陳　志，裴雪軍，王順超，彭　力，王涵宇

（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢430074）

?

基于諧波分量的交流微電網(wǎng)保護(hù)策略研究

陳志，裴雪軍，王順超，彭力，王涵宇

（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢430074）

摘要：在以逆變電源為接口的交流微電網(wǎng)中，由于開關(guān)器件的過流能力有限，當(dāng)微電網(wǎng)中發(fā)生短路故障時(shí)，逆變電源輸出的短路電流通常被限制在2倍的額定電流左右，因此，傳統(tǒng)基于過電流保護(hù)的原理將不再適用于以逆變電源為接口的微電網(wǎng)系統(tǒng)。針對這一問題，提出了一種基于諧波分量的保護(hù)策略。該方法不依賴于較大的短路電流就可以有效地保護(hù)短路故障，避免了傳統(tǒng)過流保護(hù)的一些局限性。在實(shí)驗(yàn)室搭建由2臺10 kVA的逆變電源組成的供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：逆變電源；微網(wǎng)；短路保護(hù)；諧波；故障隔離

Project Supported by the National Natural Science Foundation of China（51577079）

引言

微電網(wǎng)作為以新能源為基礎(chǔ)的分布式電源接入電網(wǎng)的一種有效手段，以其具備靈活的運(yùn)行方式、高可靠性的供電能力以及優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量等諸多優(yōu)點(diǎn)成為電力工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。憑借著微電網(wǎng)的運(yùn)行控制和能量管理等關(guān)鍵技術(shù)，微電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和孤島2種運(yùn)行模式［1-4］。由于微網(wǎng)內(nèi)部的新能源發(fā)電絕大部分都是以電力電子變換器為接口，而電力電子器件有限的過流能力使得變換器必須要具備很好的限流能力，因此并網(wǎng)模式和孤島模式的短路電流等級存在較大的差別，這就給微電網(wǎng)保護(hù)的設(shè)計(jì)帶來一定的挑戰(zhàn)［5-6］。

針對微電網(wǎng)的保護(hù)問題，部分學(xué)者提出了自適應(yīng)保護(hù)的概念［7-9］，其基本思想是根據(jù)檢測微網(wǎng)的運(yùn)行模式以及拓?fù)涞膶?shí)時(shí)變化，來實(shí)時(shí)更改繼電器的動(dòng)作值，從而使得保護(hù)設(shè)備能夠適應(yīng)于微網(wǎng)不同的運(yùn)行模式。然而，該方法依賴于系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的通信，并且要不斷更改保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作值，實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜。E. Casagrande等［10］提出了基于差動(dòng)序分量的保護(hù)方法，該方法同樣需要通過通信來獲取線路兩端的信息。還有一些學(xué)者提出了基于信號處理的保護(hù)方法，比如S. A. Saleh［11］提出利用小波包變換，快速提取故障電流中的特征量，實(shí)現(xiàn)故障的判斷與定位，但小波變換算法比較復(fù)雜，而且容易受到一些暫態(tài)過程的干擾。當(dāng)微電網(wǎng)在孤島運(yùn)行模式下發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流一般被限制在2倍額定電流以內(nèi)，傳統(tǒng)的過電流保護(hù)不再適用于微電網(wǎng)，因此，必須尋求一種新的保護(hù)和控制原理。

本文首先簡單介紹了微電網(wǎng)正常工作時(shí)的運(yùn)行控制、短路情況下的限流控制。在此基礎(chǔ)上，分析了微電網(wǎng)中采用傳統(tǒng)的保護(hù)策略的局限性。然后提出了基于諧波分量的保護(hù)策略，該策略主要包括五次諧波注入和繼電器的整定兩部分。最后，在實(shí)驗(yàn)室的2臺10 kVA逆變電源組成的供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該保護(hù)策略的有效性。

1　微網(wǎng)逆變器的正常運(yùn)行控制

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，以同步發(fā)電機(jī)為主的各個(gè)發(fā)電單元的端口電壓幅值隨著無功負(fù)荷的增加而降低，系統(tǒng)頻率隨著有功負(fù)荷的增加而降低。這是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定自主運(yùn)行的前提條件。而在以逆變電源為接口新能源發(fā)電的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，如圖1所示，為了模擬電力系統(tǒng)中的電壓和頻率特性，各逆變器實(shí)時(shí)檢測輸出的有功功率和無功功率，根據(jù)有功功率來降低自身輸出電壓的頻率，根據(jù)無功功率來降低自身輸出電壓的幅值，這就是所謂的下垂控制［12-14］。當(dāng)輸出阻抗呈感性時(shí)，下垂控制方程為

式中：ωi和Vi為自身輸出電壓的頻率和幅值；ω*和V*分別為空載時(shí)逆變電源端口電壓的頻率和幅值；Pi和Qi分別為自身輸出的有功和無功功率；m和n分別為有功和無功的下垂系數(shù)。

圖1中的微網(wǎng)逆變器在正常運(yùn)行時(shí)控制器主要包括3層。其中，下垂控制、虛擬阻抗控制和電壓電流控制一起組成了底層控制（primary control），其主要功能是維持母線電壓和使各個(gè)逆變電源模塊能夠均分系統(tǒng)的有功負(fù)載和無功負(fù)載；2層控制（secondary control）的主要目的是補(bǔ)償由于下垂控制所引起的電壓幅值和頻率的偏差，使系統(tǒng)的電壓和頻率恢復(fù)至額定值，提高電能質(zhì)量；3層控制（tertiary control）主要是為了進(jìn)行能量調(diào)度和能量管理而設(shè)置的。關(guān)于微網(wǎng)逆變器的正常運(yùn)行控制，文獻(xiàn)［15］中已經(jīng)做了詳細(xì)論述。

圖1　微網(wǎng)逆變器的控制框圖Fig.1 Control block diagram of microgrid inverter

2　微網(wǎng)逆變器的短路限流控制

微網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，各逆變電源模塊以電壓源模式運(yùn)行支撐系統(tǒng)的電壓，一旦微網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生短路故障，由于開關(guān)器件的過流能力有限，各個(gè)逆變電源必須快速進(jìn)入限流控制模式，以電流源模式運(yùn)行，保護(hù)開關(guān)器件不受損壞。限流控制框圖如圖1中所示，各逆變單元實(shí)時(shí)檢測輸出電流，一旦檢測到發(fā)生了故障，則把開關(guān)切換至限流環(huán)，限流控制器q軸直接給定為0，d軸為PI控制器，即

ulim=kp_lim（Iref_lim-Io_max）+ki_lim（Iref_lim-Io_max）dt（2）

式中：Iref_lim為限流值；Io_max為三相輸出電流的最大有效值；kp_lim和ki_lim分別為限流環(huán)的比例和積分系數(shù)。之所以采用這種d軸最大有效值控制，而不是在分別在d軸和q軸下進(jìn)行瞬時(shí)值控制，主要是因?yàn)樵诓粚ΨQ短路時(shí)，輸出電流在dq坐標(biāo)系下含有很大的交流量，而PI控制器不能準(zhǔn)確地跟蹤給定值。

本文所采用的d軸最大有效值控制無論是對稱短路還是不對稱短路故障，都能夠?qū)⒍搪冯娏鞯挠行е迪拗圃贗ref_lim。

3　傳統(tǒng)過流保護(hù)在微網(wǎng)中的局限性

在上述短路限流控制下，文獻(xiàn)［16-18］采用基于過流保護(hù)原理的塑殼斷路器作為保護(hù)設(shè)備，通過控制逆變器在短路時(shí)輸出較大的短路電流，使保護(hù)設(shè)備自動(dòng)斷開以隔離故障。實(shí)際上，這種僅僅依靠過流保護(hù)的原理，在微電網(wǎng)中存在著一些固有的局限性：（1）受到開關(guān)器件容量（額定電流）的限制，逆變電源的短路輸出電流能力有限，如果再考慮逆變電源必須有一定的過載能力的話，斷路器動(dòng)作閾值的整定變得更加困難；而若使逆變電源能夠輸出更大的短路電流，則需要增加開關(guān)器件的容量，這就增加了系統(tǒng)的成本。（2）在以逆變電源接口的微電網(wǎng)系統(tǒng)中，短路電流的大小是隨著逆變電源模塊數(shù)量的變化而變化，一旦某些電源模塊由于故障需要退出運(yùn)行，那么系統(tǒng)中所有的斷路器的動(dòng)作閾值要隨之改變。（3）在帶有電機(jī)類負(fù)載時(shí)，當(dāng)某一支路發(fā)生短路故障，電機(jī)將會(huì)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行，向短路點(diǎn)饋入很大的電流，該電流足以導(dǎo)致某些斷路器發(fā)生誤動(dòng)作，使保護(hù)失去了選擇性。以圖2為例，當(dāng)B3下游發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)該只B3動(dòng)作，但是由于故障期間，母線電壓急劇跌落，電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電模式，向短路點(diǎn)饋入很大的電流，該電流流過B2，將使B2的過電流保護(hù)動(dòng)作而失去選擇性。

圖2　帶有電機(jī)類負(fù)載時(shí)的短路情況Fig.2 Fault situation with electric motor load

4　基于諧波分量的保護(hù)策略

4.15次諧波注入

前述可知，針對以逆變電源為接口的微電網(wǎng)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的過流保護(hù)存在一些固有的局限性。而本文所提出的基于諧波分量的保護(hù)策略不依賴于較大的短路電流，只需將短路電流控制在額定值左右即可。與此同時(shí)，向短路電流中注入某次低次諧波?？紤]到實(shí)驗(yàn)中逆變器的LC濾波器的截止頻率為500 Hz左右，為了使濾波器對注入的諧波不會(huì)產(chǎn)生衰減作用，本文將以注入5次諧波為例。

5次諧波注入的框圖如圖1中所示。從圖中可以看出，疊加5次諧波后的調(diào)制波變?yōu)?/p>

式中：U1、ω和φ1分別為短路時(shí)輸出電壓的基波幅值、頻率和相位；k和φ5為5次諧波電壓幅值系數(shù)和相位。最終，輸出的短路電流為

式中：I1為基波電流幅值，I1=U1/Zfault_1，Zfault_1為短路基波阻抗；I5為5次諧波電流的幅值，I5=kU1/Zfault_5，Zfault_5為5次諧波短路阻抗；θ1和θ5分別為輸出基波電流和5次諧波電流的相位。因此，可以通過設(shè)置k的大小來設(shè)定5次諧波電流的大小。由于這種5次諧波注入僅僅運(yùn)行在短路狀態(tài)，所以并不影響正常運(yùn)行時(shí)輸出電壓的質(zhì)量。

4.2數(shù)字繼電器整定

數(shù)字繼電器是在傳統(tǒng)的電磁型繼電器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它本身含有微處理器［11］，其接線原理如圖3所示。本文利用數(shù)字繼電器實(shí)時(shí)采樣各支路電流，并且分別對三相電流進(jìn)行快速傅里葉變換FFT［19］，抽取各支路電流中的基波分量和各低次諧波分量。當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，逆變電源輸出帶有5次諧波分量的短路電流，可以根據(jù)各支路上的5次諧波分量是否大于某一閾值來判斷是否發(fā)生故障。然而，如果僅僅根據(jù)5次諧波含量的大小作為整定依據(jù)，有時(shí)候可能受到某些暫態(tài)過程的干擾，比如突加或突減負(fù)載。另外在短路故障發(fā)生的初始時(shí)刻，硬件限流會(huì)動(dòng)作［16］，此時(shí)短路電流含有豐富的諧波，如圖4和圖5所示。不僅如此，當(dāng)某些負(fù)載為非線性負(fù)載時(shí)，該支路上的斷路器也可能會(huì)因?yàn)橹C波含量很大而斷開。因此，有必要利用多種低次諧波的幅值作為故障判斷的條件。

圖3　數(shù)字繼電器的原理Fig.3 Principle of digital relay

圖4　暫態(tài)過程電流波形Fig.4 Current waveform in transient state

圖5　暫態(tài)過程電流的FFT分析結(jié)果Fig.5 FFT results of transient current

綜合考慮檢測精度和軟件資源要求，本文采用32點(diǎn)FFT分析，即每個(gè)基波周期采樣32個(gè)點(diǎn)（采樣頻率為1 600 Hz）。為了提高檢測速度，采用滑動(dòng)窗口FFT分析。在FFT分析結(jié)果中，令基波為I1，諧波為Ix（x為諧波次數(shù)），為了方便，令5次諧波與基波的比例為S5，令3、7、9、11、13次諧波之和與基波的比例為THD，則有

根據(jù)圖6所示的故障判斷流程來整定數(shù)字繼電器。圖中，δ為5次諧波閾值，ε為其他各次諧波THD的閾值。只要通過合理地整定δ和ε這2個(gè)參數(shù)，即可準(zhǔn)確地判斷和識別故障，從而驅(qū)動(dòng)斷路器斷開故障支路。

在實(shí)際情況中，當(dāng)上下游需要配合以滿足選擇性，即下游發(fā)生短路故障時(shí)，下游優(yōu)先動(dòng)作而上游保護(hù)不能動(dòng)作時(shí)，可以借鑒傳統(tǒng)三段式過流保護(hù)的定時(shí)限保護(hù)方法，在上游斷路器的固有動(dòng)作時(shí)間上加一個(gè)軟件延時(shí)，保證下游斷路器先動(dòng)作，以滿足選擇性。

圖6　基于諧波分量保護(hù)策略的故障判斷流程Fig.6 Fault diagnosis flow chart of harmonic components based protection strategy

5　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證基于諧波分量的繼電保護(hù)策略的有效性，在實(shí)驗(yàn)室搭建由2臺10 kVA逆變電源組成的孤島模式供電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理如圖7所示，對應(yīng)的主要參數(shù)如表1所示。

圖7　實(shí)驗(yàn)原理Fig.7 Experimental Principle

表1　主要相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)Tab.1 The main experimental parameters

5.1短路限流實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖8　不注入5次諧波時(shí)的短路限流波形Fig.8 Short-circuit current limiting waveforms without injecting fifth harmonic

圖9　注入5次諧波時(shí)的短路限流波形Fig.9 Short-circuit current limiting waveforms with injecting fifth harmonic

短路時(shí)，不注入5次諧波和注入5次諧波的短路限流實(shí)驗(yàn)波形如圖8、圖9所示。由圖9可見，相對于圖8中的短路后的電流波形而言，輸出電流發(fā)生了明顯的畸變。從圖8、9中可以看出，短路故障發(fā)生后，系統(tǒng)電壓瞬間降至接近0，在限流環(huán)的控制下，逆變器輸出的短路電流被限制在額定值附近，并且保持較好的正弦度，有效地保護(hù)了開關(guān)器件。圖10和圖11分別為不注入5次諧波時(shí)短路前后輸出電流的FFT分析結(jié)果。由圖可以看出，短路之后的電流諧波分量與短路之前相比，幾乎沒有什么明顯的變化。注入5次諧波后短路電流的FFT分析結(jié)果如圖12所示。由圖可以看出，5次諧波含量增大至7.7%，而其他各次諧波沒有發(fā)生明顯的變化。由此可見，本文所提的限流控制策略既能有效地保護(hù)開關(guān)器件，將短路電流限制在額定值左右，又可以通過注入5次諧波分量，為繼電器的整定提供了依據(jù)。

圖10　正常工作電流FFT分析結(jié)果Fig.10 FFT results of current in normal situation

圖11　不注入5次諧波時(shí)短路電流FFT分析結(jié)果Fig.11 FFT results of fault current without fifth harmonic injection

圖12　注入5次諧波時(shí)短路電流FFT分析結(jié)果Fig.12 FFT results of fault current with fifth harmonic injection

5.2繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照第4.2節(jié)中的數(shù)字繼電器的整定方法，圖7中CB4出口fault處發(fā)生短路故障時(shí)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)波形如圖13所示。由圖可以看到，故障發(fā)生后，在上述的控制策略下，2臺逆變電源均輸出帶有5次諧波的故障電流，大約經(jīng)過一個(gè)周波（包括FFT檢測時(shí)間以及硬件延時(shí)時(shí)間）后，斷路器CB4斷開，故障被隔離。再經(jīng)過一段恢復(fù)時(shí)間后，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常，給其他的負(fù)載繼續(xù)供電。作為對比，圖14為2臺逆變電源均不注入5次諧波的實(shí)驗(yàn)波形。此時(shí)，除了暫態(tài)過程較大的沖擊以及畸變外，2臺逆變電源輸出的短路電流波形畸變較小。因此，圖6所示的判斷方法不能判斷為故障，斷路器CB4沒有斷開，逆變電源一直工作在限流狀態(tài)。由此可知，圖所示的判斷方法能夠很好的避開由某些暫態(tài)過程所引起的諧波畸變或者是電流突變。也就是說，當(dāng)逆變電源向短路電流中注入5次諧波時(shí)，基于諧波分量的故障判斷具備很好的故障辨識能力，不會(huì)因?yàn)槟承簯B(tài)過程而誤動(dòng)作。

圖13　注入5次諧波后的保護(hù)實(shí)驗(yàn)波形Fig.13 The protection waveforms with fifth harmonic injection

圖14　不注入5次諧波且CB4不動(dòng)作時(shí)的實(shí)驗(yàn)波形Fig.14 Experimental waveforms when CB4 does not act without fifth harmonic injection

6　結(jié)語

針對以逆變電源為接口的孤島模式微電網(wǎng)的保護(hù)問題，本文首先提出了微網(wǎng)逆變器的最大有效值限流控制策略，然后分析了傳統(tǒng)的基于過流保護(hù)的原理的局限性，并在此基礎(chǔ)上，提出了基于諧波分量的保護(hù)策略。通過控制逆變電源向短路電流中注入5次諧波，再利用快速傅里葉變換算法實(shí)時(shí)抽取各支路上的諧波電流，根據(jù)各低次諧波的含量來檢測系統(tǒng)中的短路故障，進(jìn)而決定是否斷開斷路器以隔離故障。該方法不依賴于較大的短路電流就能夠隔離故障，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種保護(hù)策略的有效性。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱皓斌，吳在軍，竇曉波，等.微網(wǎng)的分層協(xié)同保護(hù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（1）：9-14.

Zhu Haobin，Wu Zaijiun，Dou Xiaobo，et al. Hierarchical coordinative protection of microgrid［J］. Power System Technology，2013，37（1）：9-14（in Chinese）.

［2］徐德鴻，陳文杰，何國鋒，等.新能源對電力電子提出的新課題［J］.電源學(xué)報(bào)，2014，12（6）：4-9.

Xu Dehong，Chen Wenjie，He Guofeng，et al. New power electronics topics brought by the development of renewable energy［J］. Journal of Power Supply，2014，12（6）：4-9（in Chinese）.

［3］張軒，劉進(jìn)軍.微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)基于逆變器的新型功率控制［J］.電源學(xué)報(bào)，2011，9（1）：38-42.

Zhang Xuan，Liu Jinjun. A novel power distribution strategy for parallel inverters in islanded mode microgrid［J］. Journal of Power Supply，2011，9（1）：38-42（in Chinese）.

［4］楊新法，蘇劍，呂志鵬，等.微電網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34（1）：57-70.

Yang Xinfa，Su Jian，Lyu Zhipeng，et al. Overview on micro-grid technology［J］. Proceedings of the CSEE，2014，34 （1）：57-70（in Chinese）.

［5］張玉海，王新超，許志成，等.微網(wǎng)保護(hù)分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（11）：55-60.

Zhang Yuhai，Wang Xinchao，Xu Zhicheng，et al. Analysis of microgrid protection［J］. Power System Protection and Control，2012，40（11）：55-60（in Chinese）.

［6］韓奕，張東霞.含逆變型分布式電源的微網(wǎng)故障特征分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（10）：147-152.

Han Yi，Zhang Dongxia. Fault analysis of microgrid composed by inverter-based distributed generations［J］. Power System Technology，2011，35（10）：147-152（in Chinese）.

［7］Liang C，Khodayar M E，Shahidehpour M. Adaptive protection system for microgrids：protection practices of a functional microgrid system［J］. Electrification Magazine，IEEE，2014，2（1）：66-80.

［8］Laaksonen H，Ishchenko D，Oudalov A. Adaptive protection and microgrid control design for hailuoto island［J］. Smart Grid，IEEE Transactions on，2014，5（3）：1486-1493.

［9］Laaksonen H J. Protection principles for future microgrids ［J］.Power Electronics，IEEE Transactions on，2010，25（12）：2910-2918.

［10］Casagrande E，Woon W L，Zeineldin H H. A differential sequence component protection scheme for microgrids with inverter-based distributed generators［J］. Smart Grid，IEEE Transactions on，2014，5（1）：29-37.

［11］Saleh S A. Signature-coordinated digital multirelay protection for microgrid systems［J］. Power Electronic，IEEE Transactions on，2014，29（9）：4614-4622.

［12］蘇虎，曹煒，孫靜，等.基于改進(jìn)下垂控制的微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（11）：92-98.

Su Hu，Cao Wei，Sun Jing，et al. Micro-grid coordinated control strategy based on improved droop control［J］. Power System Protection and Control，2014，42（11）：92-98（in Chinese）.

［13］荊龍，黃杏，吳學(xué)智.改進(jìn)型微源下垂控制策略研究［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（2）：145-152，184.

Jing Long，Huang Xing，Wu Xuezhi. Research on improved microsource droop control method［J］. Transactions of China Electrotechnical Society，2014，29（2）：145-152，184（in Chinese）.

［14］Hua H，Yao L，Yao S. An improved droop control strategy for reactive power sharing in islanded microgrid［J］. Power Electronic，IEEE Transactions on，2015，30（6）：3133-3141.

［15］Olivares D E，Mehrizi-Sani A，Etemadi A H. Trends in microgrid control［J］. Smart Grid，IEEE Transactions on，2014，5 （4）：1905-1919.

［16］Chen Z，Pei X，Peng L，et al. An inrush current mitigation approach of the output transformer for inverter［C］. IEEE Applied Power Electronics Con ference and Exposition，2015：2295-2300.

［17］Pei X，Kang Y. Short-circuit fault protection strategy for high-power three-phase three-wire inverter［J］. Industrial Informatics，IEEE Trans. On，2012，8（3）：545-533.

［18］徐正喜，楊金成，吳大立，等.基于逆變電源組網(wǎng)的綜合電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)研究［J］.船電技術(shù)，2011，31（7）：1-4，74.

Xu Zhengxi，Yang Jincheng，Wu Dali，et al. Research on protection technology for integrated power system based on inverter grid［J］. Marine Electric & Electronic Technology，2011，31（7）：1-4，74（in Chinese）.

［19］胡廣書.數(shù)字信號處理：第三版［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

陳志

Harmonic Components Based Protection Strategy for AC Microgrid

CHEN Zhi，PEI Xuejun，WANG Shunchao，PENG Li，WANG Hanyu
（School of Electrical and Electronic Engineering，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

Abstract：In the inverter-interface AC microgrid（IIAM），when a short-circuit fault occurs，the output fault current of inverter is commonly limited to two times over its rated current due to the limited overcurrent capacity of power electronic device. Therefore，the conventional overcurrent protection principle cannot be applied to IIAM. Aiming at solving this issue，a harmonic component based protection strategy is proposed in this paper. This scheme can protect the short-circuit fault effectively without depending on large fault current，and some limitations of the traditional overcurrent protection are avoided. The corresponding experiments ware carried out with two 10 kVA parallel-connected inverters supply system. The results prove the feasibility of this approach.

Keywords:inverter；microgrid；short-circuit protection；harmonic；fault insulation

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805．2016．2．137中圖分類號：TM 464

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-10-30

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51577079）

作者簡介：

陳志（1989-），男，博士生，研究方向：微網(wǎng)逆變器的控制與保護(hù)，E-mail：chenzhi email@163.com。

裴雪軍（1978-），男，通信作者，博士，副教授，研究方向：大功率電力電子變換器的主電路、控制、故障診斷及其EMI技術(shù)，E-mail：ppei215@mail.hust.edu.cn。

王順超（1991-），男，碩士生，研究方向：逆變電源并聯(lián)控制與保護(hù)，E-mail：103 0504384@qq.com。

彭力（1967-），女，博士，教授，研究方向：功率電子變換電路與系統(tǒng)、控制理論及技術(shù)、新能源發(fā)電、模塊化與并聯(lián)控制技術(shù)等，E-mail：pe105@mail.hust.edu.cn。

王涵宇（1990-），男，博士生，研究方向：電力電子變換器的故障診斷，E-mail：wa nghanyu@hust.edu.cn。