微电网故障分析及保护配置开题报告

某某大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：微电网保护开题

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指导教师：

完成日期：

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

如今化石能源逐渐枯竭及环境污染问题也日趋严重，寻找新的能源问题已经成为无可阻挡的事实。就电力行业而言，随着国家电网公司《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》的发布，分布式发电相关政策密集出台［1］。分布式发电具有投资省、发电方式灵活且不污染环境等优点，然而分布式电源( Distributed Generation，DG) 具有间歇性、随机性等特点，大量并网将会给电网带来诸多不利影响［3］。微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响［13］。但微电网的不断接入极大地改变了原来配电网的结构，必须对微电网的电能质量、控制方式以及保护方法等诸多问题进行深入研究。国内关于微电网保护的研究对于微电网的保护系统来说，其在并网和孤岛两种不同运行模式下故障电流存在巨大差异，这已成为保护整定和配置的一个难题。为此，有必要针对不同运行模式下的微电网开展精确的故障分析，从而为建立完整的微电网继电保护系统提供基础［6］。目前国内对于微电网研究主要有以下几个方面[11]：

1.在微电网并网模式和孤岛模式中采用相同的保护策略，通过相邻保护单元之间相互交换带方向的故障信息，确定故障范围，快速动作切除故障。

2.对配电网中常见的反时限过电流保护原理进行改进，在故障判据中加入低电压加速动作因子，实现无需借助通信的低电压反时限过电流微电网保护。

3.提出开发智能继电器测量线路两端的同步信息，实现微电网线路的差动保护。

4.设计了一种以工业控制计算机为核心的微电网保护系统，保护方案为利用采集到的电压参数和故障方向信息进行矩阵运算，通过运算结果判定并隔离故障区域。

5.采用以树图描述微电网的思想，将断路器看作图的边，以网络化数字保护为手段，提出了基于图模型的微电网边方向变化量矩阵保护算法。

6.针对微电网外部故障时正序分量、负序分量和零序分量关系实现故障选相，提出了基于故障分量和dq 变换的微电网单相接地故障识别方案。

7.从微电网作为一个小型发、配电系统的角度出发，提出了将微电网进行分

级或分区保护的方案。

8.以连接有DG 和负荷的母线为分区依据，建立微电网的二叉树模型，同时引入功率不平衡度的概念，形成故障决策树实现微电网的分区保护。

国外关于微电网的研究

1.提出在不需要大规模改造配电网保护装置的前提下，通过改进保护装置的性能实现微电网保护技术的提升。

2.针对微电网并网运行和孤岛运行的不同模式，通过改造相量测量单元( PMU) 等检测装置来更好地实现微电网的保护与控制［14］。

3.通过隔离算法检测微电网的运行模式，提出针对不同模式适用不同保护算法的自适应保护原理。

4.对馈线末端的继电器增加通信模块，通过对继电器的改造解决继电器之间的相互配合问题［12］。

5.提出基于微电网中央保护单元的集中式系统保护方案。

6.根据IEC61850 通信协议的标准，提出在微电网中设立一个中央微电网保护单元实现全网的检测与保护。

7.根据微电网控制的需要，在每条馈线的终端广泛设置微电网控制器(MC)，通过众多的MC 保护信息汇集到微电网中央控制器(MCC),将保护算法集

成到MCC 的保护模块中实现微电网保护与控制的结合［15］。

8.通过对分布于微电网中的众多继电器安装通信装置，实时监测和更新流过继电器的故障电流信息，根据故障电流的变化确定微电网的故障区域。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

此次对于微电网故障分析与保护装置的研究主要内容包括：了解微电网结构及控制策略；建立微电网模型；分析微电网孤岛和并网运行时的故障特性；微电网孤岛运行时保护方案分析；微电网并网运行时保护方案分析；提出微电网在孤岛运行和并网运行时均有效的保护方案。最终给出理论分析和Matlab仿真分析结果。

对于此次项目最主要的问题有 2 点［13］:

1. 如何提取故障特征;

2. 在不同模式、不同故障点情况下，如何为微电网提供充分的保护。

三、研究步骤、方法及措施

项目开始首先需要进行资料的查找，通过网络、书籍、学术期刊等途径了解当今的发展形势，以及面临的问题并找出解决的突破口，掌握微电网结构及其故障电流特征，建立微电网模型。

然后学习研究相关知识，对比各种不同的控制方法，选择最优的控制策略。由于在并网条件下，微电网内发生故障时的故障特性与传统故障特性类似。但由于多分布式电源的存在，使得故障点存在双端电源向故障点供电的情况，所以并网条件下保护配置方案应考虑短路电流方向及大小的改变。同时在并网条件下发生故障时，不论是微电网侧还是配网侧故障，都以断开微电网为先，以避免由于微电网的加入使故障特性复杂化，影响重合闸的策略等。在孤岛离网条件下，由于分布式电源的特殊性，其短路容量较小，当系统发生故障时，故障点的短路电流相对较小，对称故障下保护安装处的相电压跌落明显，不对称故障下保护安装处测得的负序电压和负序电流将会明显增大。所以，在孤岛条件下馈线上的保护配置必须做出相对调整。

由于微电网在并网和孤岛条件下不同的故障特性，微电网保护必须依据微电网运行状态改变保护策略［9］。寻求微电网在孤岛及并网等不同运行方式下的故障分析方法是很必要的，通过不同运行方式下的故障分析提出合理的孤岛运行保护方案并分析，提出合理的并网运行保护方案并分析。

最终通过对孤岛和并网两种不同的运行方式下的分析提出一种能够在孤岛与并网时均有效的保护方案，其中主要在以下几个方面进行更系统、深入的探讨：

(1)微电网的继电保护必需与其控制结合起来，通过研究微电网的运行特性、控制原理以及对故障的响应特性来指导微电网继电保护的研究。

(2)无论是系统级保护还是单元级保护，都要求微电网各个单元之间能实现通信。必须寻求一种稳定不易被干扰的通信和信号的处理方式。

(3)微电网的保护要有系统性，单元级保护要求微电网孤网运行模式和并网运行模式下要有一致。不仅要保护微电网安全稳定运行，还要尽可能减少微电网并网对公共电网的不利影响［10］。并最终通过Matlab进行仿真验证其可行性。完成毕业设计论文。

研究方法：文献分析法、对比研究法、定性分析法、模拟法。

四、研究工作进度

1-2周熟悉微电网研究背景、工作原理及保护目的；

3-4周掌握微电网结构及故障电流特性完成开题报告；

5-8周建立微电网模型，对孤岛及并网两种不同的运行状态提出不同的控制方法；

9-11周根据不同的运行状态及控制策略确定故障特性分析方法；

12-13周设计能够在孤岛及并网两种运行状态下均符合的保护方法；

14-15周进行Matlab仿真模拟，验证保护方法；

16-17周论文撰写答辩准备。

五、主要参考文献

[1]沈沉,吴翔宇,王志文.微电网实践与发展思考[J].电力系统保护与控

制,2014,42(5):1-11.

[2] 杨新法,苏剑,吕志鹏.微电网技术综述[J].中国电机工程学

报,2014,34(1):57-70.

[3] 左文霞,李澍森,吴夕科.微电网技术及发展概括[J].中国电

力,2009,42(7):26-30.

[4] Mirsaeidi S, Said D M, Wazir Mustafa M, et al. An analytical literature

review of the available techniques for the protection of micro-grids[J].

International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2014:300–306.

[5] 吕婷婷,段玉兵,龚宇雷.微电网故障暂态分析及抑制方法研究[J].电力系

统保护与控制,2011,39(2):102-107.

[6] 曾德辉,潘国清,王钢.含V/f 控制DG 的微电网故障分析方法[J]. 中国

电机工程学报,2014,34(16):2604-2611.

[7] HANNU J L.Protection principles for future microgrids［J］．IEEE

Transactions on Power Delivery，2010，25(12):2910-2918．

[8] 贾清泉,孙玲玲,王美娟.基于节点搜索的微电网自适应保护方法[J].中国

电机工程学报,2014,34(10):1650-1657.

[9] 杨湛晔,毛建容,马红伟.微电网多级保护与控制的实现及优化分析[J].电

力系统及其自动化学报,2012,34(10):137-142.

[10] 张宗包,袁荣湘,赵树华.微电网继电保护方法探讨[J].电力系统保护与控

制,2010,38(18):204-209.

[11] 牟龙华,姜斌,童荣斌.微电网继电保护技术研究综述[J].电器与能效管理

技术,2014，（12）:1-7.

[12] SORTOMME E,VENKATA,MITRA J D.Microgrid protection using

communication-assited digital relays［J］．IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(4):2789-2796.

[13] 李澍森.微电网核心技术体系研究[J].电器与能效管理技术,2014,

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[14] VENKATA S S,https://www.360docs.net/doc/6510501950.html,ing advanced measurement systems for

microgrid protection［C］．Conference on innovative smart grid Technologies，2012

[15] USTUN T S，OZANSOY C，ZAYEGH A.Fault current coefficient and time

delay assignment for microgrid protection system with central protection Unit［J］．IEEE Transactions on Power Systems，2012，28(2):598-606．[16] 杨志淳,乐健,刘开培.微电网并网标准研究[J].电力系统保护与控制,

2012,40(2):66-71.

六、指导教师意见

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果：□通过□完善后通过□未通过

负责人签字：

年月日