微網(wǎng)線路保護(hù)

微網(wǎng)并/離網(wǎng)運(yùn)行方式故障電流差距較大，微源投退、布局容量、控制方式等影響故障電流大小和方向，因此基于固定值的傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)方案不再適用于微網(wǎng)。

微網(wǎng)線路保護(hù)微網(wǎng)不同運(yùn)行方式

微網(wǎng)的運(yùn)行方式不同，故障電流的大小不同，因此微網(wǎng)保護(hù)整定值也應(yīng)不同。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，右圖2(a)中F1處短路，流過(guò)2處保護(hù)的故障電流由系統(tǒng)(Is)和微源提供，其中主要由系統(tǒng)提供;而離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，圖2(b)中F1處短路，PCC點(diǎn)靜態(tài)開關(guān)斷開，流過(guò)2處保護(hù)的故障電流只有微源提供，其幅值較小。當(dāng)DG1是逆變器型的微源時(shí)，故障電流更小。這是由于含逆變器型的微源故障電流注入能力被限制在兩倍額定電流以內(nèi)，且衰減迅速。

綜上，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，故障電流較大;離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，只有微源為其提供故障電流，故障電流較小。這使得基于固定值的傳統(tǒng)保護(hù)方案不能正確動(dòng)作，因此微網(wǎng)線路保護(hù)的配置必須能適應(yīng)微網(wǎng)不同的運(yùn)行方式 。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源投退

單個(gè)微源在微網(wǎng)中具有“即插即用”的特點(diǎn)，意味著微源可以隨時(shí)接入或者退出微網(wǎng)，這導(dǎo)致微網(wǎng)線路故障時(shí)故障電流的不確定性，使得傳統(tǒng)保護(hù)方案不適用于微網(wǎng)。如圖3(a)F2處發(fā)生短路故障時(shí)，流過(guò)保護(hù)4處的故障電流由系統(tǒng)和微源提供提供;如圖3(b)，當(dāng)DG3退出運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)2處發(fā)生短路故障，流過(guò)保護(hù)4處的故障電流只有Is, IDG1。DG的投退影響了故障電流的大小。而傳統(tǒng)無(wú)源配電網(wǎng)F2處短路時(shí)，右側(cè)無(wú)故障電流因此也無(wú)保護(hù)安裝，DG接入配網(wǎng)后F2處短路時(shí)向故障點(diǎn)提供反向故障電流，在右側(cè)無(wú)保護(hù)的情況下會(huì)造成故障持續(xù)甚至繼續(xù)發(fā)展，影響供電的可靠性 。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源布局、容量

配電網(wǎng)85%左右的故障都是瞬時(shí)故障，廣泛采用三段式電流保護(hù)。當(dāng)前由于微網(wǎng)接入容量較小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多接入中低壓配電網(wǎng)，故在保護(hù)方面多配以簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)國(guó)川」。但是微源接入微網(wǎng)饋線中的位置不同、容量不同，對(duì)線路過(guò)電流保護(hù)的影響不同 ：

（1）DG接入微網(wǎng)饋線始端母線，下游線路中間點(diǎn)故障時(shí)，DG產(chǎn)生的助增電流使流過(guò)保護(hù)的故障電流增大，保護(hù)范圍也因此增大，可能延伸到所在保護(hù)下一段，使保護(hù)失去選擇性。而且DG輸出功率越大，影響越嚴(yán)重。

（2）DG接入微網(wǎng)饋線中間母線，當(dāng)下游線路中間點(diǎn)故障時(shí)，由于微源的助增作用，使流過(guò)下游保護(hù)的短路電流增大，使得末端保護(hù)靈敏性得到增強(qiáng);同時(shí)由于微源的汲流作用，流過(guò)DG上游保護(hù)的故障電流減小從而使保護(hù)的靈敏性降低，保護(hù)范圍縮小，如果相應(yīng)保護(hù)沒(méi)有動(dòng)作切除故障，則相應(yīng)遠(yuǎn)后備可能拒動(dòng)。

（3）DG接入微網(wǎng)饋線末端母線，當(dāng)相鄰線路中間點(diǎn)故障時(shí)，DG向上游保護(hù)提供反向故障電流，可能引起保護(hù)誤動(dòng)作。

微網(wǎng)線路保護(hù)微源控制方式

逆變型微源在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)一般采用恒功率(PQ)控制方式，在孤島運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要可選擇PQ控制、恒壓恒頻(V /f)控制或Droop控制。因此控制目標(biāo)不同，在不同的控制方式下逆變型電源提供的短路電流差別較大。且當(dāng)DG輸出功率具有波動(dòng)性和間歇性時(shí)，故障電流數(shù)值也隨之發(fā)生變化。

微電網(wǎng)(MG)通過(guò)公共連接點(diǎn)(Point of Common Coupling PCC)與電網(wǎng)連接，是一個(gè)可以自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，它集成應(yīng)用分布式電源(Distributed Generator DG)，為DG的有效利用提供了途徑。微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)可以視為可控的負(fù)荷或發(fā)電機(jī)，微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷可以同時(shí)由電網(wǎng)和DG供電;當(dāng)上級(jí)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微網(wǎng)可以無(wú)縫轉(zhuǎn)換到孤島模式運(yùn)行并自我控制，持續(xù)對(duì)內(nèi)部重要或全部負(fù)荷供電，增強(qiáng)了供電的可靠性 。

微網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)線路發(fā)生故障短路電流較大，而離網(wǎng)時(shí)線路發(fā)生故障因逆變器限流的原因由逆變型微源提供的短路電流較小(限制在兩倍額定電流以內(nèi))。微源接入及微源“即插即用”的特點(diǎn)加重了潮流分布、故障電流的不確定性。這些都使得基于固定值的傳統(tǒng)保護(hù)方案不再適用。由于微網(wǎng)大多接在中低壓配電網(wǎng)，有關(guān)微網(wǎng)的保護(hù)并沒(méi)有引起足夠的重視，大多配以簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù);但微網(wǎng)的特殊性使得過(guò)電流保護(hù)不再適用，亞需發(fā)掘適用于微電網(wǎng)的保護(hù)方案。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了大量研究，取得了一定的研究成果 。

低壓微網(wǎng)大多采用簡(jiǎn)單的放射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，如右圖1所示，如美國(guó)俄亥俄州的Dolan微網(wǎng)平臺(tái)和我國(guó)浙江南鹿島離網(wǎng)型微電網(wǎng)項(xiàng)目，或者采用閉環(huán)設(shè)計(jì)開環(huán)運(yùn)行結(jié)構(gòu)。

微網(wǎng)大多數(shù)情況下既可并網(wǎng)運(yùn)行，也可孤網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)微源投退具有不確定性。微源按不同電源類型大致可以分為三類:直流型、交直交型和交流型。直流咬流式并網(wǎng)方式將直流電能經(jīng)逆變器接入交流電網(wǎng);交直交式并網(wǎng)方式將交流電能經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娔芎螅俳?jīng)逆變器接入電網(wǎng);交流式不需經(jīng)逆變器，直接并網(wǎng)運(yùn)行。其中微網(wǎng)中有不少經(jīng)逆變器并網(wǎng)的微源，它們?nèi)鄙偻诫姍C(jī)的電磁暫態(tài)特性，其慣性僅依賴逆變器直流側(cè)的電容，使得微網(wǎng)具有慣性小、響應(yīng)速度快等特點(diǎn) 。

關(guān)于微網(wǎng)線路保護(hù)存在的問(wèn)題及發(fā)展方向總結(jié)如下：

（1）應(yīng)對(duì)微網(wǎng)的故障特征進(jìn)行分析，不應(yīng)僅僅關(guān)注故障電流最大值及其衰減特性方面，還應(yīng)對(duì)其暫態(tài)過(guò)程中的故障電流波形特征進(jìn)行分析。如何將微網(wǎng)內(nèi)部線路故障時(shí)的信息加以識(shí)別、處理和利用，進(jìn)而將繼電保護(hù)原理本身進(jìn)行大的變革，發(fā)現(xiàn)廣泛適用于微網(wǎng)的繼電保護(hù)原理；

（2）隨著配網(wǎng)自動(dòng)化和智能電網(wǎng)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用于微網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)以廣域通信為基礎(chǔ)的微網(wǎng)保護(hù)可行性很大，但要注意避免發(fā)生單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，中央保護(hù)單元、通信網(wǎng)絡(luò)或單個(gè)元件故障應(yīng)不影響保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí)個(gè)別重要單元可以帶有冗余或者采用分層或分區(qū)的保護(hù)，以此提高保護(hù)的可靠性；

（3）微網(wǎng)線路保護(hù)的靈敏性和速動(dòng)性。逆變型微網(wǎng)應(yīng)能在線路故障時(shí)檢測(cè)到并迅速切除故障，因?yàn)槟孀冃臀⒕W(wǎng)缺少慣性、響應(yīng)速度快，一旦線路故障電壓跌落嚴(yán)重，微源保護(hù)可能先于線路保護(hù)動(dòng)作，造成不必要的能源浪費(fèi)和功率波動(dòng)，因此線路保護(hù)的靈敏性和速動(dòng)性還有待改進(jìn)提升。2100433B

由于微網(wǎng)線路故障電流的特殊性，使得傳統(tǒng)的保護(hù)方案不再適用。因此不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始對(duì)微網(wǎng)線路保護(hù)配置進(jìn)行研究，從是否依賴通信技術(shù)以及保護(hù)原理的實(shí)現(xiàn)方法上，將微電網(wǎng)線路保護(hù)方案的研究主要分為以下3類 ：

1）基于本地量的微網(wǎng)保護(hù)：對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)原理進(jìn)行修改以適應(yīng)微網(wǎng)新的故障特征，成本低，對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化要求不高。保護(hù)整定值不可實(shí)時(shí)調(diào)整，不能完全適應(yīng)微網(wǎng)的特殊性。

2）基于中央控制的微網(wǎng)保護(hù)：在線對(duì)保護(hù)定值整定和對(duì)故障定位，克服了微網(wǎng)復(fù)雜運(yùn)行狀態(tài)對(duì)保護(hù)的影響。依賴通信，實(shí)時(shí)性要求較高，中央保護(hù)單元需要處理海量的網(wǎng)信息，存在單點(diǎn)失效的風(fēng)險(xiǎn)。

3）基于分區(qū)的微網(wǎng)保護(hù)：實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的有限區(qū)域集成保護(hù)，避免中央保護(hù)單元因?yàn)樘幚硇畔⒘窟^(guò)人而導(dǎo)致保護(hù)延遲動(dòng)作。必須協(xié)調(diào)控制每個(gè)保護(hù)單元，增加了微網(wǎng)保護(hù)的復(fù)雜性，不利于最大限度的利用微源。

（1）基于本地量的微網(wǎng)保護(hù)。有文獻(xiàn)提出采用反時(shí)限的保護(hù)方案，通過(guò)選擇合理的反時(shí)限形狀系數(shù)和動(dòng)作時(shí)間常數(shù)完成上下級(jí)保護(hù)間的配合。并根據(jù)保護(hù)與故障點(diǎn)的距離不同造成的電壓跌落程度不同，提出采用低電壓加速因子提高傳統(tǒng)反時(shí)限保護(hù)方案的動(dòng)作速度。前者提出基于負(fù)荷阻抗的反時(shí)限低阻抗保護(hù)方案，后者提出低電壓加速反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)方案。也有文獻(xiàn)在微網(wǎng)拓?fù)鋱D簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，提出基于邊電壓的微網(wǎng)保護(hù)方案。該方法的局限性在于對(duì)拓?fù)渥兓哂幸欢ǖ囊蕾囆?，?duì)于合閘瞬間以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭倓偢淖兒蟀l(fā)生故障的情況保護(hù)無(wú)法正確動(dòng)作。有文獻(xiàn)提出一種基于母線上導(dǎo)納量變化為判據(jù)的保護(hù)方案，通過(guò)比較故障前后母線上測(cè)量導(dǎo)納的幅值與相角的變化，有效地區(qū)分微電網(wǎng)的區(qū)內(nèi)外故障，實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)與定位。該保護(hù)方案比單純運(yùn)用電流或電壓變化為故障判據(jù)，具有更高的靈敏性和可靠性。但對(duì)于含過(guò)渡電阻的故障類型可能導(dǎo)致保護(hù)方案的部分失靈，需配備相應(yīng)的后備保護(hù);

（2）基于中央控制的微網(wǎng)保護(hù)。有研究應(yīng)用微網(wǎng)中央保護(hù)單元與微網(wǎng)中的所有繼電器和微源實(shí)時(shí)通信，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)微網(wǎng)運(yùn)行模式的變化，DG的數(shù)量、類型、狀態(tài)，方向元件信息和電壓、電流故障分量信息來(lái)確定故障類型，以便實(shí)時(shí)整定動(dòng)作值，并通過(guò)斷路器和負(fù)荷電流信息確定故障位置。不足的是一旦某一元件發(fā)生變化，需要重新計(jì)算整定，此時(shí)若發(fā)生故障微網(wǎng)可能處于無(wú)保護(hù)的狀態(tài)，同時(shí)如果傳輸信息錯(cuò)誤或沒(méi)有實(shí)時(shí)同步信息保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)或拒動(dòng)。也有文獻(xiàn)提出基于故障電流方向角判別的微電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方法，有效地解決了微電網(wǎng)故障潮流多向性引起保護(hù)的誤動(dòng)作問(wèn)題;將微網(wǎng)實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為樹形節(jié)點(diǎn)路徑圖，采用樹形節(jié)點(diǎn)搜索方法及節(jié)點(diǎn)路徑算法對(duì)微網(wǎng)內(nèi)保護(hù)裝置的動(dòng)作值及動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行實(shí)時(shí)整定，有效地解決了對(duì)不同運(yùn)行方式及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下微電網(wǎng)保護(hù)裝置動(dòng)作值的自適應(yīng)整定問(wèn)題。有文獻(xiàn)提出了利用智能繼電器及控制網(wǎng)絡(luò)輔助的保護(hù)方案，用智能數(shù)字測(cè)量單元代替價(jià)格昂貴的繼電器，中央控制器與數(shù)字測(cè)量單元通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)連接能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的保護(hù)功能。文中將微網(wǎng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)配置，有效地解決了微電網(wǎng)運(yùn)行在孤島模式下切除故障線路后，引起的發(fā)電功率與負(fù)載不匹配的問(wèn)題。而建立的新的高阻抗故障探測(cè)方法，可以在檢測(cè)到的故障電流較小時(shí)，就動(dòng)作跳閘。

（3）基于分區(qū)的微網(wǎng)保護(hù)。有文獻(xiàn)提出了基于Multi Agent的微網(wǎng)分區(qū)保護(hù)實(shí)現(xiàn)方案。將微網(wǎng)劃分為若干保護(hù)區(qū)域，利用阻抗元件和功率變化量方向元件鎖定故障區(qū)域，同時(shí)利用Agent之間的協(xié)作能力提高了微網(wǎng)保護(hù)的整體性能，能夠進(jìn)行在線協(xié)調(diào)整定，更適合于微網(wǎng)靈活多變的運(yùn)行方式及雙向潮流的特點(diǎn)。也有文獻(xiàn)引入正序故障分量原理，提出一種基于有限區(qū)域集成的保護(hù)方案。將微電網(wǎng)以母線為依據(jù)分割為若干個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)有限區(qū)域保護(hù)單元。利用各區(qū)域主饋線與從饋線的正序故障分量電流相角差實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域和故障線路的定位。不足是故障時(shí)微源的電壓會(huì)有所跌落，對(duì)保護(hù)方案的適應(yīng)性產(chǎn)生影響。有文獻(xiàn)提出利用故障前后的電流方向判斷故障區(qū)域，將斷路器間的區(qū)域作為最小研究單元，區(qū)域內(nèi)的DG接入或者退出不影響保護(hù)。前者還在微網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)中央保護(hù)單元，匯集各MTU提供的故障電流方向信息，通過(guò)計(jì)算來(lái)鎖定故障區(qū)域。后者將數(shù)據(jù)通信和保護(hù)裝置的故障信息交換分開，保護(hù)信息只是簡(jiǎn)單的布爾信號(hào)，能在相鄰保護(hù)裝置之間高速傳遞。也有文獻(xiàn)提出了微網(wǎng)分割區(qū)域的概念，并將分割區(qū)域看成是圖的節(jié)點(diǎn)，斷路器看成是圖的邊，建立微網(wǎng)的圖模型。將對(duì)綜合電流方向的判斷轉(zhuǎn)移到對(duì)邊電流方向的判斷，進(jìn)而提出了邊方向變化量保護(hù)。缺點(diǎn)是僅適合輻射型網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)時(shí)，無(wú)法應(yīng)用。且當(dāng)微網(wǎng)新增或減少支路時(shí)，需重新分割區(qū)域。

關(guān)于微網(wǎng)的研究尚處于起始階段，且多圍繞微網(wǎng)的控制方式展開，幾乎沒(méi)有成熟的微網(wǎng)模型。對(duì)于微網(wǎng)繼電保護(hù)的研究，國(guó)外僅僅處于理論研究階段，國(guó)內(nèi)研究資料更是少之又少。限于微網(wǎng)控制方式研究水平，微網(wǎng)保護(hù)的研究多針對(duì)特定的控制方式，不具有通用性和可移植性。

微網(wǎng)最主要的一個(gè)特性是既能以并網(wǎng)模式運(yùn)行，又能以孤網(wǎng)模式獨(dú)立運(yùn)行。配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，為保持微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷的正常供電，需及時(shí)將微網(wǎng)由并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)為孤網(wǎng)模式;微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，為防止故障對(duì)配網(wǎng)產(chǎn)生影響，須根據(jù)具體情況將故障切除或者將故障微網(wǎng)從配網(wǎng)中切除。因此，微網(wǎng)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)PCC 起到極其關(guān)鍵的作用，即能檢測(cè)到故障的發(fā)生并且能實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)在兩種運(yùn)行模式之間的平滑切換。

微網(wǎng)中一般含有不同類型的分布式電源，不同的電源控制方式在故障時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的特性也不一樣。當(dāng)分布式電源通過(guò)逆變器等電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)時(shí)，其最大輸出電流往往被限制在一定的范圍以內(nèi)，發(fā)生故障時(shí)，該電流不足以使基于電流的保護(hù)設(shè)備動(dòng)作，因此須研究新的保護(hù)方式。

微網(wǎng)繼電保護(hù)的研究多從系統(tǒng)級(jí)保護(hù)和單元級(jí)保護(hù)兩方面展開 。

微網(wǎng)線路保護(hù)系統(tǒng)級(jí)保護(hù)

研究對(duì)象為微網(wǎng)整體?？紤]在故障情況下，無(wú)論配網(wǎng)故障還是微網(wǎng)內(nèi)部故障都將相關(guān)微網(wǎng)從配網(wǎng)中切除。使微網(wǎng)從并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)安全，平滑的過(guò)渡到孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)級(jí)保護(hù)擔(dān)負(fù)著保持配網(wǎng)穩(wěn)定，降低故障對(duì)配網(wǎng)的沖擊以及保證微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)之間順利過(guò)渡的任務(wù)。

系統(tǒng)級(jí)保護(hù)須合理配置PCC處的保護(hù)功能。故障情況下微網(wǎng)對(duì)于配網(wǎng)的影響主要取決于注入配網(wǎng)的電流大小和持續(xù)時(shí)間。配網(wǎng)發(fā)生故障或者電能質(zhì)量參數(shù)不符合相關(guān)的狀態(tài)要求時(shí)，PCC應(yīng)該能準(zhǔn)確的檢測(cè)到這種異常并且可靠的將微網(wǎng)從配網(wǎng)切除使得配網(wǎng)故障不至于影響微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的供電和運(yùn)行。當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，PCC也應(yīng)該能檢測(cè)到故障的發(fā)生且將微網(wǎng)切除，使得微網(wǎng)內(nèi)部故障對(duì)于配網(wǎng)的影響降到最低。因此，PCC應(yīng)能準(zhǔn)確判斷各種故障情況并能迅速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

微網(wǎng)線路保護(hù)單元級(jí)保護(hù)

當(dāng)配網(wǎng)中有故障發(fā)生或者電能質(zhì)量不滿足要求，例如電壓偏高或偏低，震蕩等情況發(fā)生時(shí)，為充分的保證微網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷的供電，需要及時(shí)將微網(wǎng)與配網(wǎng)斷開，微網(wǎng)從并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)展微網(wǎng)的目的是充分利用分布式電源，因此其中常含有多種形式分布式電源，遵循著因地制宜安裝分布式電源的原則，考慮到各分布式電源的特性及安裝位置，通常情況下，各電源之間會(huì)有一定的地理距離。無(wú)論在并網(wǎng)運(yùn)行還是孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，微網(wǎng)內(nèi)部故障時(shí)，必須采取可靠的保護(hù)措施將故障部分切除以保證正常區(qū)域的供電。為充分發(fā)揮分布式電源的優(yōu)勢(shì)，微網(wǎng)還經(jīng)常帶有其他形式的負(fù)荷，例如熱負(fù)荷，冷負(fù)荷等。這又在可靠性上對(duì)微網(wǎng)內(nèi)部的保護(hù)提出了更高的要求。微網(wǎng)單元級(jí)保護(hù)面向?qū)ο鬄槲⒕W(wǎng)內(nèi)部，研究在各種故障情況下如何快速有效的將故障切除，以保證微網(wǎng)內(nèi)部其他部分的正常運(yùn)行。

微網(wǎng)具體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分布式電源類型不同，通常需要配置的保護(hù)也不相同。但是微網(wǎng)繼電保護(hù)須遵循最基本的原則，即無(wú)論微網(wǎng)在哪種運(yùn)行狀態(tài)下，并網(wǎng)運(yùn)行或者孤網(wǎng)運(yùn)行，即插即用型電源接入或者斷開，保護(hù)都應(yīng)當(dāng)可靠有效。保護(hù)還應(yīng)當(dāng)考慮到分布式電源控制器中的電力電子器件所帶來(lái)的影響，相比于傳統(tǒng)電源，電力電子接口分布式電源慣性較小或者沒(méi)有慣性，電力電子裝置響應(yīng)迅速，微網(wǎng)故障情況下必須考慮到與大電網(wǎng)的差異，以便于保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。鑒于微網(wǎng)保護(hù)與傳統(tǒng)保護(hù)之間的差異以及其內(nèi)部電源類型的不同，對(duì)于單元級(jí)微網(wǎng)保護(hù)的研究多針對(duì)較為具體的微網(wǎng)模型，尋找針對(duì)于該微網(wǎng)模型的保護(hù)方式。

針對(duì)普通繼電保護(hù)裝置在微網(wǎng)中不適用的情況，有學(xué)者采用了數(shù)字繼電器。該類型繼電器可以檢測(cè)過(guò)電流，過(guò)/欠壓且可編程可通過(guò)光纖或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)相互之間的通信，有文獻(xiàn)在simulink仿真環(huán)境中構(gòu)建了包含多個(gè)分布式電源的微網(wǎng)模型，并且對(duì)微網(wǎng)并網(wǎng)與孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生各種類型故障時(shí)的電流和電壓做了仿真分析，得出一般繼電保護(hù)方法不足以對(duì)微網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)的結(jié)論，提出采用數(shù)字繼電器的建議。也有文獻(xiàn)借助于數(shù)字繼電器設(shè)計(jì)了較為完善的微網(wǎng)保護(hù)機(jī)制，主保護(hù)采用瞬時(shí)差動(dòng)保護(hù)，若連續(xù)兩個(gè)采樣點(diǎn)高于整定值則發(fā)出跳閘信號(hào)。當(dāng)距離小于18公里時(shí)，線路通信能滿足動(dòng)作要求，當(dāng)距離大于18公里時(shí)則需借助PMU系統(tǒng)來(lái)保證采樣的同時(shí)性。如果開關(guān)動(dòng)作失敗，經(jīng)過(guò)0.3-0.6s的延時(shí)后，跳閘信號(hào)送達(dá)至相鄰線路的開關(guān)，以減少故障的影響。如果通信線路故障，保護(hù)裝置向控制中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)則其余開關(guān)保護(hù)轉(zhuǎn)為后備保護(hù)—相對(duì)電壓保護(hù)，通過(guò)比較相關(guān)繼電器所測(cè)得的電壓有效值來(lái)對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)。借助于數(shù)字繼電器，文獻(xiàn)[23]同樣研究了保護(hù)在微網(wǎng)采取環(huán)網(wǎng)運(yùn)行情況下的保護(hù)和高阻抗接地的保護(hù)。該保護(hù)方式的缺點(diǎn)是過(guò)于依賴于設(shè)備的技術(shù)成熟程度、投資上不具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

與大電網(wǎng)不同，微網(wǎng)的保護(hù)與運(yùn)行具有自己的特殊性。

微網(wǎng)線路保護(hù)微網(wǎng)潮流

內(nèi)部的結(jié)構(gòu)決定了微網(wǎng)的雙向潮流特性，傳統(tǒng)保護(hù)中的選擇性原則在微網(wǎng)保護(hù)中較難滿足。

微網(wǎng)中一般根據(jù)不同電源的特點(diǎn)采取不同的控制方式，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這些輸出功率受天氣影響比較大的電源，若通過(guò)配備儲(chǔ)能裝置的方法使這類電源根據(jù)負(fù)荷需求調(diào)整發(fā)電量，則需要配備較大容量的儲(chǔ)能裝置，這會(huì)降低系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，因此這類可再生能源的目標(biāo)是保持最大的利用率，分布式電源能輸出多少功率就輸出多少功率，微網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)滿足此類電源“即插即用”的特點(diǎn)。這就加劇了微網(wǎng)中潮流流動(dòng)的不確定性，設(shè)計(jì)保護(hù)方法時(shí)應(yīng)盡可能做到不受潮流的影響。

微網(wǎng)線路保護(hù)通信

在同等電壓等級(jí)配電網(wǎng)中一般較少采用基于通信的保護(hù)。微網(wǎng)中，故障的判斷較為復(fù)雜，有時(shí)需要利用多點(diǎn)的信息;為了維持微網(wǎng)的穩(wěn)定，也需要確保故障能夠及時(shí)地切除?；谕ㄐ诺谋Ｗo(hù)可以很好地完成這些功能。

微網(wǎng)線路不會(huì)太長(zhǎng)，為幾百米左右，方便信息信道的鋪設(shè)。如將微網(wǎng)作為具有孤島運(yùn)行功能的智能配電網(wǎng)一部分的角度來(lái)考慮，應(yīng)裝設(shè)MMS(智能微網(wǎng)管理系統(tǒng))。MMS為確保微網(wǎng)最經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行需同微網(wǎng)的各個(gè)部分保持聯(lián)系，在合理設(shè)置MMS功能的情況下，可考慮將保護(hù)裝置同其相結(jié)合或者直接利用其通信信道減少系統(tǒng)的投資 。

微網(wǎng)線路保護(hù)保護(hù)在不同運(yùn)行方式下的適應(yīng)性

微網(wǎng)既可以并網(wǎng)運(yùn)行又可以獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)給保護(hù)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，孤島運(yùn)行條件下，短路電流由DG提供，基于逆變器的DG無(wú)法提供足夠大的短路電流。并網(wǎng)條件下，短路電流可通過(guò)迭加定理來(lái)分析，電網(wǎng)能提供很大的短路電流，逆變器DG提供的短路電流只占短路電流很小的一部分。在這兩種運(yùn)行方式下短路電流差別很大，在一種運(yùn)行方式下可行的保護(hù)方法在另一種運(yùn)行方式下可能變得不再可行。

對(duì)于短路電流的這些特點(diǎn)一般有兩種應(yīng)對(duì)方法:一是設(shè)置限制條件使保護(hù)可以針對(duì)不同的運(yùn)行方式;二是設(shè)計(jì)可以適用于兩種運(yùn)行方式的保護(hù)策略。其中前者可通過(guò)不同運(yùn)行方式下故障電流的計(jì)算來(lái)整定，相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn)，但是因限制條件的加入使得保護(hù)變得復(fù)雜。后者可以通過(guò)一套保護(hù)作用于不同的運(yùn)行方式，但是對(duì)保護(hù)適應(yīng)性的要求比較高。

微網(wǎng)線路保護(hù)故障切除時(shí)間

微網(wǎng)中的分布式電源多采用電力電子接口，這使得微網(wǎng)具有缺少慣性、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。若采用配電網(wǎng)相同電壓等級(jí)下的故障切除時(shí)間，容易使微網(wǎng)系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

故障切除時(shí)間還應(yīng)該考慮到負(fù)荷的敏感程度，保證故障切除后系統(tǒng)還能保持穩(wěn)定。例如，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷所占的比例越大，臨界故障切除時(shí)間越短；三相短路故障點(diǎn)離感應(yīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)越近，臨界故障清除時(shí)間越短。

微網(wǎng)線路保護(hù)DG不同控制方式與保護(hù)的對(duì)應(yīng)

DG的控制是微網(wǎng)控制的基礎(chǔ)，關(guān)于DG的控制方法的研究比較多，常見的有恒壓恒頻控制、PQ控制、P-f, Q-V下垂控制、f-P , VQ下垂控制等。不同方法的控制模塊輸入量及其所控制DG的輸出量不同，當(dāng)控制方式中沒(méi)有加入任何針對(duì)故障的模塊時(shí)，故障情況下，控制方式也會(huì)使所控制DG的輸出量向參考值靠近，從而引起可以用以保護(hù)的電氣量例如電壓、電流等發(fā)生失常變化。

在對(duì)分布式電源控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到故障情況并采取必要措施，例如數(shù)值限幅，跳閘時(shí)間配合等;同時(shí)保護(hù)方式也應(yīng)該充分地考慮到DG控制方式的影響，設(shè)計(jì)與對(duì)應(yīng)控制方式相協(xié)調(diào)的保護(hù)或是可適用于任何控制方式的保護(hù) 。

電力系統(tǒng)中廣域電網(wǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)有著重要作用，目前主要應(yīng)用于系統(tǒng)正常監(jiān)視和事故分析中。其中應(yīng)用電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量(PMU)進(jìn)行電網(wǎng)在線動(dòng)態(tài)分析還不夠成熟，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際意義上的應(yīng)用功能。而對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)是在線動(dòng)態(tài)分析的前提和基礎(chǔ)。

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理不同運(yùn)行模式下的管理策略

多能互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)既可以作為獨(dú)立的小型電力系統(tǒng)，又可以作為主網(wǎng)系統(tǒng)的虛擬的電源或者負(fù)荷。因此多能互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行控制特性也包含了兩個(gè)方而：孤島運(yùn)行時(shí)主要體現(xiàn)了多能互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)自身的運(yùn)行特性；并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)主要體現(xiàn)了多能互補(bǔ)微網(wǎng)與主網(wǎng)的相互作用。圖5定義了多能互補(bǔ)微網(wǎng)系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)，包括多能互補(bǔ)微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、微網(wǎng)孤島運(yùn)行狀態(tài)及微網(wǎng)停運(yùn)狀態(tài)。

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理不同時(shí)間尺度下的管理策略

不同于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，多能互補(bǔ)系統(tǒng)的慣性較小，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱，間歇分布式能源比例，孤島運(yùn)行時(shí)需要維持電壓和頻率，還要考慮與主網(wǎng)連接的模式切換問(wèn)題，因此對(duì)EMS的功能性要求高，因此對(duì)于能量管理(EMS)的功能性要求更高,對(duì)負(fù)荷以及間歇性電源出力的短期以及超短期預(yù)測(cè)作為能量管理的依據(jù)是個(gè)難點(diǎn)。為了適應(yīng)系統(tǒng)要求,適用于多能互補(bǔ)系統(tǒng)的能量管理一般分成短期功率平衡和長(zhǎng)期功率管理計(jì)劃 。

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理不同控制模式下的管理策略

如上所述,主要用于研究微網(wǎng)中各分布式能源之間的協(xié)調(diào)與配合的微網(wǎng)整體控制結(jié)構(gòu)通常包括兩種:分層控制結(jié)構(gòu)和對(duì)等控制結(jié)構(gòu)。微網(wǎng)的分層控制的結(jié)構(gòu)包括配電網(wǎng)控制器、市場(chǎng)控制器、微網(wǎng)中央控制器、分布式電源單元控制器以及負(fù)荷控制器等。其中,配電網(wǎng)控制器負(fù)責(zé)微網(wǎng)和配網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)以及和微網(wǎng)中央控制器之間進(jìn)行信息交互；微網(wǎng)中央控制器負(fù)責(zé)微網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行和控制管理,接受配電網(wǎng)控制器的控制信息。在微網(wǎng)的對(duì)等控制的結(jié)構(gòu)下微網(wǎng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備具有高度的智能,它們之間可以相互通信,協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行性能的最優(yōu)。實(shí)現(xiàn)這種模式最好的技術(shù)是多代理系統(tǒng)(MAS),MAS中各智能體具有高度智能,可以根據(jù)和其他智能體之間的信息、交互做出控制決策。因此從系統(tǒng)整體能量管理角度分析,一般也可分為分層控制和對(duì)等控制兩種方式。

微網(wǎng)（micro-grid，microgrid），也譯為微電網(wǎng)，是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。是智能電網(wǎng)的重要組成部分。

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的目標(biāo)

在滿足系統(tǒng)運(yùn)行約束以及供能平衡的前提下，微網(wǎng)MGEMS通常以最小系統(tǒng)運(yùn)行成木、排放成木、網(wǎng)損成木以及停電成本為目標(biāo)，為分布式電源、儲(chǔ)能以及負(fù)荷等提供合理的參考運(yùn)行點(diǎn)。多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境因素之間的關(guān)系如圖3所示。

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的工作流程

多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的構(gòu)成及工作流程如圖4所示。首先根據(jù)分布式電源發(fā)電出力預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、市場(chǎng)清算價(jià)格預(yù)算等制定生產(chǎn)計(jì)劃，然后結(jié)合分布式電源有效出力、儲(chǔ)能水平等進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整，根據(jù)調(diào)整好的生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)主配網(wǎng)的交換功率、負(fù)荷需求以及分布式電源的出力等進(jìn)行調(diào)整控制。