第44卷增刊1中南大学学报(自然科学版)V ol.44Suppl.1 2013年7月Journal of Central South University(Science and Technology)July2013微电网的保护方法苏海滨，穆春阳，王娜，刘江伟(华北水利水电大学电力学院,河南郑州,450011)摘要：提出了一种用于电力电子接口的微电网系统故障保护方法，该方法能够快速可靠地检测微电网内不同类型的故障。
微电网保护单元利用基于差动和对称电流分量的探测方法可以检测到微电网不同类型故障电流，控制相应的断路器动作，隔离故障区域，以保护微电网。
仿真和实验结果验证了该方法的有效性。
关键词：微电网保护；分布式电源；电流序分量中图分类号：TM764文献标志码：A文章编号：1672−7207(2013)S1−0407−04Method of micro-grid ProtectionSU Haibin,MU Chunyang,WANG na,LIU Jiangwei(Electric Power School,North China University of Water Conservancy and Electric Power,Zhengzhou450011,China)Abstract:A novel fault detection method of Micro-grid system based on differential and current sequence components was proposed.This method provides reliable and fast detection for different types of faults within the micro-grid.The fault position was detected based on differential and current sequence components by the protection units.The associated breaker was tripped to isolate the faults section from the network.The experiment and simulation results show that the method is very effective for detecting different types of faults within the micro-grid.Key words:micro-grid protection;distributed generation;current sequence components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，也可以孤立运行[1−2]。
正常情况下微电网与大电网并网连接运行，此时微电网故障保护与传统故障保护一样。
当微电网进入孤岛运行模式时，微电网中故障电流相对较小，并且微电网内功率流方向是双向流动，使得传统继电保护不再适用于微电网，因此，必须寻找新的保护方法和措施[3−4]。
1微电网结构图1所示为微电网的单线连接示意图。
微电网包括：静态开关和微电源。
微电网含有3个微电源，分别为A1、A2和B1；4个本地负载，分别为L1、L2、L3和L4。
每一个微电源可以提供的最大输出功率为100kW，每个负载消耗的最大功率不超过120kW，整个微电网负载总功率不应超过240kW。
微电网和主电网之间连接有一个静态开关SS(Static Switch)。
微电网和主电网合起来共划分5个保护区域，如图1所示。
当微电网中出现故障、电能质量问题或IEEE1547标准中描述的问题时，引起电网扰动，静态开关断开微电网和主电网的连接，微电网进入孤岛模式运行，微电网中不再出现跳闸事件后静态开关能重新自动连接[5−6]。
收稿日期：2013−03−01；修回日期：2013−05−02基金项目：国家电网公司项目(2010GW1046)通信作者：苏海滨(1964−)，男，河南南阳人，博士，教授，从事电力电子技术及电力系统自动控制研究；电话：0371−69127263；E-mail:suhaibin@中南大学学报(自然科学版)第44卷408图1微电网模型Fig.1Structure of micro-grid2微电网保护方法本文主要研究微电网在并网和孤岛模式下SLG(单相接地)和LL(相间)故障的保护问题。
保护的理念是故障发生时静态开关快速断开，微电网首先脱离主电网进入孤岛模式运行，由于电力电子设备短路电流被限制在2倍额定电流以内，所以在孤岛运行模式下微电网中故障电流相对较小，使得传统的过电流保护配置不再适用于微电网的故障保护。
通过实验表明微电网SLG 故障通常产生零序和负序电流分量，LL 故障只产生负序电流分量。
因此，可以利用差动和零序电流分量作为SLG 故障的主保护，应用负序电流分量作为LL 故障的主保护。
在主保护系统不动作时，可以采用反时限过电流保护作为一级后备保护。
二级后备保护采用传统的过电流保护 (I max )。
必须注意的是，在基于差动和对称电流保护措施中，当静态开关保护不起作用时，反时限过电流保护和过电流保护才作为后备保护动作。
2.1SLG 故障分析本文采用差动和零序电流分量检测作为SLG 故障的主保护。
定义差动电流为I d 。
∑==nc b a k kI I ,,,d 式中：I a ，I b 和I c 为各相电流；I n 为中性点电流。
通过对称分量法将微电网内不对称电流向量用3个独立的对称分量替代，分别为正序电流分量I +，负序电流分量I -和零序电流分量I 0。
微电网不同区域内的继电器分别检测相应的差动电流和负序电流分量，增刊1苏海滨，等：微电网的保护方法409发生在继电器下游区域的故障可以通过检测差动电流进行保护，发生在继电器下游区域的故障可以通过检测零序电流进行保护。
微电网保护区域2，3，4和5中发生SLG故障时，通过MATLAB进行仿真。
微电网系统中负载L1，L2，L3和L4功率分别设定为40，100，80和20kW，区域3微电源输出功率设定为40kW，区域4和区域5微电源输出功率设定为50kW和50kW。
在并网和孤岛模式时，在每个保护区域内发生SLG故障，单相接地故障电阻R f=1.698Ω，分别测量出其相电流幅值、对称电流序分量(|I+|，|I−|和|I0|)。
如表1所示区域4的仿真数据。
表1区域4SLG时继电器测量到的电流分量Table1Current components at micro-grid relays forSLG fault in Zone4模式Device|I a||I b||I c||I+||I-||I0|并网Relay2478.5396.8359.21228190.829.72 Relay3393.7304.5275.5965.419329.72 Relay4140.9109.670.13306.9 1.33125.6 Relay590.459192.47273.5 3.860孤岛Relay2000000 Relay3280.3247.7256.5783.559.160 Relay4212.7140.9143.1494.699.0446.66 Relay5276.6268.3243.5787.458.8902.2LL故障分析采用零序电流分量检测作为LL故障的主保护。
微电网保护区域2，3，4和5中发生LL故障时，通过MATLAB进行仿真。
微电网稳态状态运行下微电源和负载参数同上述SLG故障参数。
在并网和孤岛模式时，在每个保护区域内发生LL故障，故障电阻R f=1.698Ω，分别测量出其相电流幅值、对称电流序分量(|I+|、|I-|、|I0|)。
如下表2所示区域4的仿真数据。
分析所取得的仿真数据可以得出继电器合适的电流阈值：|I0|=40A，|I d|=16A，|I-|=100A。
这些阈值保证了保护系统可以检测并清除微电网所有区域内的SLG 故障和LL故障。
3仿真结果系统仿真在Matlab Simulink SimPowerSystems上表2区域4发生LL时继电器测量到的电流分量Table2Current components at micro-grid relays foran LL fault in Zone4模式Device|I a||I b||I c||I+||I-||I0|并网Relay2603.1682.1348.61586578.60Relay3535.8589.9258.21331578.10Relay4438475.2141.5988580.30Relay590.7590.5893.22274 5.40孤岛Relay2000000Relay3400.8368.5308.31072160.70Relay4306.7306.4168.9763.8257.10Relay5355.6408.5318.110761600完成，仿真完成了各种故障分析，其中包括故障发生位置和所有故障类型，本文中举例给出保护区域4中SLG故障和LL故障保护方法的分析，微电网其他区域的故障保护方法与区域4的保护原理相同。
3.1保护区域4中发生SLG故障微电网稳态运行，保护区域4中发生SLG故障时，微电网保护继电器检测电压和电流波形和继电器动作信号波形如图2~4所示。
图2区域4发生SLG故障时继电器2的电流响应Fig.2Three-phase currents of the relay2toa SLG fault in Zone4继电器2检测到差动电流分量超过16A后立即命令静态开关立即跳闸，如图3所示。
继电器3没有发出跳闸命令，原因是继电器3内置了10周期延时，当断路器QF4清除故障后，继电器3检测到的差动电流分量在10个周期时间内又跌落到1个标幺值(16A)以下。
图4所示为继电器4中差动电流分量高于1个标幺值(16A)并持续时间超过60ms，给断路器QF4发送跳闸命令。
继电器5没有命令跳闸，因为它检测的差动和对称电流分量均没有超出一个标幺值的阈值。
中南大学学报(自然科学版)第44卷410图3区域4发生SLG 故障时继电器2的动作信号Fig.3Output command of the relay 2toa SLG fault in Zone4图4区域4发生SLG 故障时继电器4的动作信号Fig.4Output command of the relay 4toa SLG fault in Zone 4保护区域4中发生SLG 故障保护案例中，静态开关断开微电网与主电网的连接，使微电网孤岛运行，断路器QF4断开保护区域4，并关闭区域内微电源A 2。