微电网运行与控制4

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微电网运行与 控制
2014-2015学年 第一学期
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微电网运行与控制
第一章
第二章
微电网概述
微电网组成元件
第三章
第四章
微电网基本控制方法
微电网多代理优化控制方法
第五章
微电网保护
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五、微电网保护
5.1 DG对传统保护的影响
5.2 DG故障电流特性
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四、微电网故障电流特性分析
(2）VF控制故障
A短路故障
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四、微电网故障电流特性分析
(2）VF控制故障
A短路故障，恒压恒频运行状态
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四、微电网故障电流特性分析
(2）VF控制故障
A短路故障，正序电流保护仿真
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四、微电网故障电流特性分析
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三、DG故障电流特性分析
（1）非对称故障时的分析 Eg.
负序图
零序图
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三、DG故障电流特性分析
（1）非对称故障时的分析 DG采用VF控制策略： 1、故障电流未达到饱和值 2、故障电流达到饱和值
或
负序图
零序图
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三、DG故障电流特性分析
线路line_PQ发生BC相间短路故障
恒正序电流状态仿真结果（%5发生故障）
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
线路line_PQ发生A短路故障
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
恒功率输出状态仿真图
线路line_PQ发生A短路故障
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四、微电网故障电流特性分析
(2) VF控制逆变型 电源仿真
故障2：BC相间短路
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四、微电网故障电流特性分析
(2) BC相间短路
BC短路故障，恒压恒频运行状态
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四、微电网故障电流特性分析
(2) BC相间短路
BC短路故障，恒压恒频运行状态
分成两种故障情况：
（1）对称故障时的分析 （2）非对称故障时的分析
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三、DG故障电流特性分析
（1）对称故障时的分析
PQ控制的DG电源特性：
1)正序电流未达到保护限值 DG维持恒功率状态
或
2）正序电流负载达到饱和限值
DG运行在恒正序电流输出状态
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三、DG故障电流特性分析
2.孤岛效应发生机理及危害
(1)、当自动开关C 跳开时,DG1与其周 围负载一起形成孤 岛系统
(2)、当熔断丝F断开 时,DG3 其周围负载 一起形成孤岛系统
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一、孤岛保护的相关基本概念
2.孤岛效应发生机理及危害
光伏并网发电系统的功率流向
孤岛发生的充要条件: （1）DG提供的有功与负载有功功率近似匹配 （2）DG提供的无功功率与负载的无功功率近似匹配
线路阻抗正负序阻抗相等： 0.253+0.072jΩ/km,零序阻抗为 1.012+j0.289Ω/km
线路长度:L-Dis=1km, line_pq=2km, line_vf=2km
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
闭合开关K1,K3,断开开关K2，构成 双端电源系统。 线路line_PQ发生三相短路故障
（1）非对称故障时的分析
逆变器输出三相电流
系统侧输出三相电流
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5.2 DG故障电流特性
• 一、传统电力系统的故障分析 • 二、典型控制策略下DG输出特性分析 • 三、DG故障电流特性分析 • 四、微电网故障电流特性分析
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四、微电网故障电流特性分析
电网侧：额定容量10MVA 内电势为0.4kV，内阻抗0.016欧姆 PQ逆变电源：额定容量0.5MVA, 出口额定线电压0.4kV,内阻抗为 0.032欧姆，饱和电流值为1倍额定 电流，有功参考值为0.3MW和 0.1MVar Vf逆变电源：额定容量0.5MVA,出 口额定线电压0.4kV,内阻抗为0.032 欧姆，饱和电流值为1倍额定电流
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
恒功率输出故障状态仿真结果
恒正序电流输出故障状态仿真结果
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
线路line_PQ发生BC相间短路故障
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四、微电网故障电流特性分析
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5.2 DG故障电流特性
• 一、传统电力系统的故障分析 • 二、典型控制策略下DG输出特性分析 • 三、DG故障电流特性分析 • 四、微电网故障电流特性分析
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一、传统电力系统的故障分析
（1）短路故障类型
危害最 大
发生频 率最高
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一、传统电力系统的故障分析
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
线路line_PQ发生A短路故障
恒功率输出状态仿真图
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四、微电网故障电流特性分析
(1）PQ控制策略故障
1、PQ 控制型逆变电源在系统故障后存在恒功率输出和恒正序电流输出两种 输出状态，且具有明显的非线性特征。当 PQ 逆变电源运行在恒功率输出态时， 表现出以下两点特性：一是 PQ 逆变电源输出的正序电流值的大小随着故障点 到逆变电源出口母线距离的减小而逐渐增大，但都小于限幅电流极限值；二是 故障后 PQ 逆变电源主要保持有功功率输出恒定，无功功率输出相比于无功参 考值略有降低。
2 、故障后，当 PQ 逆变电源输出的正序电流小于限幅电流极限值时，同一 故障点处的三相故障电流是最大的，单相接地短路电流最小。反之，故障后当 PQ 逆变电源运行在恒正序电流输出状态时，不对称故障的故障电流要大于同 一点处三相故障时的故障电流。
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四、微电网故障电流特性分析
(2) VF控制逆变型电源仿真
5.3 孤岛保护
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5.3 微电网孤岛保护
一、孤岛保护的相关基本概念 二、孤岛检测方法
三、孤岛检测盲区
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一、孤岛保护的相关基本概念
4.IEEE 1547 孤岛检测标准
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一、孤岛保护的相关基本概念
1.孤岛效应
孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时,停电线路由 所连的并网发电装置继续供电,并连同周围负载构成一个自给供电的 孤岛的现象。
微电网运行与 控制
2014-2015学年 第一学期
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微电网运行与控制
第一章
第二章
微电网概述
微电网组成元件
第三章
第四章
微电网基本控制方法
微电网多代理优化控制方法
第五章
微电网保护
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五、微电网保护
5.1 DG对传统保护的影响
5.2 DG故障电流特性
5.3 孤岛保护
(1) PQ控制逆变型电源仿真
线路line_PQ发生BC相间短路故障
续表
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
线路line_PQ发生BC相间短路故障
恒功率状态仿真结果（50%）发生故障
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四、微电网故障电流特性分析
(1) PQ控制逆变型电源仿真
2）正序电流负载达到饱和限值 DG运行在恒正序电流输出状态
系统失去稳定
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5.2 DG故障电流特性
• 一、传统电力系统的故障分析 • 二、典型控制策略下DG输出特性分析 • 三、DG故障电流特性分析 • 四、微电网故障电流特性分析
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三、DG故障电流特性分析
简单含DG的双端供电网络
（2）对称分量法
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一、传统电力系统的故障分析
（2）对称分量法
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一、传统电力系统的故障分析
（3）三相短路分析
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一、传统电力系统的故障分析
（4）单相接地短路分析
边界条件
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一、传统电力系统的故障分析
（4）单相接地短路分析
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5.2 DG故障电流特性
• 一、传统电力系统的故障分析 • 二、典型控制策略下DG输出特性分析 • 三、DG故障电流特性分析 • 四、微电网故障电流特性分析
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
• 回顾
• （1）VF控制
（2）PQ控制
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
（1）非对称故障时的分析 对称分量法
正序图
负序图
零序图
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三、DG故障电流特性分析
（1）非对称故障时的分析 Eg.
系统侧电源电压为0.4kV,内阻抗Xs为0.016Ω 。线路长度为1km,线路单位长度 正序阻抗及负序阻抗为0.253+j0.072Ω 。 逆变器采用VF控制，相电压为0.23kV,内阻抗Xinv为0.016欧姆，电流饱和值 为1.44kA 线路中点发生BC相金属短接故障
（1）非对称故障时的分析 故障发生在线路中点
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三、DG故障电流特性分析
（1）非对称故障时的分析
逆变器输出三相电流
系统侧输出三相电流
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三、DG故障电流特性分析
（1）非对称故障时的分析 故障发生在距离逆变电源0.2km处
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三、DG故障电流特性分析
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一、孤岛保护的相关基本概念
2.孤岛效应发生机理及危害
孤岛效应产生的危害： （1）孤岛效应使电压及其频率失去控制,如果分布式发电系统中的发电装 置没有电压和频率的调节能力且没有电压和频率保护继电器来限制电压和频率 的偏移,孤岛系统中的电压和频率将会发生较大的波动,从而对电网和用户设 备造成损坏； （2）孤岛系统被重新接入电网时,由于重合闸时系统中的分布式发电装置 可能与电网不同步,可能使电路断路器装置受到损坏,并且可能产生很高的冲 击电流,从而损害孤岛系统中的分布式发电装置,甚至导致电网重新跳闸；
(2）VF控制策略故障
1、V/F逆变电源在系统故障后存在两种运行状态，并具有明显的非线性特征。 当 V/f 控制型逆变电源输出的正序电流未达到极限值时，V/f 逆变电源能够维持 其端口电压和输出频率的稳定，即 V/f 逆变电源运行在恒压恒频率状态，且在 该运行状态下V/f逆变电源输出的正序电流值大小随着故障点到逆变电源出口母 线,距离的减小而增大；一旦 V/f 控制型逆变电源输出的正序电流达到极限值， 则其输出的正序电流值就不再随着故障距离的进一步减小而变化，呈现出极强 的非线性特征，并在一定程度上抑制了 V/f 逆变电源在系统严重故障时提供故 障电流的能力 2 、当 V/f 控制型逆变电源运行在恒正序电流输出状态时，系统可能产生振 荡现象。上述已说明，当 V/f 逆变电源输出的正序电流达到限幅电流极限值时， 由于电源的频率支撑能力达到极限而导致频率跌落，不能与系统侧电源保持相 位同步而引发振荡现象
两类孤岛：计划孤岛、非计划孤岛 计划孤岛：因电网检修或优化运行要求,电网主动断开DG，而DG继 续向周围负载供电, 提高供电质量和可靠性。 非计划孤岛：由于电网突发故障导致DG被动脱离电网，DG继续维 持向周围负载供电，属于不可以预料的事件
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一、孤岛保护的相关基本概念
闭合开关K2,K3,断开开关K1，构成 双端电源系统。 线路line_VF发生三相短路故障
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四、微电网故障电流特性分析
(2) VF控制逆变型电源仿真
故障1：三相短路
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四、微电网故障电流特性分析
(2) VF控制逆变型电源仿真
三相短路故障，恒压恒频运行状态
三相短路故障，恒压恒频运行状态
（1）分布式电源限流控制器
Dq坐标系控制器限流
限流公式：
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
（2）PQ控制逆变器输出特性
PQ 控制方法
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
（2）PQ控制逆变器输出特性
电网发生故障时，存在两种输出状态 1)正序电流未达到保护限值
DG维持恒功率状态
或
2）正序电流负载达到饱和限值 DG运行在恒正序电流输出状态
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
（2）VF控制逆变器输出特性
dq坐标系下的VF控制策略
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二、典型控制策略下DG输出特性分析
（2）VF控制逆变器输出特性
电网发生故障时，VF控制逆变器存在两 种状态 1)正序电流未达到保护限值 DG运行在恒压恒频