第一章绪论1.1研究背景——微电网的涉及概念随着经济的发展，民众对电力的市场需求更加大，而传统电力设备投资集中于在火力、水力、核能等大型集中式电源以及远距离超强高压输电线路的建设上，因此，构成了以大机组、大电网和低电压为主要特征的集中式单一供电系统，目前，全世界90%的电力阻抗是由这种单一的大电网供电的。然而，集中式安打我也不存在着一些弊端：成本高，运营可玩性大，无法满足用户更加低的安全性和可靠性拒绝。特别是在是近十年来，世界范围内屡屡再次发生几次大面积电力供应事故以后，大电网的脆弱性充份地曝露了出来。另一方面，随着现今社会对能源需求的减少，可可供利用的煤炭、石油等石化能源越来越少，而且诸如煤炭、石油、核能等在发电过程中都会对环境导致相当严重污染。

在更加注目生态环境的维护以及能源的可持续发展下，为保护环境，防止能源危机，研发再生能源就出了新兴的研究课题。因此，人们开始对电力系统的发展模式另辟蹊径。2003年北美大电力供应以后，国际上的专家们得出结论了一个结论——发展分布式电源比通过改建电网来强化安全性更为简单和快捷。

我国2008年初的雪灾教训也解释在之后发展集中式大机组的同时，要侧重在负荷中心建设充足的分布式电源，以在经常出现非常规灾害或者战时反击情况下，确保居民大于能源供应和最基本生活条件，并将这种电源作为确保电网安全性的最重要设施和手段。而微电网就是将额定功率为几十千瓦的发电单元——微元MS、负荷、储能装置及掌控装置等融合，构成一个单一高效率的单元，同时向用户供给电能和热能。基于微电网结构的电网调整需要便利大规模的分布式能源（DER）网络并终端中低压配电系统，获取了一种充分利用DER发电单元的机制。

微电网中包括有风电、光伏发电、燃料电池发电、小水电、汽轮机发电、柴油机发电等分布式电源。其中太阳能、风能、地热能等可再生能源具备产于性、多样性、利用这些能源的发电技术多是各种小容量、分布式布置的发电技术。光伏发电系统获取薄膜、晶硅等多种光伏组件类型的系统优化设计方案。

光伏系统包含由太阳能电池组件，控制器逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备，蓄电池或其它储能和辅助发电设备所构成。风力发电系统获取多种型号的风力发电机组设计方案。

风电系统包含由三相永磁平驱走实时风力发电机，并网控制器、卸荷器，并网逆变器及配电系统构成。储能单元既能向负荷供电，又能作为填充吸取电源收到的电能，因此作为微电网系统的调节和承托部分，具备十分最重要的意义。储能系统包含由储能电池；电池管理、双向逆变器、计算机监控等电力电子设备。

与传统的集中式能源系统比起，微电网相似负荷，不必须建设大电网展开远距离高压或者超高压电缆，可以增加线损，节省输配电建设投资和运营费用；由于兼备发电、供热、加热器等多种服务功能，分布式电源可以有效地构建能源的梯级利用，超过更高的能源综合利用效率。微电网能以非集中于程度更高的方式协商分布式电源，因而可以减低电网掌控的开销并需要几乎充分发挥分布式电源的优势。可以说道，微电网具备双重角色，对于电力企业，微电网可视作一个非常简单的可调度负荷，可以在数秒内做出号召以符合传输系统的必须；对于用户，微电网可以作为一个可自定义的电源，以满足用户的多样化的市场需求。有人预测，微电网可以沦为未来电力系统的一种结构，可作为输电网、配电网之后的第三级电网；比起目前的大电网，这种结构具备明显的经济和环境效益。

通过创建微电网可以使得分布式发电应用于电力系统并充分发挥其仅次于创造力。微电网及分布式电源虽然主要与配电网联系，但对整个电力系统的影响却将是极大而深远影响的。

对发电、电缆系统的影响在于，对新建集中式发电厂和远距离输电线的市场需求将增加。对配电系统的影响在于，配电系统将再次发生根本性的变化，即配电系统将从一个辐射式的网络变为一个遍及电源和用户网络的网络，配电系统的掌控和管理将显得更为简单，配电变电站将变为“有源变电站”。对整个电力行业的影响在于，微电网及DG的普及将对电力市场的南北和格局产生深远影响。

1.2微电网的维护及研究现状1.2.1微电网维护阐述微电网的维护与传统保护方式具有显然上的有所不同【】：（1）因为分布式电源的不存在，造成了有所不同方向的电力潮流，若仅用于传统无方向性元件的过电流元件时，有可能导致维护误动作，如图1右图；（2）微电网在并网和独立国家运营两种情况下，由于馈线上产于着多个分布式发电系统，短路电流大小有相当大有所不同。将微电网终端传统电网时会遇上许多问题。例如，到底应当在什么情况下隔绝微电网？当微电网独立国家于供电公司主电网运营时，如何在再次发生故障时为微电网获取充足协调一致的维护？有多个“孤岛”微电网同时运营时如何做出准确自由选择以防止不必要的跳闸？如何做出准确自由选择以防止并未检测到的故障或防止延时跳闸？因此，如何在两种运营状态下，对微电网内部故障做出号召以及在并网情况下较慢感官主网的故障，同时确保维护的选择性、快速性、可靠性与灵敏性，是微电网维护技术的关键和难题。在独立国家运营时，微电网内分布式电源所能获取的故障电流大小仅有为长时间电流的两倍或更加小，传统的电流保护装置已无法做出长时间号召或是必须几十秒才能作出反应，这早已无法符合微电网的维护的拒绝，因此必须使用更加先进设备的故障诊断方式。

目前，针对单相接地故障与线间故障，有专家明确提出了平面电流分量监测的维护策略。该方法可以以多达一定阀值的零序电流分量和负序电流分量作为主维护的启动值，与传统过电流维护结合，获得了较好的效果。对于微电网主动孤岛运营的情况，有专家明确提出了利用三相电压源变流器展开主动式孤岛检测技术。

通过对d轴流经信号能调节电压的幅值，但是这种方法不会对系统导致频率位移。发电机和负荷类型、容量对于维护的深刻影响，各种类型分布式发电系统（传统小型发电机与基于换流器的微型电源）、储能元件对维护的影响，以及微电网在两种有所不同运营方式和有所不同流形网架结构下对于维护的影响等问题皆是未来微电网维护策略中有一点研究的问题。

三、方向性电流维护与功率方向继电器如前所述，分布式电源终端配电网系统后不会经常出现维护选择性和可靠性得到符合的情况。对误动作的维护展开分析由此可知，误动作的原因是由大电源一侧或产于电源一侧供给的短路电流引发的。

此时误动作维护的实际短路功率方向是由线路流向母线。因此，为了避免双侧电源或多外侧电源中三段式电流维护的无自由选择动作，必须在有可能误动作的维护上加设一个功率方向枪机元件。

该元件不应能构建如下功能：短路电流方向由母线流向线路时动作，对外开放电流维护；而当短路电流方向由线路流向母线时不动作，枪机电流维护。按照上述原理包含的维护就是方向性电流维护，每个维护的规定动作方向（也称作规定于是以方向）都是指短路功率（或短路电流）由母线流向线路的方向，如图6.6右图。方向过电流维护的单相原理接线图如图6.7右图，主要由方向元件（即功率方向继电器）、电流元件（即电流继电器）和时间元件（即时间继电器）构成。方向元件和电流元件必需都动作以后，才能去启动时间元件，再行经过预计的延时动作后动作于跳闸。

为了修改接线，同一断路器对应的三段维护可公用一个方向元件。故障的方向可以利用短路功率的方向辨别，而短路功率的方向又各不相同维护加装处电流、电压之间的振幅关系。因此，功率方向继电器的基本原理就是反应于重新加入继电器中的电流和电压的振幅而动作。

研究指出，用作反应相间短路的功率方向继电器在重新加入其上电压落后电流的夹角为φ（φ为规定于是以方向上从母线至故障点之间的线路阻抗角）时应当动作，而电压落后电流的夹角为180°+φ时不不应动作。因此，利用判断短路功率的方向或电流、电压之间的振幅关系，就可以判断再次发生故障的方向。借以判断功率方向或测量电流、电压间相位角的继电器称作功率方向继电器。由于它主要反应于重新加入继电器中电流和电压之间的振幅而工作，因此用振幅较为方式来构建尤为非常简单。

对继电保护中方向继电器的基本拒绝为以下两点。（1）不应具备具体的方向性，即在于是以方向再次发生各种故障（还包括故障点有过渡性电阻的情况）时，能可信动作；而在反方向故障时，可信不动作。

（2）故障时继电器的动作有充足的灵敏度。一般的功率方向继电器当输出电压和电流的幅值恒定时，其输入（转矩或电压）值随两者间相位差的大小而转变，输入为仅次于时的相位差称作继电器的仅次于灵敏角。

为了在最少见的短路情况下使继电器动作最灵敏，使用上述接线的功率方向继电器不应制成仅次于灵敏角φ。又为了确保于是以方向故障，而φ在0°~90°范围内变化时，继电器都能可信动作，继电器动作的角度范围一般来说取为±90°。

6.1.3微电网孤网运营时的维护策略微电网一般来说可以工作在孤网运营模式和并网运营模式，微电网的保护装置应当能处置两种模式下的各种类型的故障。当微电网系统内部包括用于固态换流器将直流转换成交流的微型电源（如光伏电池、燃料电池等）或基于逆变器的微型电源时，这对微电网系统的维护是个挑战。当微电网转入孤网运营状态时，故障电流仅有由微型电源获取，因为固态换流器或逆变器的不存在，故障电流值比较较小，足以按传统过电流整定的保护装置动作。

针对上述问题，国外习着明确提出有所不同的解决问题方法。参考文献14用于傅里叶转换和总谐波畸变亲率方法，针对逆变器输入电压的谐波含量，明确提出限于于微电网特定维护区域内、外部的维护策略；参考文献8明确提出限于于含电力电子模块的微电网的故障较慢检测方法，其主要原理就是通过检测微型电源输入电压的扰动情况，辨别否经常出现故障，并区别是何类型的故障。

下面详尽阐述这种方法。首先，用于标准电压互感器检测三相端电压，继电器将重新加入的abc三相惯性坐标系下的分量转换成dq两互为转动座标下的分量，切换公式为通过观察U信号的扰动来检测故障。

该信号将于一个周期性改版的参照信号U相比较，获得扰动电压U，U经过过滤器，保证该扰动电压并不是因为测量系统的噪声引发的毛刺。过滤器后的U信号送到两重延缓较为器，其上上限要求了故障检测的灵敏度。

扰动电动U的计算公式为长时间情况下，U为0或者相似为0。在一般系统中，换流器的端电压都会有些变化，这可以由不断更新的U自动适应环境。

在故障状态下，U不会有相当大的变化，而且这种变化不会随故障类型的有所不同而产生相当大的有所不同。对于三相故障，U为一个平稳的直流信号；对于两互为故障，U由一个直流电力和转动信号构成；对于单相接地故障，U为一个从0转换到最大值的转动信号。

上述两处的转动信号的频率都是系统频率的2倍。这些特性可以用来区别有所不同类型的故障。

通过对微电网系统各种情况下（还包括长时间情况和各种类型故障情况）的运营建模，得出结论各种运营情况下的U的门槛电压值，通过实际系统中U的值与门槛电压值较为，就能检测否有故障再次发生以及再次发生的是何种类型的故障。因此，U信号可以用来检测扰动开始和完结的时间，并指出有所不同故障的类型，明确维护策略流程图如图6.8右图。

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