的全球氣候變暖問題，已引起各國政府的高度重視，并成為當今世界政治的核心議題之一。為保護環(huán)境，世界上工業(yè)發(fā)達國家紛紛立法，扶持可再生能源發(fā)電以及其他清潔發(fā)電技術(如熱電聯(lián)產(chǎn)微型燃氣輪機) ，有利地推動了DG的發(fā)展。3) 天然氣發(fā)電技術的發(fā)展。對于天然氣發(fā)電來說，機組容量并不明顯影響機組的效率，并且天然氣輸送成本遠遠低于電力的傳輸，因此比較適合采用有小容量特點的D

8、G。 4) 避免投資風險。由于難以準確地預測遠期的電力需求增長情況，為規(guī)避風險，電力公司往往不愿意投資大型的發(fā)電廠以及長距離超高壓輸電線路。此外，高壓線路走廊的選擇也比較困難。這都促使電力公司選擇一些投資小、見效快的DG項目來就地解決供電問題。盡管分布式電源優(yōu)點突出，但分布式電源相對于大電網(wǎng)來說是一個不可控電源，大電網(wǎng)也往往限制或隔離分布式電源。為了協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的矛盾，學者又提出了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)，是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以與配電網(wǎng)斷開孤

9、立運行。對大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，對用戶則表現(xiàn)為可定制的電源，可以提高本地供電可靠性，降低饋線損耗1-4。下圖是美國電力可靠性技術解決方案協(xié)會(CERTS)提出的微電網(wǎng)基本結構：該模型反映了微電網(wǎng)的基本特征：(1)分布式電源DG基于電力電子接口控制，以保證電網(wǎng)運行的靈活性和穩(wěn)定性。(2)敏感負荷的電源雙重配置，既可以通過靜態(tài)開關從公共電網(wǎng)取電，也可以由DG供電，保證了敏感負荷對電力可靠性和電能質(zhì)量的要求。(3)敏感負荷通過靜態(tài)開關(SS)與公共電網(wǎng)連接，當公共電網(wǎng)發(fā)生故障時，靜態(tài)開關迅速動作，微電網(wǎng)進入孤網(wǎng)運行，保證對敏感負荷的持續(xù)電力供應。然而，微電網(wǎng)和分布式發(fā)電不同：(1)微電網(wǎng)能有效

10、地管理分布式發(fā)電。分布式電源DG通過電力電子接口接入微電網(wǎng)，基于電力電子設備的分布式電源DG的控制速度更快，短路點故障電流受到限制。(2)微電網(wǎng)是一個整體，它的控制保護復雜，傳統(tǒng)繼電保護原理不適用于微電網(wǎng)，必需采用新的保護技術。(3)微電網(wǎng)并網(wǎng)運行模式和傳統(tǒng)分布式發(fā)電都與公共電網(wǎng)相連，但微電網(wǎng)PCC處靜態(tài)開關(SS)的設置使得微電網(wǎng)對公共電網(wǎng)的影響降至最低。文獻5指出微電網(wǎng)有2個關鍵元件，即靜態(tài)開關和微電源。外部配網(wǎng)故障時，靜態(tài)開關斷開，微電網(wǎng)轉入孤島運行，以保證敏感性負荷的不間斷供電，各微電源在本地電壓控制下，調(diào)整輸出電壓，以減少無功環(huán)流。擾動事件消失后，微電源能重新并網(wǎng)運行。微電網(wǎng)中的電源

11、多為微電源，亦即含有電力電子界面的小型機組。微電源主要是可再生能源；發(fā)電系統(tǒng)類型包括微型燃氣輪機，燃料電池、光伏電池、風力發(fā)電機和生物質(zhì)能等；系統(tǒng)容量為20kW10MW；網(wǎng)內(nèi)的用戶配電電壓等級為380V。目前我國微電網(wǎng)的發(fā)展尚處于起步階段，以下幾個問題需要予以關注：1）微電網(wǎng)中含有多個微電源，各微電源之間的協(xié)調(diào)控制是一個需要重點考慮的問題。2）微電網(wǎng)中引入了很多先進的電力電子設備，它們大都是靈活可控的，如何實現(xiàn)對這些設備的智能控制和最優(yōu)控制。3）微電網(wǎng)和上級電網(wǎng)是互為備用、相互支持的一個有機整體。4）微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島運行下的穩(wěn)定性分析。5）微電網(wǎng)中的微電源，如風電、光伏發(fā)電等，大都采用全控型

12、換流器，這些電力電子設備的引入很可能會帶來一些諧波方面的問題。6）現(xiàn)有的小發(fā)電機組并入微網(wǎng)的可行性分析。二、微電網(wǎng)的控制文獻6-9中提到了微電網(wǎng)的控制問題：微電網(wǎng)控制是實現(xiàn)其眾多優(yōu)越性能的重要保證。與傳統(tǒng)控制有顯著的不同，微電網(wǎng)控制必須保證：在并網(wǎng)和孤島運行方式下，都能控制局部電壓和頻率，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；提供或者吸收電源和負荷之間的暫時功率差額；根據(jù)故障情況或是系統(tǒng)需要，平滑自主地實現(xiàn)與主網(wǎng)分離、并列或是兩者的過渡轉化運行。由于微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島運行情況的差異，所以控制方法和策略也不同。并網(wǎng)運行方式下的控制：并網(wǎng)時微電網(wǎng)通過PCC（公共聯(lián)接點）點與大電網(wǎng)相連，根據(jù)負荷情況與大電網(wǎng)交換功率。孤

13、島運行方式下的控制：孤島運行是指主網(wǎng)故障或電能質(zhì)量不滿足要求時，微電網(wǎng)與主網(wǎng)斷開形成孤島運行。關于微電網(wǎng)孤島運行控制已有很多文獻研究涉及，主要有以下幾類：1）微電網(wǎng)系統(tǒng)單主或多主控制方法；2）微電網(wǎng)系統(tǒng)對等控制方法；3）基于多代理技術的微電網(wǎng)控制。三、微電網(wǎng)的保護含多個分布式電源及儲能裝置的微電網(wǎng)的接入，徹底改變了配電系統(tǒng)故障的特征。而且微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島兩種運行情況，短路電流大小不同而且差異很大。因此，如何在孤島和并網(wǎng)下均能對微電網(wǎng)內(nèi)部故障做出響應以及在并網(wǎng)情況下快速感知大電網(wǎng)故障，同時保證保護的選擇性、快速性、靈敏性與可靠性，是微電網(wǎng)保護的關鍵。微電網(wǎng)的保護既要克服微網(wǎng)接入對傳統(tǒng)配電系統(tǒng)保

14、護帶來的影響，又要滿足含微網(wǎng)配電系統(tǒng)對保護提出的新要求，這方面的研究是保證分布式發(fā)電供能系統(tǒng)可靠運行的關鍵。微網(wǎng)由于有并網(wǎng)運行和獨立運行兩種運行模式，微電網(wǎng)如何辨識公共電網(wǎng)的各種故障，并做出正確的響應確定微電網(wǎng)是否需要孤網(wǎng)運行是一大難題；此外，微網(wǎng)中存在的大量的電力電子逆變并網(wǎng)裝置也使得電能質(zhì)量的控制問題更加令人關注。從目前分布式發(fā)電功能系統(tǒng)的運行實踐來看，微網(wǎng)的保護和控制問題是目前分布式發(fā)電供能系統(tǒng)廣泛應用的主要技術瓶頸之一。文獻10提出微電網(wǎng)的繼電保護必需遵循兩條原則：(1)無論在孤網(wǎng)運行模式還是并網(wǎng)運行模式，微電網(wǎng)的保護策略必須一致；(2)短路故障時，提供短路電流的電源必需迅速切除。微電

15、網(wǎng)繼電保護的一個難點是在孤網(wǎng)運行故障電流小的情況下給微電網(wǎng)配置充分的保護，微網(wǎng)一般是接入到配電網(wǎng)，而目前的配電網(wǎng)低壓等級的繼電保護通常采用簡單的過電流保護。微網(wǎng)中的新能源通過電力電子逆變器接入，大量的電力電子設備的接入將使故障電流發(fā)生變化，微網(wǎng)的故障電流通常不會超過正常電流的2倍。因此傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中的保護裝置不再適用，需要采用與故障電流大小無關的保護方式。新的微網(wǎng)及含微網(wǎng)的配網(wǎng)的繼電保護策略有待研究。微電網(wǎng)繼電保護的另一個難點是微網(wǎng)與電網(wǎng)的公共連接點（PCC）。微電網(wǎng)有并網(wǎng)運行和孤網(wǎng)運行兩種模式。微電網(wǎng)通過PCC與公共電網(wǎng)相連，PCC處的靜態(tài)開關及其相應的繼電保護特性的定義是微電網(wǎng)繼電保護的一

16、個難點。它必須能夠準確判斷電網(wǎng)的各種故障并迅速做出反應，決定微電網(wǎng)是否需要進入孤網(wǎng)運行，實現(xiàn)微電網(wǎng)這兩種運行模式問的平滑切換。文獻11針對上述兩個問題提出了系統(tǒng)級保護和單元級保護的方案，以合理配置微電網(wǎng)的繼電保護。微電網(wǎng)系統(tǒng)級保護主要目的是確保在公共電網(wǎng)發(fā)生永久性故障或微電網(wǎng)的運行狀態(tài)不符合IEEEl547標準時，微電網(wǎng)能夠迅速、平滑進入孤網(wǎng)運行，減輕微電網(wǎng)的接入對公共配電網(wǎng)的影響。同時，保證微電網(wǎng)能夠安全過渡到新的運行穩(wěn)態(tài)。微電網(wǎng)系統(tǒng)級保護的關鍵是其與公共配電網(wǎng)的連接點PCC。由以上分析可知，微電網(wǎng)并網(wǎng)運行對配電網(wǎng)繼電保護的影響主要取決于兩個要素：注入配電網(wǎng)的短路電流大小和持續(xù)時間。當公共電

17、網(wǎng)發(fā)生永久性故障或微電網(wǎng)的運行狀態(tài)不符合IEEEl547標準時，要求微電網(wǎng)進入孤網(wǎng)運行，PCC的迅速動作能減輕微電網(wǎng)對公共配電網(wǎng)繼電保護的不利影響。所以，PCC安裝的控制與保護裝置必須能夠檢測并準確判斷電網(wǎng)的各種故障情況，迅速做出響應，決定微電網(wǎng)是否進入孤網(wǎng)運行。文獻4指出，PCC處的繼電保護，可以通過測量其兩端的電壓、頻率和電流大小實現(xiàn)IEEE1547標準所要求的檢測，如不同步、電能質(zhì)量下降、微電網(wǎng)內(nèi)部或外部故障以及重新并網(wǎng)等問題。微電網(wǎng)單元級保護主要是應對微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生的各種故障所配置的保護。微電網(wǎng)單元級保護必須考慮兩個方面：能夠處理微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時的各種內(nèi)部故障；外部電網(wǎng)故障使微電網(wǎng)PC

18、C處解列進入孤網(wǎng)運行時，必須保證微電網(wǎng)能平滑過渡到新穩(wěn)態(tài)運行，若微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障能夠迅速切除故障部分，保證健全部分安全穩(wěn)定運行。現(xiàn)有的有些文獻中提及的微電網(wǎng)繼電保護方法主要有：文獻12提出了一種基于電流序分量的保護方法，微電網(wǎng)故障形式主要是相一地短路故障和相間短路故障。理論研究證明，零序和負序分量可以成功檢測相地和相間故障。但是其針對的微網(wǎng)結構較為簡單，屬于針對性保護配置，通用性不夠，在微網(wǎng)結構變得復雜時，可能造成矛盾的結果。產(chǎn)生這種情況的原因正是微網(wǎng)內(nèi)的雙向潮流特性，傳統(tǒng)保護中的選擇性原則在此處很難滿足。文獻4提出用零序電流保護作為單相接地故障的主保護，用負序電流保護作為相間短路的主保護，

19、電流差動保護作為后備保護，并提出有挺好的效果；文獻11提出了DG出口電壓abc-dq0變換法，對于不同的故障情況，三相電壓的dq分量具有不同的特征，以此實現(xiàn)各種類型接地故障的判別；文獻13介紹了諧波畸變法，一種基于諧波畸變率THD的微電網(wǎng)保護方法，通過相電壓的變化識別故障類型，正常運行時三相電壓幅值近似相等，故障發(fā)生，故障相電壓將低于健全相電壓，以此可實現(xiàn)故障相判別；利用THD的畸變進行故障定位。正常運行時配電網(wǎng)相當于一個低阻抗的電壓源，微電網(wǎng)的THD維持在較小值，約為0。故障發(fā)生，靜態(tài)開關迅速動作，微電網(wǎng)與配電網(wǎng)的連接斷開，進入孤立運行模式，此時，逆變器輸出電流所含諧波將增加，導致THD增大

20、。文獻14-15將微電網(wǎng)的保護分為交流微網(wǎng)保護和直流微網(wǎng)保護。交流微網(wǎng)保護包括不依賴通信的保護、依賴通信的保護-網(wǎng)絡化數(shù)字微網(wǎng)保護和微網(wǎng)獨立與并網(wǎng)運行時的保護。不依賴通信的保護：在微網(wǎng)中設置開關站，對開關站結構進行合理設計，可以使微網(wǎng)保護不依賴或較少依賴通信。斷路器集中在一處成為開關站，帶DG與負荷的線路作為元件接入某串中，微網(wǎng)內(nèi)某個元件發(fā)生故障時,迅速切除該元件，由于是開關站，保護設備集中在一起，差動保護可以做到不依賴于通信。依賴通信的保護-網(wǎng)絡化數(shù)字微網(wǎng)保護：網(wǎng)絡化數(shù)字微網(wǎng)保護以通信為基礎，構建微網(wǎng)級的通信網(wǎng)絡，利用微網(wǎng)多處的電流電壓信息進行綜合分析判斷，從而實現(xiàn)對微網(wǎng)的保護。網(wǎng)絡化數(shù)字微

21、網(wǎng)保護需注意的技術要點是：快速有效的保護算法；快速可靠的通信網(wǎng)；多點電流電壓信息的同步。微網(wǎng)獨立與并網(wǎng)運行時的保護：微網(wǎng)在并網(wǎng)運行與獨立運行兩種方式下短路電流不同且差異很大，通過逆變器輸出交流電的DG受電力電子器件過流能力的限制，故障時不能提供足夠大的短路電流。因此，微網(wǎng)并網(wǎng)運行時的保護策略在微網(wǎng)獨立運行時可能不再可行，反之亦然。微網(wǎng)的保護策略面對獨立與并網(wǎng)運行時有2種應對方法：一是設計一個統(tǒng)一的保護策略，使得獨立與并網(wǎng)運行時保護都有效；二是設置限制條件，使得獨立或并網(wǎng)運行時只有一種保護有效。四、心得體會筆者通過對相關文獻的查閱，對微電網(wǎng)的相關知識有了一定的了解。文中介紹的主要是文獻中提及的內(nèi)

22、容的小結，包括：微電網(wǎng)的基本知識，微電網(wǎng)控制和保護中遇到的問題，已有的解決方法，現(xiàn)有的微電網(wǎng)保護方法和方案簡介。筆者心得體會：微網(wǎng)與大電網(wǎng)通過一個PCC（Point of Comon Conection）相連，可靠性較低，這是微電網(wǎng)本身的一個缺陷，需要通過提高保護的靈敏度和動作準確度來保證。微網(wǎng)的保護由于電力電子器件的引入使得傳統(tǒng)的保護裝置不再適用，可以采用與故障電流大小無關的保護方式，由于故障時其他量也相應的變化，所以能選取的保護方法還是有很多的，如已有的基于電流序分量的保護方法、DG出口電壓abc-dq0變換法、諧波畸變法等，但是這些方法也并不完整，有待繼續(xù)研究。還有就是微網(wǎng)保護中通信很重

23、要，必須尋求一種穩(wěn)定不易被干擾的通信和信號的處理方式。五、謝辭 感謝老師，他嚴謹?shù)闹螌W精神，細致的引導，精彩的課堂教學使我對繼電保護這門課充滿了新的興趣。在老師的課上指導和課后資料查閱過程中，我對微電網(wǎng)及其保護與控制有了深刻的理解，對繼電保護新技術這門課也有了一定的認識。參考文獻1 Xuan Liu, Bin Su. Microgrids-an integration of renewable energy technologies/China International Conference on Electricity Distribution, 2008, Guangzhou:1-7.

24、2 Mohn, T. Campus microgrids: Opportunities and challenges/IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2012, San Diego, CA:1-43 Krkoleva A, Taseska V, Markovska N, et al. Social aspects of wider Microgrids deployment/ 7th Mediterranean Conference and Exhibition on Power Generation, Transmission,

25、Distribution and Energy Conversion, 2010, Agia Napa:1-8.4 魯宗相,王彩霞,閔勇.微電網(wǎng)研究綜述J. 電力系統(tǒng)自動化,2007,3l(19):100-107.5 陳永淑,周雒維,杜雄.微電網(wǎng)控制研究綜述J.中國電力(微電網(wǎng)與分布式發(fā)電專欄), 2009, 7(42):31-35.6 Kakigano H, Miura Y, Ise T. Distribution Voltage control for DC microgrids using fuzzy control and gain-Scheduling techniqueJ. IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, 28(5): 2246-2258.7 Dobakhshari A S, Azizi S, Ranjbar A M.Control of microgrids: Aspects and prospects/2011 IEEE International Conference on Sensing and Control (ICNSC), Delft:38-43