← 返回
基于正/负序电压下垂的孤岛微网逆变型分布式电源差动保护方案
A Positive/Negative Voltage Sequence Droop-Based Differential Protection Scheme for Islanded Microgrids With Inverter-Based DG
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 技术标签 | 下垂控制 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 微电网 逆变器接口分布式发电机 负序电流注入 保护方案 故障检测与隔离 |
语言:
中文摘要
摘要:嵌入微电网中的逆变器接口分布式电源(IIDG)注入的故障电流有限,因此给孤岛微电网的保护带来了挑战。本文提出了一种新颖的保护方案,该方案在故障情况下从IIDG接口控制中注入负序(NPS)电流分量,以促进故障检测和隔离。这种注入是通过在IIDG传统下垂控制器的基础上增加一种新颖的正序(PPS)电压与负序电压(<inline - formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"><tex - math notation="LaTeX">$V_{\text{PPS}}-V_{\text{NPS}}$</tex - math></inline - formula>)下垂控制来实现的,该下垂控制设计为仅在故障情况下注入负序电流。差分负序电流继电器分布在线路两端,以实现故障检测和隔离。所提出的保护算法的有效性已通过PSCAD/EMTDC仿真软件进行了测试和验证,该软件考虑了各种故障情况,如不同的故障类型、位置和电阻。所提出的基于下垂控制的保护算法消除了对专用故障检测方案的需求,并且能够准确区分故障和非故障情况。
English Abstract
Inverter-interfaced distributed generators (IIDGs) embedded in microgrids inject limited fault currents, thus imposing a challenge on the protection of the islanded microgrid. This article proposes a novel protection scheme that injects a negative phase sequence (NPS) current component from the IIDG interface control during fault conditions to facilitate fault detection and isolation. This injection is accomplished by augmenting the traditional droop controller of IIDG with a novel positive phase sequence (PPS) voltage versus NPS voltage ( V_PPS-V_NPS ) droop, designed to inject negative sequence current during fault conditions only. Differential NPS current relays are distributed at the line ends to provide fault detection and isolation. The effectiveness of the suggested protection algorithm has been tested and validated using PSCAD/EMTDC simulation software, which considers various fault conditions, such as different fault types, locations, and resistance. The suggested droop-based protection algorithm eradicates the need for a dedicated fault detection scheme and can accurately distinguish faulty and nonfaulty conditions.
S
SunView 深度解读
从阳光电源微电网解决方案和储能系统业务视角来看,该论文提出的正负序电压下垂保护方案具有重要的工程应用价值。当前,光伏逆变器和储能变流器等电力电子设备在故障时输出电流受限,这一特性对孤岛微电网的保护构成了长期技术挑战,直接影响我司微电网产品的可靠性和市场竞争力。
该方案的核心创新在于将保护功能嵌入逆变器控制层,通过在传统下垂控制基础上增加正序电压-负序电压下垂环节,使逆变器在故障时主动注入负序电流分量。这种设计思路与阳光电源现有的先进控制算法高度契合,可无缝集成到我司的逆变器和储能变流器产品中,无需额外硬件投入即可提升系统保护性能。相比传统需要独立故障检测装置的方案,该技术显著降低了系统复杂度和成本。
从技术成熟度评估,该方案已通过PSCAD仿真验证了多种故障场景,但向工程应用转化仍需关注几个关键问题:首先,负序电流注入对逆变器功率器件的热应力影响需要深入评估;其次,在多台逆变器并联运行时,负序电流的协调控制和差动保护的灵敏度整定需要大量现场数据支撑;再者,该方案对通信系统的依赖程度及通信故障时的保护可靠性需要进一步验证。
对阳光电源而言,这项技术为微电网和储能系统产品差异化竞争提供了新方向。建议将该算法纳入下一代逆变器控制平台的研发路线图,优先在工商业储能和海岛微电网等高可靠性要求场景开展试点验证,积累工程经验后逐步推广至户用和大型地面电站应用。