微电网控制与保护学习心得

1、微电网控制与保护学习心得摘要：本文介绍了文献查阅后总结的微电网的基本知识和微电网控制与保护相关的一些问题。微电网的出现协调了大电网与分布式电源的矛盾，对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗。但是目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，还有很多问题有待研究。微电网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。微电网的保护既要克服微电网接入对传统配电系统保护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。文中提出了一些现有的文献中提及的微电网继电保护方法和保护方案。关

2、键词：微电网；控制；保护；分布式发电 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、微电网基本知识当前

6、电力系统已成为集中发电、远距离高压输电的大型互联网络系统。随着电网规模的不断扩大，超大规模电力系统的弊端也日益凸现，如运行难度大、难以满足用户越来越高的可靠性及多样化用电需求等。近年来世界范围内的大面积停电事故，充分暴露了大电网的脆弱性。鉴于上述问题，国内外学者开始广泛研究分布式发电技术。分布式发电是指直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，能够经济、高效、可靠地发电。分布式电源位置灵活、分散，能与大电网互为备用，在一定程度上分担了输电网从电厂向用户远距离和大功率输电的功能。经过20 多年的发展，分布式发电已成为一股影响电力工业未来面貌的重要力量。 1) 应对全球能源危机的需要。随着国际油

7、价的不断飙升，能源安全问题日益突出，为了实现可持续发展，人们的目光转向了可再生能源，因此，风力发电、太阳能发电等备受关注，快速发展并开始规模化商业应用，而这些可再生能源的发电大都是小型的、星罗棋布的。2) 保护环境的需要。CO2 排放引起的全球气候变暖问题，已引起各国政府的高度重视，并成为当今世界政治的核心议题之一。为保护环境，世界上工业发达国家纷纷立法，扶持可再生能源发电以及其他清洁发电技术(如热电联产微型燃气轮机) ，有利地推动了DG的发展。3) 天然气发电技术的发展。对于天然气发电来说，机组容量并不明显影响机组的效率，并且天然气输送成本远远低于电力的传输，因此比较适合采用有小容量特点的D

8、G。 4) 避免投资风险。由于难以准确地预测远期的电力需求增长情况，为规避风险，电力公司往往不愿意投资大型的发电厂以及长距离超高压输电线路。此外，高压线路走廊的选择也比较困难。这都促使电力公司选择一些投资小、见效快的DG项目来就地解决供电问题。尽管分布式电源优点突出，但分布式电源相对于大电网来说是一个不可控电源，大电网也往往限制或隔离分布式电源。为了协调大电网与分布式电源的矛盾，学者又提出了微电网的概念。微电网，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以与配电网断开孤

9、立运行。对大电网表现为单一的受控单元，对用户则表现为可定制的电源，可以提高本地供电可靠性，降低馈线损耗1-4。下图是美国电力可靠性技术解决方案协会(CERTS)提出的微电网基本结构：该模型反映了微电网的基本特征：(1)分布式电源DG基于电力电子接口控制，以保证电网运行的灵活性和稳定性。(2)敏感负荷的电源双重配置，既可以通过静态开关从公共电网取电，也可以由DG供电，保证了敏感负荷对电力可靠性和电能质量的要求。(3)敏感负荷通过静态开关(SS)与公共电网连接，当公共电网发生故障时，静态开关迅速动作，微电网进入孤网运行，保证对敏感负荷的持续电力供应。然而，微电网和分布式发电不同：(1)微电网能有效

10、地管理分布式发电。分布式电源DG通过电力电子接口接入微电网，基于电力电子设备的分布式电源DG的控制速度更快，短路点故障电流受到限制。(2)微电网是一个整体，它的控制保护复杂，传统继电保护原理不适用于微电网，必需采用新的保护技术。(3)微电网并网运行模式和传统分布式发电都与公共电网相连，但微电网PCC处静态开关(SS)的设置使得微电网对公共电网的影响降至最低。文献5指出微电网有2个关键元件，即静态开关和微电源。外部配网故障时，静态开关断开，微电网转入孤岛运行，以保证敏感性负荷的不间断供电，各微电源在本地电压控制下，调整输出电压，以减少无功环流。扰动事件消失后，微电源能重新并网运行。微电网中的电源

11、多为微电源，亦即含有电力电子界面的小型机组。微电源主要是可再生能源；发电系统类型包括微型燃气轮机，燃料电池、光伏电池、风力发电机和生物质能等；系统容量为20kW10MW；网内的用户配电电压等级为380V。目前我国微电网的发展尚处于起步阶段，以下几个问题需要予以关注：1）微电网中含有多个微电源，各微电源之间的协调控制是一个需要重点考虑的问题。2）微电网中引入了很多先进的电力电子设备，它们大都是灵活可控的，如何实现对这些设备的智能控制和最优控制。3）微电网和上级电网是互为备用、相互支持的一个有机整体。4）微电网在并网和孤岛运行下的稳定性分析。5）微电网中的微电源，如风电、光伏发电等，大都采用全控型

12、换流器，这些电力电子设备的引入很可能会带来一些谐波方面的问题。6）现有的小发电机组并入微网的可行性分析。二、微电网的控制文献6-9中提到了微电网的控制问题：微电网控制是实现其众多优越性能的重要保证。与传统控制有显著的不同，微电网控制必须保证：在并网和孤岛运行方式下，都能控制局部电压和频率，使系统安全稳定运行；提供或者吸收电源和负荷之间的暂时功率差额；根据故障情况或是系统需要，平滑自主地实现与主网分离、并列或是两者的过渡转化运行。由于微电网并网和孤岛运行情况的差异，所以控制方法和策略也不同。并网运行方式下的控制：并网时微电网通过PCC（公共联接点）点与大电网相连，根据负荷情况与大电网交换功率。孤

13、岛运行方式下的控制：孤岛运行是指主网故障或电能质量不满足要求时，微电网与主网断开形成孤岛运行。关于微电网孤岛运行控制已有很多文献研究涉及，主要有以下几类：1）微电网系统单主或多主控制方法；2）微电网系统对等控制方法；3）基于多代理技术的微电网控制。三、微电网的保护含多个分布式电源及储能装置的微电网的接入，彻底改变了配电系统故障的特征。而且微电网在并网和孤岛两种运行情况，短路电流大小不同而且差异很大。因此，如何在孤岛和并网下均能对微电网内部故障做出响应以及在并网情况下快速感知大电网故障，同时保证保护的选择性、快速性、灵敏性与可靠性，是微电网保护的关键。微电网的保护既要克服微网接入对传统配电系统保

14、护带来的影响，又要满足含微网配电系统对保护提出的新要求，这方面的研究是保证分布式发电供能系统可靠运行的关键。微网由于有并网运行和独立运行两种运行模式，微电网如何辨识公共电网的各种故障，并做出正确的响应确定微电网是否需要孤网运行是一大难题；此外，微网中存在的大量的电力电子逆变并网装置也使得电能质量的控制问题更加令人关注。从目前分布式发电功能系统的运行实践来看，微网的保护和控制问题是目前分布式发电供能系统广泛应用的主要技术瓶颈之一。文献10提出微电网的继电保护必需遵循两条原则：(1)无论在孤网运行模式还是并网运行模式，微电网的保护策略必须一致；(2)短路故障时，提供短路电流的电源必需迅速切除。微电

15、网继电保护的一个难点是在孤网运行故障电流小的情况下给微电网配置充分的保护，微网一般是接入到配电网，而目前的配电网低压等级的继电保护通常采用简单的过电流保护。微网中的新能源通过电力电子逆变器接入，大量的电力电子设备的接入将使故障电流发生变化，微网的故障电流通常不会超过正常电流的2倍。因此传统的配电网中的保护装置不再适用，需要采用与故障电流大小无关的保护方式。新的微网及含微网的配网的继电保护策略有待研究。微电网继电保护的另一个难点是微网与电网的公共连接点（PCC）。微电网有并网运行和孤网运行两种模式。微电网通过PCC与公共电网相连，PCC处的静态开关及其相应的继电保护特性的定义是微电网继电保护的一

16、个难点。它必须能够准确判断电网的各种故障并迅速做出反应，决定微电网是否需要进入孤网运行，实现微电网这两种运行模式问的平滑切换。文献11针对上述两个问题提出了系统级保护和单元级保护的方案，以合理配置微电网的继电保护。微电网系统级保护主要目的是确保在公共电网发生永久性故障或微电网的运行状态不符合IEEEl547标准时，微电网能够迅速、平滑进入孤网运行，减轻微电网的接入对公共配电网的影响。同时，保证微电网能够安全过渡到新的运行稳态。微电网系统级保护的关键是其与公共配电网的连接点PCC。由以上分析可知，微电网并网运行对配电网继电保护的影响主要取决于两个要素：注入配电网的短路电流大小和持续时间。当公共电

17、网发生永久性故障或微电网的运行状态不符合IEEEl547标准时，要求微电网进入孤网运行，PCC的迅速动作能减轻微电网对公共配电网继电保护的不利影响。所以，PCC安装的控制与保护装置必须能够检测并准确判断电网的各种故障情况，迅速做出响应，决定微电网是否进入孤网运行。文献4指出，PCC处的继电保护，可以通过测量其两端的电压、频率和电流大小实现IEEE1547标准所要求的检测，如不同步、电能质量下降、微电网内部或外部故障以及重新并网等问题。微电网单元级保护主要是应对微电网内部发生的各种故障所配置的保护。微电网单元级保护必须考虑两个方面：能够处理微电网并网运行时的各种内部故障；外部电网故障使微电网PC

18、C处解列进入孤网运行时，必须保证微电网能平滑过渡到新稳态运行，若微电网内部发生故障能够迅速切除故障部分，保证健全部分安全稳定运行。现有的有些文献中提及的微电网继电保护方法主要有：文献12提出了一种基于电流序分量的保护方法，微电网故障形式主要是相一地短路故障和相间短路故障。理论研究证明，零序和负序分量可以成功检测相地和相间故障。但是其针对的微网结构较为简单，属于针对性保护配置，通用性不够，在微网结构变得复杂时，可能造成矛盾的结果。产生这种情况的原因正是微网内的双向潮流特性，传统保护中的选择性原则在此处很难满足。文献4提出用零序电流保护作为单相接地故障的主保护，用负序电流保护作为相间短路的主保护，

19、电流差动保护作为后备保护，并提出有挺好的效果；文献11提出了DG出口电压abc-dq0变换法，对于不同的故障情况，三相电压的dq分量具有不同的特征，以此实现各种类型接地故障的判别；文献13介绍了谐波畸变法，一种基于谐波畸变率THD的微电网保护方法，通过相电压的变化识别故障类型，正常运行时三相电压幅值近似相等，故障发生，故障相电压将低于健全相电压，以此可实现故障相判别；利用THD的畸变进行故障定位。正常运行时配电网相当于一个低阻抗的电压源，微电网的THD维持在较小值，约为0。故障发生，静态开关迅速动作，微电网与配电网的连接断开，进入孤立运行模式，此时，逆变器输出电流所含谐波将增加，导致THD增大

20、。文献14-15将微电网的保护分为交流微网保护和直流微网保护。交流微网保护包括不依赖通信的保护、依赖通信的保护-网络化数字微网保护和微网独立与并网运行时的保护。不依赖通信的保护：在微网中设置开关站，对开关站结构进行合理设计，可以使微网保护不依赖或较少依赖通信。断路器集中在一处成为开关站，带DG与负荷的线路作为元件接入某串中，微网内某个元件发生故障时,迅速切除该元件，由于是开关站，保护设备集中在一起，差动保护可以做到不依赖于通信。依赖通信的保护-网络化数字微网保护：网络化数字微网保护以通信为基础，构建微网级的通信网络，利用微网多处的电流电压信息进行综合分析判断，从而实现对微网的保护。网络化数字微

21、网保护需注意的技术要点是：快速有效的保护算法；快速可靠的通信网；多点电流电压信息的同步。微网独立与并网运行时的保护：微网在并网运行与独立运行两种方式下短路电流不同且差异很大，通过逆变器输出交流电的DG受电力电子器件过流能力的限制，故障时不能提供足够大的短路电流。因此，微网并网运行时的保护策略在微网独立运行时可能不再可行，反之亦然。微网的保护策略面对独立与并网运行时有2种应对方法：一是设计一个统一的保护策略，使得独立与并网运行时保护都有效；二是设置限制条件，使得独立或并网运行时只有一种保护有效。四、心得体会笔者通过对相关文献的查阅，对微电网的相关知识有了一定的了解。文中介绍的主要是文献中提及的内

22、容的小结，包括：微电网的基本知识，微电网控制和保护中遇到的问题，已有的解决方法，现有的微电网保护方法和方案简介。笔者心得体会：微网与大电网通过一个PCC（Point of Comon Conection）相连，可靠性较低，这是微电网本身的一个缺陷，需要通过提高保护的灵敏度和动作准确度来保证。微网的保护由于电力电子器件的引入使得传统的保护装置不再适用，可以采用与故障电流大小无关的保护方式，由于故障时其他量也相应的变化，所以能选取的保护方法还是有很多的，如已有的基于电流序分量的保护方法、DG出口电压abc-dq0变换法、谐波畸变法等，但是这些方法也并不完整，有待继续研究。还有就是微网保护中通信很重

23、要，必须寻求一种稳定不易被干扰的通信和信号的处理方式。五、谢辞 感谢老师，他严谨的治学精神，细致的引导，精彩的课堂教学使我对继电保护这门课充满了新的兴趣。在老师的课上指导和课后资料查阅过程中，我对微电网及其保护与控制有了深刻的理解，对继电保护新技术这门课也有了一定的认识。参考文献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 鲁宗相,王彩霞,闵勇.微电网研究综述J. 电力系统自动化,2007,3l(19):100-107.5 陈永淑,周雒维,杜雄.微电网控制研究综述J.中国电力(微电网与分布式发电专栏), 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