微电网保护外文翻译资料

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微电网保护

H. Nikkhajoei，IEEE会员，RH Lasseter，研究员，

摘要

通常，微电网可以在并网模式和孤岛模式下工作,其中微电网通过称为静态开关（SS）的快速半导体开关与主电力系统连接。在并网和孤岛运行模式下保护微电网对于所有类型的故障都是至关重要的。主要问题出现在岛式逆变器源运行中。逆变器故障电流受到硅器件额定值约2 p.u.额定电流的限制。基于孤岛的微电网中的故障电流可能没有足够的幅度来使用传统的过电流保护技术。保护理念是针对孤岛和并网运行采取相同的保护策略。静态开关旨在打开所有故障。

索引术语 - 微电网，保护，逆变器，DER

1. 微电网概念

C

ERTS微电网有两个关键组件，即静态开关和微电源。 静态开关

有能力自主地将微电网从诸如故障，IEEE 1547事件或电能质量事件之类的干扰中分离出来。孤岛后，微电网的重新连接是在跳闸事件不再存在后自主实现的。这种同步是通过使用孤岛微电网和公用电网之间的频率差来实现的，其确保瞬时自由操作而不必在连接点匹配频率和相位角。每个微源可以使用功率与频率下垂控制器无缝平衡孤岛微电网上的功率。该频率下降还确保微电网频率与电网频率不同，以便于重新连接到电网。

为了提高可靠性，微电网的每个组件都采用点对点和即插即用的模式。点对点概念确保没有组件，例如对微电网运行至关重要的主控制器或中央存储单元。这意味着微电网可以继续运行而损失任何

本文中描述的工作由电力可靠性技术解决方案联盟协调，加州能源委员会公共利益能源研究计划资助，合同号为＃500-03-024。

H. Nikkhajoei博士和RH Lasseter教授隶属于威斯康星大学麦迪逊分校电子与计算机工程系

组件或发电机。通过一个额外的源（N 1），我们可以确保完整的功能和任何源的丢失。即插即用意味着可以将一个单元放置在电气系统的任何一点上，而无需重新设计控制，从而减少出现工程错误的可能性。即插即用模式有助于将发电机放置在热负荷附近，从而可以更有效地利用废热，而不需要复杂的热量分配系统，如蒸汽和冷水管。

点对点和即插即用的概念也影响了保护设计。点对点概念确保没有保护组件，例如对微电网保护至关重要的主协调器或通信系统。即插即用意味着一个单元可以放置在电气系统的任何一点，而无需重新设计保护，从而减少了工程错误的可能性。这意味着微电网保护是每个来源的一部分。

1. 基本保护问题

通常，微电网可以在并网模式和孤岛模式下工作，其中微电网通过称为静态开关（SS）的快速半导体开关与主电力系统连接。在并网和孤岛运行模式下保护微电网对于所有类型的故障都是至关重要的。主要问题出现在岛式逆变器源运行中。逆变器故障电流受到硅器件额定值约2 p.u.额定电流的限制。基于孤岛的微电网中的故障电流可能没有足够的幅度来使用传统的过电流保护技术。这种可能性需要扩大保护策略。

保护理念是针对孤岛和并网运行采取相同的保护策略。 静态开关旨在打开所有故障。在静态开关打开的情况下，微电网内的故障需要利用不依赖于高故障电流的技术来清除。图1显示了一个简单的微电网。SS（静态开关）将公用设施从微电网中分离出来。孤岛部分包含两个负载和基于逆变器的电源。微电网假设电源具有足够的额定值以满足岛模式下的负载需求。这个例子展示了使用具有共同接地点和并联一个源的四线配置的源之间的阻抗串联的两个源。

1-4244-1298-6 / 07 / $ 25.00copy;2007 IEEE。

在这个例子中，我们假设在2区和3区之间，3区和4区之间以及2区和5区之间设有4个保护区。系统的设计可以不使用这些断路器，但保护区保持不变。在任何一种情况下，提供故障的来源都必须关闭而没有通信。例如，对于区域2中的故障，我们预期区域2中的SS以1/2到2个周期打开，区域2-3,3-4和2-5之间的断路器通过基于逆变器的源打开所有区域关闭。如果故障位于4区，理想情况下，SS将打开，3区和4区之间的断路器将断开，但区2和3之间的断路器不会。区域4的来源也会关闭。这将导致Zone 2，Zone 3和Zone 5作为岛屿运行。

效用

SS

3

Z-2

3

继电器3

3

加载

N

继电器4

继电器5

继电器2

逆变器源

逆变器源

Z-4

Z-3

加载

Z-5

加载

逆变器源

图1.串联电源的简单微电网

单线对地（SLG）故障

每个区域的基本故障传感器是; 每相的电流传感器和电流传感器将三相和中性区域2，3和40相加。最初认为微电网可以基于电流I的微分分量（至少对于SLG故障）得到保护，

（Id =sum;Ik ）对于任意数量的串联电源来说。

k = a，b，c，n

例如，在图1中，区域4中的SLG故障将在区域2,3和4中产生非零差分电流。这将导致继电器2在1/2 - 2个周期内打开SS，随后继电器4打开其断路器并关闭Zone 4中的电源。使用Relay-3中的延迟将允许故障上游的微电网部分保持运行。这部分可以自动重新连接到公用设施，因为故障部分不再连接。这个概念的问题在于故障下游的任何区域都不会看到接地电流的影响。Id ，三相电流和中性线电流之和，将为零。

例如，区域3中的SLG故障将为SS和Relay-3创建差分电流信号，以打开和关闭区域3中的电源，但区域4继电器不会看到故障。故障接地电流不通过4区，因此继电器-4检测到的差分电流分量为零。这将使第3区和第4区成为断层子岛。对于在区域之间没有断路器的微电网情况下，SS将打开并且区域3中的源将被关闭，但区域4中的源不会关闭。它将继续运行并喂入故障。如果故障为高阻抗，则过电流和I²t等后备检测方法不会在区域4中跳闸。欠压保护可能会提供一些备用，但这又会产生问题。 这个问题需要对SLG故障使用零序电流检测。在这种情况下，这被定义为三相电流的矢量和。

例如，考虑图1中的系统，其中所有区域的负载为40 kW，区域3的电源为40 kW，区域4和5的功率为20 kW。标称的线到线电压是480伏。这意味着电网提供40千瓦。当高阻抗SLG（〜28 kW）故障施加到A相时，在3区，Relay-2将看到故障 Id gt;0，并在5-10毫秒内打开SS。表I列出了每个继电器所产生的序列电压和电流。

表I：A继电器所发现的故障电流

第3区和SS开放的SLG故障

继电器-4有3个周期的延迟以确保SS先打开。继电器3有10个周期的延迟以确保4区将首先关闭。从表中可以看出，Relay-4的差动电流为零，但零序电流提供了跳闸信号。请注意，由于每个电源的本地电压控制，电压不平衡很小（〜1％）。差动电流和零序电流之间的通常关系是cts和中性线连接到逆变器变压器的位置的函数。

不平衡负载和零序电流之间的协调非常重要。不平衡负载导致零序跳闸。差分电流检测不会看到不平衡的负载。

线到线（L到L）故障

使用I²t保护L-to-L故障对于低阻抗故障有效，但在很多情况下，跳闸时间会很长，对负载和公用设施造成不必要的干扰。高阻抗故障电流幅度不足以提供跳闸。 我们的方法是使用负序电流来检测线到线故障。

表II继电器设置

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