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独立运行微电网的故障特征分析 汪冬辉 1，姚 旭 2，张坤贤 2，许文宣 1，焦在滨 1，康小宁 1 （1. 西安交通大学 电气工程学院，陕西 西安 710049；2. 甘肃省电力公司，甘肃 兰州 730030） 摘要： 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。 关键词： 微电网； 独立运行； 光伏电池； 故障特征； 继电保护； 故障分析； 故障电流； 模型 中图分类号： TM 77 文献标识码： A DOI： 10.3969 ／ j.issn.1006-6047.2014.03.009 0 引言 微电网通过将一系列分布式的微电源有序组 合起来，统一调度，精细控制，实现了可再生能源的 最有效利用。 这种高效率的运行，使得微电网的经 济性， 尤其是在一些偏远的 、 架设输电线路成本过 高的区域，显得尤为突出：西欧地区地广人稀，小范 围的微电网发展迅速［1］；日本在爱知县机场附近建 本文根据浙江某海岛的微电网拓扑，建立了独 立运行的微电网仿真模型。 在其中的几个关键位置 设置故障 ， 分析故障特征与传统电网的不同之处 ， 以及在这些新的故障特征下，传统保护会受到何种 影响。 微电源的弱电源特性会带来频率偏移、受限 的故障电流以及不稳定的系统阻抗等问题，传统保 护的原理并没有考虑这些情况，它们能否直接在微 电网中使用是当前继电保护领域较为关心的问题 立了为区域负荷供电的微电网系统［2］；我国亦已在 浙江部分海岛 、 甘肃等地开展了微电网试验工程 。 这些地区距离主网架较远，微电网独立运行比并网 运行更为经济。 目前对微电网的研究偏重于控制，对于故障特 征以及保护的分析较少。 文献［3-4］指出微电网故 障期间电压变化特征与常规电网类似，但各电源故 障电流受到限制 ； 文献［5］ 指出微电网接入配 电 网 后， 相间故障会引起馈线出现更 大 的 助 增 电 流 ； 文 献 ［6］认为微电网孤岛运行及并网运行应该用同 一套保护策略，保护功能应该是微电源的一部分且 能即插即用。 文献［7］尝试在微电网中使用行波保 护作主保护，电流变化率保护作后备保护；文献［8］ 认为当微电网结构较复杂时，会引起过流保护误动 ， 也是本文研究的重点。 本文借助实际微电网系统的 拓扑进行故障分析，希望能够发现微电网在故障期 间存在的一些共性，为目前以及将来的微电网工程 提供保护配置上的建议和参考。 1 微电网拓扑 1.1 微电网结构 本文所分析的微电网中包含直驱风机、光伏发 电（PV）、柴油发电以及储能 4 种电源， 其中储能和 柴油发电装置可作为主电源，维持整个网络的电压 和频率稳定，其拓扑简图如图 1 所示。 该微电网配备 了 2 套柴油发电装置和储能装置作主电源 ；2 套完 全相同的直驱风机，以及 2 组接在不同位置的光伏 以及出现动作盲区 ； 文献［9］ 提出了一种基于 微 电 网中心控制器的保护算法。 以上文献有的只分析了 故障特征 ， 没有与保护联系 ； 有的提出的保护原理 只适用于部分特殊情况 ， 没有普遍性 ； 还有些思想 仍需要进一步研究和证实。 但其中也指出了一些值 得思考的现象与问题。  632 线 第 1 组微电源 直驱风机 第 2 组微电源 直驱风机 K1  PV2  631 线  10 kV 母线 收稿日期：2013 - 09 － 11；修回日期：2014 - 01 - 07 基金项目：国家自然科学基金资助项目；国家重点 基础研究发展计划（973 计划）项目（2012CB215105） Project supported by the National Natural Science Foundation  储能 柴油 发电  储能 柴油 发电  PV1 of China and the Major State Basic Research Development Program of China（973 Program）（2012CB