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PCCPVDGBATEDLC
图4-2 实证性项目中保护的逻辑
仅以并网点逆潮流保护为例，阐述保护发生过程:保护集成在断路器内部，逆功率超过保护值40kW时，断路器控制单元M6C自带常开触点S1合上，SDE故障触点闭合，断路器跳闸，其常开触点QF闭合，如下图4-3所示，中间继电器3KA、4KA、5KA带电，其各自的常开触点闭合，使得DG的DG_X1节点与DG_X2节点接通，BAT的BAT_X1节点与 BAT_X2节点接通，EDLC的EDLC_X1节点与EDLC_X2节点接通，PV，DG，BAT等保护跳闸，同时通过通信线上报控制后台，QF常闭触点恢复，HG停止指示灯亮，显示断路器跳闸。
3KAQFL4KA5KAQFNDG_X1BAT_X2EDLC_X23KA4KA5KADG_X2BAT_X2EDLC_X2
图4-3 并网点保护时连锁保护逻辑
4.2 基于全局信息的集中式保护
前文提及，微电网孤岛运行时三相短路故障，V/F控制下的逆变电源端口的电压跌落不明显，而且输出电流也不是很大，用传统的电压电流保护就无法启动。孤岛运行时的不对称故障输出的序电流也远小于并网时的，控制方式能改变短路电流的特征，并网和孤岛情况下微网故障特征不同，其在并网和孤岛情况下保护设置也不应相同。
基于单点信息量的保护不一定总有效，运行方式的频繁切换，导致过电流、序分量等基于单点信息的保护可能失效，整定值需要实时更新。当微电网不平衡或是有不平衡负载接入后，正常运行下就会有零负序量的产生，引起保护的误动作。高阻抗接地故障发生时，差动保护可能也无法检测到。
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微网数字化比重越来越高，相比较于开环运行，闭环供电具有显著优势。微电网内潮流的双向流动加上运行控制方案的时刻多变，故障反馈信息不足以可靠启动保护设备时，将微电网的保护紧密结合控制方案，综合全局信息量的进行集中式保护方案决策和在线的整定值更新成为了必要。这就需要将计算机、通信信息等技术融合到保护设计方案中，随着智能配电网的发展，变电站、开关站在利用电子式互感器、IEC61850、通信网络等方面已经取得了重大的技术突破，也为微电网基于广域信息的分布式保护的实现提供了关键技术支撑。
4.2.1 微电网内的保护配置
微电网内分布式的保护装置主要包括PCC处开关控制、DG出口处保护、线路保护以及母线保护，下面主要对前三个保护进行说明。
（1）PCC处的保护 PCC处的保护策略分两种，一种是无论微电网侧或是大电网侧发生故障，或是运行状态不满足IEEE1547标准16，则首先断开PCC处的开关，让微电网迅速、平滑的进入孤岛运行模式，再对孤岛运行下的微电网进行保护，减轻微电网接入对公共电网的影响或是对微电网内部的影响。当故障切除后，再闭合PCC开关，使微电网恢复并网运行；第二种是PCC处的保护配合微电网内部线路和DG上的保护延时动作，尽量缩小故障影响范围。
(2)DG上的保护 DG上的保护的需求和配置决定将基于逆变器的微电源的控制原理和技术规定。各DG还各自具有自动联网功能、孤岛检测、通信、电能质量监测、继电保护、电量计量等功能。DG的接口控制器实现对每个电源的独立管理，并在微网控制中心的指挥下，实现整个微网的能量平衡，以及在孤岛运行时保证敏感负荷供电的可靠性。微电网中要求DG的即插即用。当DG故障时，则由自身接入设备的控制开关进行切断，同时发送故障报告给微电网管理系统（MMS）单元，由MMS单元整合网内信息，调整其余发电单元输出，以保证网内电压稳定。
(3)线路上的保护 线路上的保护可基于可编程的数字继电器，用光纤和以太网通信链路，分别自我计量和示波事件报告。可以在内部带有可编程的保护方案（IED）中编写多种的保护，例如基于单点信息的电流速断保护、序分量保护等，还可以在网络局部采用基于多点信息量的面保护方案对弱馈故障信息进行综合分析，使用故障电流矩阵定位法和对重要线路两端配置差动相位保护的方法对故障范围进行缩小化。在当网络结构或者微电网运行方式发生转变时，由集中式保护综合全网信息对分布式保护进行定值的更改和最适用保护方案的选择后将结果下达到各个IED装置上。
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4.2.2 集中式保护方案的实现基础
图4-4所示为一种集成保护方案，微电网内部所有的线路、DG保护功能被集成到一台保护装置中。
BUS线路1CBTA线路3线路2TV地方控制器IU1IU2IUn以太网总线保护
图4-4 微电网集中式保护方案
下面就具体说明一下微电网中采用集中式保护策略的实现基础。
DMS(Distribution Management System)——配电网管理系统，配电网侧通过DMS将需求信息直接下达到微电网中。
MMS(Microgrid Management System)——微电网管理系统，它作为微电网的中央控制单元，对网络结构，负荷电源投切以及经济稳定运行进行着实时的监控，也对保护定值进行实时的整定。对各个DG实行统一调度，对DG发电并网、切除、故障检测、发电调度等统一管理，协调整个微网运行。
IPC(integrated protection and control unit)——集中式保护控制单元，它作为MMS的一部分，通过通信网络接收微电网内设备信息以及IED元件测量信息，负责微网分布式变电站的保护和控制。结合各种先进的保护与控制算法进行分析与计算，能够判断出故障是否发生在微电网内部或者配电网侧。然后将得到保护与控制结论通过以太网反馈给相应IED和控制单元。当微电网结构配置发生改变或要在孤岛及并网方式下切换时IPC将发送状态改变信号给不同的IED以适应微电网配置的改变。
IED 单元——内部带有可编程的保护方案，可以响应于TA、TV及电子组合式传感器的电气量直接动作，也可以将从TA、TV及电子组合式传感器中测量得到的模拟或数字信号转换成标准的光学信号格式，例如基于IEC61850标准的格式然后通过光纤以太网传入IPC进行集中式保护。同时，这些IED接口单元可以通过控制电路接收 IPC下达的保护方案调整指令或执行集中保护单元发出的跳闸指令。变电站通讯网络——不但连接了关键设备的接口单元和IED设备，还连接了其他一些设备，例如通讯网关、人机接口和GPS时钟等。标准通讯规约的应用将使来自不同厂家的
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智能电子设备轻松地接入该系统中。近年来，随着智能配电网的发展，主设备的在线监控以及基于IEC61850标准的高速通信网络的技术突破，使实现可靠地基于广域信息的微电网集中式保护控制系统实现成为可能。
4.3 孤岛检测与保护分析
孤岛现象的产生会对光伏逆变器系统或微电网和用电设备造成损失，还会对电力检修人员造成危险，因此必须在光伏逆变发电系统或分布式电源组成的微网系统中采取有效的孤岛检测和保护措施。IEEE std.929-2000标准17规定，所有的光伏并网逆变器都应该具有防止孤岛效应的功能，并给出了电网断电时并网逆变系统在不同情况下的最大允许跳闸时间如表4-1所示。
表4-1 IEEE std.929-2000标准推荐的孤岛检测时间限制
类型1234567公共连接点电压幅值公共连接点电压频率允许最大跳闸时间6个工频周期120个工频周期正常运行120个工频周期2个工频周期6个工频周期6个工频周期U?0.5Unomfnomfnomfnomfnomfnomf?fnom?0.7f?fnom?0.50.5Unom?U?0.8Unom0.88Unom?U?1.1Unom1.1Unom?U?1.37Unom1.37Unom?UUnomUnom注：Unom为电网额定电压；fnom为电网额定频率
IEEE std.929-2000标准规定，并网发电系统必须具有过电压保护（OVP）、欠电压保护（UVP）、过频保护（OFP）和欠频率保护（UFP）功能，这些保护也是属于孤岛被动式保护中的监测电压和频率的保护，实验微网系统中就配备了这些保护，保护安装于如图2-1的PCC处，保护项目如表4-2。
表4-2 并网点处的继电保护
保护项目过压保护低压保护过频保护欠频保护整定值480V300V51.5Hz48.5Hz时间3s3s2s2s
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将微网系统配备的保护与表4-1中IEEE std.929-2000 孤岛保护标准对照，可知其整定电压在保护范围内，但与120个工频周期（2.4s）比较，其保护时间为3s,稍有延迟；其频率保护并不符合IEEE std.929-2000的标准，这与实验微电网的分布式电源组成和微电网系统实验性的要求有关，因为在实验微电网研究中经常要测试和大幅调整各个分布式电源的功率和负荷用电情况，从而放宽了频率的保护要求。
当 PCC 处继电保护检出故障，以上继电保护任一动作时，就会跳开并网断路器，同时连锁跳开各个分布式电源的断路器，光伏设备、柴油发电机、蓄电池组和超级电容器都紧急停止。这些保护的目的是保证当并网点出现故障时，微网内设备必须紧急停止。
再看光伏设备（PV）的孤岛检测保护设置，如表4-3。
表4-3 PV设备的孤岛保护列表
保护项目过压保护低压保护过频保护欠频保护整定值450V320V50.5Hz49.5Hz时间0.2s0.2s0.2s0.2s
同样与IEEE std.929-2000孤岛保护标准对照可知，孤岛检测频率在49.3Hz?U?50.5Hz范围内，但保护时间稍有延长，达到10个工频周期；电压保护，标准中要求电压若在在0.5Unom?U?0.88Unom和1.1Unom?U?1.37Unom之间，持续时间达到120个工频周期就会启动保护，PV设备整定的欠压保护320V、过压保护450V和保护时间0.2s，都是符合其要求的。
按分布式电源逆变器容量计算分布式电源额定电流，其功率表达式为：
P?3UIcos? （4-1）
以蓄电池逆变器容量100kVA,电压等级0.4kV,功率因数cos?若为0.9（以较小值估算，实际上一般大于此值），那么其额定电流为 160.4A，由分布式电源电力电子接口保护电流整定原则：
Iop?2Ie?320.8A （5-2） 考虑一定的可靠系数，最终取速断保护值为300A。 其他几种分布式电源保护整定与此类似。
各个分布式电源发生故障时，其断路器都会发生保护跳闸，断路器的保护主要有过电流保护和接地保护，其他保护在各个单元设备的内部。
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