胡经伟

摘 要：随着社会经济的高速发展，电力需求增加，日益紧张的能源问题为电力行业和环境保护带来了巨大的挑战。已发展成为集中发电，远距离输电的大型互联网络也暴露了当前电力系统安全性差、效益低等缺陷。针对这些问题，需要加大新能源以及可再生能源的发展力度，实行分布式发电。另外，一方面微电网的储能技术一直是制约微电网发展一个重大瓶颈，另一方面，当微电网出现短路引起一系列相关问题也是一重大课题，文章即对其相关问题作出相应探讨与分析。

关键词：微电网；短路故障；储能

中图分类号：TM72 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0046-02

引言

微电网主要的特点是“微和精”，“微”是指微电网与大规模系统相比更加“小巧”；“精”是指其结合了多种装置 ，例如微电源、储能装置、负荷及控制装置。微电网为保证供电可靠性方面发挥着稳定的作用。但不可否认的是微电网的出现也增加了故障的复杂性。为了使微电网更加稳定，研究可靠的保护方案成为首要任务。微电网通过控制系统管理网络范围内的各分布式电源，使各分布式电源工作在最佳状态充分利用给类再生能源的同时又可有效的抑制单个分布式电源并网给系统带来的冲击性。微电网与大电网相结合的供电方式将是今后配电网的发展的重要方向，未来的配电网将会是大量的微电网并入。完善保护和控制系统是今后微电网技术能够继续有效的发展并广泛的加以应用的重要保障。

1 微电网储能

微电网的电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量高效存儲起来，储能主要是实现在需要时候以提供必要的电能实供相应场合应用一种技术。装置两大部分构成包括：储能装置和由电力电子器件组成。储能装置主要实现能量的储存、释放或快速功率交换。电网接入装置实现储能装置与电网之间的能量双向传递与转换， 实现电力调峰、能源优化、提高供电可靠性和电力系统稳定性等功能。储能系统可以调节微电源性能，保证用户的供电质量，提高微电网供电可靠性，因此研究储能系统在微电网中的应用具有十分重要的现实意义。

2 微电网储能意义

2.1 提供短时供电

在正常情况下，微电网处于并网运行状态；当电网发生故障时，微电网将及时与电网断开，切换到孤岛运行状态。微电网在这两种模式的转换中，通常会有一定的功率缺额，由于光伏发电夜间无光、风力发电无风等外界条件的变化，会经常导致没有电能输出，这时就需要储能系统向系统中的用户持续供电。

2.2 削峰填谷

电能的生产、输送和消费实际上是同时进行的，不能大量存储。微电网存在大量的分布式电源，用电负荷总是不均衡的，在不同时间和季节出现了峰谷差大的现象。现阶段电网中绝大部分的调峰只能依靠常规电厂来承担，增加对电力设备的投资成本，其中绝大部分要由燃煤电厂负担，单位煤耗增加。储能系统可以在负荷低谷时将电能存储，在电网负荷高峰时发电，提供出力，使得火电机组稳定出力运行，降低成本，保证电网稳定安全运行。而且，储能系统相对传统的调峰电厂响应速度以ms为单位，启停迅速，调节方便。

2.3 保证电能质量

电力系统运行质量的重要内容是指电压与频率必须要满足相关条件要求，其中电压是由无功频率所决定的，必须保证在任何时候可以进行无功的交换，进而来调节系统无功系统，提高系统的电压稳定性。在另一方面，还必须通过电力电子器件的控制来调节输入/输出功率，以满足用户的负荷的需求，能够根据系统负荷变化快速调整出力来稳定系统频率，改善电网的电能质量。

2.4 满足可再生能源发展的需要

多数可再生能源诸如太阳能、风能、潮汐能等具有随机性、间歇性以及季节性的显著特点，当外界的光照、温度、风力等发生变化时，微源相应的输出能量就会发生变化，造成母线及附近电网的电压波动，同时因为并网与脱网的相对动态变化性，难免引起电压冲击与供电质量问题。利用储能系统将可再生能源间接输入电网或存储起来，连续稳定地为电网供电。大大地提高了可再生能源利用率和电网供电质量，使可再生能源得到最大化的开发利用，促进产业化发展。

3 微电网保护难点

微电网一般是直接并入配网中，而单电源辐射状的配电网中的继电保护常采用过电流保护方案。微电网中的微电源通常是经过逆变器接入，为了保护电力电子元件，逆变器控制部分中会添加限流模块，这样逆变型分布式电源在系统故障时，就不会向故障点供应很大的短路电流，虽然微电网中一般都含有多个微电源，可能会有多个电源提供短路电流，但是和大系统的短路电流相比还是小很多，从而给传统的过电流保护带来严重影响，造成传统的过电流保护配置可能不再适用；在选择性、速动性、灵敏性和可靠性方面难以满足继电保护各方面的的要求。因此需要研究适用与微电网的新的继电保护方案。本章在以上理论分析的基础上，以微电网的运行和故障的特殊性为切入点，分析微电网保护所要面临的新问题，进而提出能够满足孤岛微电网可靠运行的保护原理。

4 微电网PSCAD故障模型

组成微电网的分布式电源也称为微电源。微网中根据发电方式和能量的转换过程，可将现有的微电源等效为一个直流电源加逆变器再加上滤波装置。微电源一般可以采用恒功率控制方式（P-Q控制）或者恒电压频率控制方式（V-f控制）。V/f 控制方式可以实现情况改变时微电源之间变化功率的共享，能够保证电压和频率的稳定性。在 PQ 控制方式下，微电源向系统注入预定数值的有功和无功功率，选择合适的坐标变换参考轴，可对有功功率和无功功率分别进行控制。逆变器的PQ 控制方式适合于微电网与大电网并网运行时的情况，当微电网脱离大电网独立运行时，使用这种控制方式的微电源不能为微电网提供电压和频率的有效支撑。本文所建的微电网模型均采用恒电压频率控制方式。如图1所示建立微电网故障模型。

5 微电网孤网故障下仿真分析

微电网有并网和孤岛2种运行模式。微电网孤岛运行故障如图1所示：为研究线路以及微电源发生单相短路故障时的电流特征。本仿真微电网在并网和孤岛运行模式下发生故障时，故障线路的故障特征也不一样。下面将以单相接地故障为例，分析微电网孤岛运行模式下故障线路的特点。由图2可知，孤岛运行时发生单相短路故障时，恒压恒频控制的微电源DG2发生单相短路接地故障时，由于微电源自身的控制使其电流在增幅约为2倍左右。而DG2的故障作为DG1的远端故障，能提供的故障电流有限，故使得稳态故障电流的幅值也很小，不高于额定电流的2倍。

6 结束语

本文在PSCAD/EMTDC软件平台上建立了含2个逆变型微电源的微电网仿真模型，对孤岛和并网两种运行模式下微电源和线路发生单相接地短路故障进行仿真，可以得出看出在孤岛模式下，微电源受恒压恒频控制，其输出的故障电流小于额定电流的2倍。

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