微电网控制与保护学习心得

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 large 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 distributed 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 requirements, 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DG。

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20kW~10MW；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