張爾佳，余墨多，黃文燾，邰能靈，阮文駿，齊 路

（1.電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室（上海交通大學），上海市 200240；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司，江蘇省南京市 210000）

0 引言

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展，微電網(wǎng)內(nèi)逆變型分布式電源（inverter interfaced distributed generator，IIDG）的滲透率不斷提升［1-4］。IIDG 為微電網(wǎng)保護帶來了新的問題［5-6］:1）IIDG 的逆變接口限制了故障電流的大小，使得非故障狀態(tài)和故障狀態(tài)下的系統(tǒng)電氣量特征差異不明顯；2）IIDG 的接入使得系統(tǒng)不再是單端網(wǎng)絡，存在雙向功率流，系統(tǒng)繼電器之間的協(xié)調(diào)配合更為復雜；3）含IIDG 的微電網(wǎng)運行方式靈活，傳統(tǒng)的保護配置整定困難；4）高速通信系統(tǒng)在含IIDG 的微電網(wǎng)內(nèi)成本過高，并不適用，通信條件限制了系統(tǒng)故障信息的交互。因此，建立能夠精準提取故障信息、適應微電網(wǎng)靈活運行方式的合理保護方案是提高微電網(wǎng)運行可靠性與安全性的重要議題。

針對IIDG 的大量接入對保護帶來的影響，國內(nèi)外研究人員從含IIDG 微電網(wǎng)的故障機理出發(fā)，提出了檢測微電網(wǎng)故障特征量的保護方法［7-10］。文獻［7］監(jiān)測IIDG 電流波形的瞬態(tài)響應，以檢測孤島微電網(wǎng)中的故障，但微電網(wǎng)模式切換時也會感應到IIDG 電流瞬態(tài)響應，該方法選擇性較弱，無法適應多模式運行的微電網(wǎng)。文獻［8］提出一種多目標粒子群優(yōu)化算法，對含IIDG 的網(wǎng)狀微電網(wǎng)中的定向過流繼電器進行優(yōu)化設(shè)置。文獻［9］提出一種適用于微電網(wǎng)的使用正負序列疊加電流的自適應過電流繼電器。但由于分布式電源提供的故障電流較小，很難設(shè)置跳閘［8-9］。文獻［10］將布谷鳥優(yōu)化算法和線性規(guī)劃相結(jié)合提出一種混合優(yōu)化保護算法，可自適應孤島和并網(wǎng)模式的微電網(wǎng)過流保護整定，但通信成本高。上述保護方法依賴于系統(tǒng)本身的特定參數(shù)與功能，仍為被動式保護方案，難以脫離故障特征分量不明顯的限制，無法適應微電網(wǎng)復雜的運行模式。

IIDG 具備靈活、快速的調(diào)控能力，充分利用IIDG 在微電網(wǎng)故障期間發(fā)揮更主動、積極的作用，是解決微電網(wǎng)保護適應性問題的新途徑。有文獻通過研究改進的分布式電源控制方案，實現(xiàn)故障判別和 保 護 動 作［11-15］。文 獻［11-12］提 出 通 過 改 進 的IIDG 控制器實現(xiàn)諧波電流和諧波電壓的注入，輔助觸發(fā)過電流繼電器，但是保護判據(jù)仍由基波故障電流主導，閾值設(shè)定受到故障特征電氣量不明顯的限制；文獻［13］根據(jù)故障情況調(diào)整下垂控制曲線，使得距離故障更近的分布式電源的故障電流值更大，提高了保護裝置的選擇性，但僅適用于孤島模式的微電網(wǎng)；文獻［14］向故障電流注入一定比例的五次諧波，利用諧波電流特性實現(xiàn)故障電流與負載變化電流的區(qū)分，但該方法只考慮系統(tǒng)單向潮流；文獻［15］中，IIDG 的輸出頻率在檢測到故障時改變，利用饋線兩端電流頻率的差量來實現(xiàn)保護動作，但隨著分布式電源滲透率提高，該方案使得系統(tǒng)中存在多個有效值較大的電流頻率分量，對系統(tǒng)內(nèi)電力電子元器件損害較大，且該差動方案對通信要求高。因此，亟須設(shè)計適應微電網(wǎng)不同運行模式、通信要求低、考慮雙向潮流保證保護選擇性的主動式保護方案。

本文考慮IIDG 快速可控性，通過IIDG 在故障時注入諧波電流，增加故障檢測的“主動性”，為IIDG 高滲透率的微電網(wǎng)保護提供一種主動式保護的新思路。將IIDG 出口處檢測到的微電網(wǎng)等效阻抗作為觸發(fā)信號，在逆變器電流控制環(huán)節(jié)加入諧波注入環(huán)節(jié)，通過合理設(shè)置諧波電流注入的節(jié)點、強度、時間得到含故障位置特征的響應信息。通過諧波電流比值繼電器（harmonic current ratio relay，HCRR）采集所在區(qū)域內(nèi)兩側(cè)IIDG 注入的諧波電流，并通過諧波電流比值設(shè)定保護判據(jù)和提出HCRR 閉鎖邏輯。所提方案實現(xiàn)了微電網(wǎng)并網(wǎng)和孤島運行狀態(tài)下的有效保護，通過系統(tǒng)分區(qū)域和閉鎖邏輯來適應雙向潮流，具有更強的普適性。本方案通過檢測諧波信號來代替通信獲取其他節(jié)點信息，無需額外通信設(shè)備。通過PSCAD/EMTDC 仿真驗證了所提保護方案的有效性。

1 基于阻抗調(diào)制的諧波注入策略

本文提出一種改進的逆變器控制策略，該策略由常規(guī)逆變器控制策略、限流策略與基于阻抗調(diào)制的諧波注入策略組合而成。發(fā)生故障時，將測量IIDG 端口的輸出阻抗變化作為啟動信號，將控制器切換到限流控制模式。通過主動地注入信號，使故障特征更為明顯而易于被檢測，基于此種控制策略所提供的電氣量可以實現(xiàn)后續(xù)的故障檢測、故障方向識別和保護協(xié)調(diào)。該方案適配IIDG 高滲透率的微電網(wǎng)，在IIDG 退出運行的情況下，可配備反時限過流保護等后備保護方案。

1.1 諧波電流注入

含IIDG 的微電網(wǎng)在正常運行情況下存在并網(wǎng)諧波含量限制條件［16］，諧波次數(shù)越高，限制越大。若故障后IIDG 控制模塊主動注入高次諧波電流，由于微電網(wǎng)自身產(chǎn)生的高次諧波幅值較低，注入的高次諧波電流易于被識別。

IIDG 的常規(guī)控制模塊一般包括功率電壓外環(huán)控制模塊、電流內(nèi)環(huán)控制模塊、限流模塊、脈寬調(diào)制（PWM）模塊以及濾波模塊。常規(guī)控制模塊決定IIDG 的 控 制 模 式，如PQ、V/F以 及 下 垂 控 制［17］。本文選擇在常規(guī)控制回路生成的調(diào)制信號饋入PWM 模塊之前，也就是在電流內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)疊加諧波注入回路，如圖1 所示。

圖1 含諧波注入的逆變器控制Fig.1 Inverter control with harmonic injection

圖 中:Iinjn為 注 入 諧 波 電 流；Zeqt，n為 第n個IIDG出口處檢測到的微電網(wǎng)實時等效阻抗幅值；vo、io分別 為IIDG 輸 出 電 壓 和 電 流；In，max為IIDG 輸 出 電 流最大值。諧波注入模塊和常規(guī)控制模塊相對獨立，除去IIDG 輸出電壓電流外，兩個模塊沒有其他公用控制量，對彼此功能的影響較小。IIDG 輸出電壓電流提取后，在注入常規(guī)控制模塊前設(shè)有濾波環(huán)節(jié)，過濾掉諧波注入模塊對應注入的非工頻諧波分量，以減小諧波注入模塊對IIDG 常規(guī)控制模塊的影響。

注入的諧波電流iinjn(t)的表達式為:

式中:ωn、fn、Tn分別為第n個IIDG 注入諧波電流的角頻率、頻率和周期；βn為諧波分量初相角；Iinjn，rms為注入電流有效值。通過這種控制方法，故障電流包含一定比例諧波。

1.2 諧波電流生成

1.2.1 注入諧波電流的頻率

諧波電流通過調(diào)制環(huán)節(jié)注入IIDG，并經(jīng)過并網(wǎng)濾波器流入微電網(wǎng)。因此，諧波電流頻率需要小于濾波器的截止頻率，以避免諧振和衰減［18］?？紤]后續(xù)檢測技術(shù)成本，不宜選取過高次的諧波。

當多個分布式電源接入電網(wǎng)時，為了區(qū)分，不同IIDG 選取不同頻率fn。此外，多個IIDG 同時注入諧波電流可能會影響識別效果，所以選取的頻率不宜過于接近，且為了避免微電網(wǎng)自身存在的背景諧波以及故障瞬間產(chǎn)生諧波的干擾，選取的頻率介于工頻N次和工頻N+1 次之間的非特征次諧波，滿足下式:

式中:fL為截止頻率；N為一個自然數(shù)。

為便于信號處理和分析，應選擇基波和諧波的過零點周期性重合，滿足:

式中:P、Q、q為正整數(shù)；p為自然數(shù)。

1.2.2 啟動諧波電流注入方法

為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量，注入的諧波電流不能采取持續(xù)注入的方式，而應該在檢測到異常后觸發(fā)諧波注入。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，從IIDG 端子檢測到的微電網(wǎng)的等效阻抗Zeqn會同步發(fā)生變化。當檢測到等效阻抗的變化滿足式（4）時，立即啟動諧波電流注入。

式中:Zeqr，n為微電網(wǎng)最大負載狀態(tài)運行下第n個IIDG 出口處檢測到的微電網(wǎng)等效阻抗幅值；η為余量系數(shù)，用于消除測量誤差以及其他波動造成的小幅度電流變化的影響。余量系數(shù)的取值需要根據(jù)不同電網(wǎng)的情況進行設(shè)計。在故障情況Zeqt，n會降至Zeqr，n以 下，IIDG 在 該 條 件 下 開 始 注 入 特 定 的 諧 波 電流。負載減少等非故障瞬態(tài)會導致Zeqt，n超過Zeqr，n，不會觸發(fā)諧波電流注入。過渡電阻的存在會導致故障后Zeqr，n值變大，但過渡電阻與故障點后端線路及負 載 處 于 并 聯(lián) 狀 態(tài)，則 不 會 導 致Zeqt，n超 過Zeqr，n，仍能滿足式（4）。系統(tǒng)內(nèi)每個IIDG 各自獨立并行判斷是否注入諧波，若滿足式（4），則觸發(fā)諧波注入，無須進行其余預處理環(huán)節(jié)。即能夠檢測到Zeqt，n變化的IIDG 全部會注入諧波，無須對故障位置進行預判后選擇部分IIDG 進行諧波注入，可以減少通信需求且減少保護跳閘用時。在保護動作或者在ΔT延遲后，仍然未有繼電器動作則取消注入能量。

1.2.3 注入諧波電流的幅值

所注入諧波電流幅值過小則增加識別檢測難度，無法準確得到有效信息；幅值過大則會導致電網(wǎng)中的擾動超標，對電能質(zhì)量帶來負面影響，同時較大的幅值也需要兼顧各類電力電子設(shè)備的承擔能力。

為了實現(xiàn)故障區(qū)域的識別和保護的協(xié)調(diào)，IIDG所注入的諧波電流Iinjn應該根據(jù)故障的嚴重程度（即故障位置和過渡電阻）而變化，故障位置離IIDG 越近，故障程度越嚴重，IIDG 所注入的諧波電流越大，而故障位置里IIDG 接入點相對較遠時，注入的諧波電流相對較小，如故障發(fā)生在相鄰饋線，則注入相對較小的諧波電流以免損害本條饋線上正常運行的負載。相比于諧波注入電流幅值設(shè)為恒定值，本文所提注入策略通過調(diào)制諧波注入的大小以減小對正常線路內(nèi)電氣元件的損耗。由于隨著故障位置離IIDG 出口的距離變遠，從IIDG 端口檢測到的微電網(wǎng)的等效阻抗值會變大（即越接近微電網(wǎng)最大負載狀態(tài)運行時IIDG 出口處檢測到的微電網(wǎng)等效阻抗），注入諧波電流幅值I與Zeqt，n的關(guān)系曲線［18］如圖2 所示。

圖2I 與Zeqt,n關(guān)系曲線Fig.2 Relation curve betweenIandZeqt,n

式中:I為最小諧波注入電流幅值；I為最大諧波 注 入 電 流 幅 值。I在Zeqt，n=ηZeqr，n時 取 到，它應該高于穩(wěn)態(tài)下單個諧波電流的分量以區(qū)分背景諧波與注入諧波［16］，有

I在Zeqt，n=0 時 取 到，即 在IIDG 出 口 處 發(fā) 生三相金屬性接地故障。在故障情況下，IIDG 電流輸出的大小通過故障電流限制器進行限制，滿足以下約束:

式中:IDGn為常規(guī)逆變器控制環(huán)節(jié)后的輸出電流有效值；IDGn，N為IIDG 輸出電流額定值；k1為常規(guī)逆變器控制環(huán)節(jié)的限流幅度；k2為疊加諧波電流注入環(huán)節(jié)后IIDG 的限流幅度。則I的取值范圍為:

2 基于諧波電流注入的主動保護原理

2.1 諧波電流注入機制

圖3 所示為典型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)［19］，將微電網(wǎng)按IIDG 的位置劃分為不同區(qū)域，每兩個IIDG 之間線路上的保護繼電器屬于同一區(qū)域。圖中:IIDG1 和IIDG2 之間為S1 區(qū)域；區(qū)域內(nèi)每段線路的兩端均安置繼電器；區(qū)域內(nèi)前端IIDG 為線路前端繼電器的主導IIDG；區(qū)域內(nèi)后端IIDG 為線路后端繼電器的主導IIDG；屬于同一區(qū)域同一組的繼電器在圖3 中用同一顏色表示，空心繼電器表示普通的繼電器。

圖3 典型微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical microgrid structure

在某一區(qū)域內(nèi)某段線路發(fā)生故障后，區(qū)域內(nèi)的IIDG 端口檢測到阻抗觸發(fā)信號，則開始向系統(tǒng)中注入諧波。系統(tǒng)內(nèi)各個IIDG 對故障電流都存在影響，相同條件下離故障位置越近的IIDG 影響越大。故障線路兩端的HCRR 可以檢測到區(qū)域內(nèi)雙端IIDG所注入的諧波信號，但由于線路內(nèi)存在故障，線路前端HCRR 檢測到的來自前端IIDG 的諧波信號大于后端IIDG，同理后端HCRR 可以檢測到來自后端IIDG 的諧波信號大于前端IIDG，利用HCRR 檢測兩端IIDG 的主動注入諧波的比值實現(xiàn)保護方案。

如圖3 中發(fā)生F2 故障，各IIDG 檢測到微電網(wǎng)等效阻抗發(fā)生變化，則啟動諧波注入環(huán)節(jié)，向故障點提供故障電流，故障發(fā)生在IIDG1 和IIDG2 組成的區(qū)間內(nèi)，則這2 臺IIDG 所注入諧波電流會相對更大。

式中:I代表繼電器R上測得的電流；EG、ZG、ZLG分別為上級電網(wǎng)電壓、電源內(nèi)阻、上級電網(wǎng)到繼電器R的線路阻抗；IL1、IL2為負荷電流；Rf為過渡電阻；Zfl、Zfr分別為故障點左側(cè)和右側(cè)電網(wǎng)的等效阻抗。故障點左側(cè)繼電器R處的故障電流主要由IIDG1、IIDG3 和IIDG4 提 供，且 過 渡 電 阻 越 小 則IIDG1、IIDG3 和IIDG4 提供電流所占比值越大。而故障點右側(cè)繼電器R處的故障電流主要由IIDG2提供，且過渡電阻越小則IIDG2 提供電流所占比值越大。同時，故障點相鄰區(qū)域內(nèi)R可以檢測到的電流主要由IIDG3 和IIDG4 提供，即IIDG 的電流將主要流向電位較低的故障點。

利用DFT 檢測繼電器各相的諧波信號。由式（9）可知，R可以檢測到IIDG1 提供的諧波電流值明顯大于檢測到的IIDG2 提供的諧波電流值，R則可以檢測到IIDG2 提供的諧波電流值明顯大于檢測到的IIDG1 提供的諧波電流值，利用此作為保護判據(jù)，控制繼電器R和R跳閘。實際中，微電網(wǎng)內(nèi)IIDG 的接入位置是隨機的，若圖3 所示系統(tǒng)內(nèi)，只含IIDG1 單個IIDG，當圖3 中發(fā)生F1、F2 或F3 故障時，故障點兩端的繼電器之間都可以檢測到IIDG1 注入的諧波電流的差異，可以實現(xiàn)故障的檢測?？梢钥闯?，本文所提的保護方案對于IIDG 出現(xiàn)的位置并無具體要求。

2.2 保護判據(jù)

式 中:I為 繼 電 器R上 測 得 的 主 導IIDGn所 提供的諧波電流分量；I為繼電器R上測得的組內(nèi)另一臺IIDGm所提供的諧波電流分量。

當H值 大 于 繼 電 器 動 作 整 定 值H時，判定為故障。各單相H中任意相滿足式（11）則判定為故障。

通過進一步檢測各相的諧波電流比值H可以判別故障類型。單相金屬性接地故障時只有故障相的H滿足保護判據(jù)，而三相金屬性接地故障時三相皆滿足保護判據(jù)。其中，兩相短路故障的H值相較于其他故障情況較小，則整定時以此狀態(tài)的潮流情況為標準設(shè)定整定值。而三相金屬性接地故障情況下的H值可能會很大，為此在繼電器內(nèi)加上H限幅模塊。

本文所提的方法所用判據(jù)不需要依賴基波故障電流，所提保護方法選擇數(shù)量級更明顯且不受并網(wǎng)和孤島模式諧波電流比值作為保護的判據(jù)，解決了IIDG 故障限流導致的基波故障量數(shù)值較小，消除了并離網(wǎng)模式下保護量顯著變化的問題。與傳統(tǒng)過流保護相比，本文所提的方法解決了由于IIDG 帶來的雙向潮流問題，不會造成保護的拒動和誤動。

2.3 閉鎖邏輯與判據(jù)

當IIDGn同時屬于兩個區(qū)域時，若故障發(fā)生在IIDGn和IIDGm組成的區(qū)域內(nèi)，則此時IIDGn內(nèi)主動注入的諧波電流根據(jù)潮流走向，優(yōu)先流向故障點。根據(jù)式（9）可知，對于IIDGn和IIDGw組成的相鄰區(qū)域內(nèi)，由IIDGw主導的R可以檢測到IIDGn的諧波分量值相對IIDGw的諧波分量值較小，則可能會觸發(fā)R的保護動作條件，造成誤動。因此，需同時設(shè)定閉鎖電流信號T:

式中:I為繼電器R上測得的相鄰區(qū)域內(nèi)非同組IIDGw所 提 供 的 諧 波 電 流 分 量；T為 閉 鎖 電流信號整定值。當滿足式（12）時，R也會向相鄰區(qū)域的非組內(nèi)的R發(fā)送閉鎖信號，防止相鄰區(qū)域內(nèi)HCRR 誤動。Δt時間內(nèi)未收到閉鎖信號且滿足保護判據(jù)的繼電器動作，以達到最小范圍清除故障的目標。通過閉鎖信號實現(xiàn)閉鎖邏輯，相比于傳統(tǒng)差動保護需要在繼電器之間傳遞電氣量，本文所提保護方法通過探測注入的諧波電流來代替通信，獲取其他節(jié)點的故障信息，通信要求相對較低，通過保護分區(qū)和閉鎖邏輯最大限度地減少繼電器的總運行時間。

綜上所述，繼電器動作邏輯如圖4 所示，其中包括電流繼電器的通信模塊、采集模塊、全周期DFT計算模塊、諧波電流比值計算模塊和保護動作模塊，完整保護動作流程如圖5 所示。本文利用了DG 分散接入對饋線保護的積極因素，發(fā)掘了并網(wǎng)逆變器的就近化故障感知能力，以及故障期間通過主動調(diào)節(jié)來強化故障特征的能力。

圖4 HCRR 動作邏輯Fig.4 Operation logic of HCRR

圖5 基于諧波注入的微電網(wǎng)主動保護流程Fig.5 Flow chart of active protection for microgrids based on harmonic injection

本文通過檢測到的IIDG 注入諧波分量值差異實現(xiàn)保護動作邏輯，對系統(tǒng)內(nèi)IIDG 位置無詳細要求，可以適配不同網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的電網(wǎng)，但IIDG 滲透率越高的電網(wǎng)，IIDG 注入諧波分量值差異越大，保護方案適配度越高。本文方案于系統(tǒng)內(nèi)全部IIDG 部署諧波電流注入策略，通過檢測各個IIDG 注入的諧波分量來獲取系統(tǒng)內(nèi)故障相關(guān)信息，實現(xiàn)信息傳遞。相比于故障后先判斷故障區(qū)域再選擇部分IIDG 注入諧波，減少了預處理過程，降低了保護跳閘用時，且更匹配本文低通信的訴求。

3 仿真驗證

在PSCAD/EMTDC 中構(gòu)建如圖3 所示的典型微電網(wǎng)仿真模型，驗證所提主動式保護算法。微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓等級為10 kV，其負荷、線路其他參數(shù)見文獻［3，20］。根據(jù)IEEE 1547.4 標準要求，微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓諧波分量小于5%。因此，本文選取，限 流 系 數(shù)k1=1.1，k2=1.2，本 文 選??；H和T的 限 幅 值 為3；IIDG1 和IIDG2 組 成 的 區(qū) 域 為S1，IIDG1 和IIDG3組成的區(qū)域為S2，IIDG3 和IIDG4 組成的區(qū)域為S3；閉鎖信號延遲時間為Δt=0.05 s；停止注入信號的延遲為ΔT=2 s；DFT 的窗口大小選擇為50 ms。其他諧波注入?yún)?shù)如附錄A 表A1 所示；保護整定參數(shù)如附錄A 表A2 所示，保護定值的可靠裕度為1.4，靈敏裕度為2，諧波注入?yún)?shù)和整定參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，滿足上文要求即可。

3.1 不同故障類型仿真

當處于孤島模式運行的微電網(wǎng)于6 s 時刻發(fā)生F1 處A 相單向接地故障時，采集各HCRR 信息，故障下流經(jīng)繼電器的諧波電流比值和保護動作情況如圖6 所示。

圖6 F1 單相接地故障仿真結(jié)果Fig.6 Simulation results of single-phase grounding fault F1

諧波電流注入是當檢測到出口處微電網(wǎng)等效阻抗變化后才注入。因此，由圖6（a）可以看出，諧波電流比值的檢測存在10 ms 級的延遲。三相諧波電流比值中A 相的特征最為明顯，其迅速達到保護動作條件，且由 于 閉 鎖信號的傳 遞，和R不會動作，R和R正確動作，可以實現(xiàn)最小范圍的故障切除。

當微電網(wǎng)于6 s 時刻發(fā)生F2 處三相接地故障時，采集各HCRR 信息，故障下流經(jīng)繼電器的諧波電流比值和保護動作情況如附錄A 圖A1 至圖A3所示?？梢钥闯?，孤島運行模式、并網(wǎng)運行模式以及非計劃孤島模式下的微電網(wǎng)內(nèi)，諧波電流比值均迅速達到保護動作條件，繼電器均可以正確動作。由附錄A 圖A1（a）和圖A2（a）可以看出，并網(wǎng)運行模式下的微電網(wǎng)內(nèi)HCRR 上的諧波電流比值會相較于孤島模式時減小，這是由于并網(wǎng)運行的微電網(wǎng)由大電網(wǎng)提供電壓電流的支撐，其中，因相對位置關(guān)系，R受到大電網(wǎng)的影響較大，而R相對受到的影響較小。因此，保護R動作速度更快。但由于諧波電流比是比值形式，且相比的兩個諧波電流含量仍處于同一數(shù)量級，所以并不會導致設(shè)定的保護整定值失效，保護仍可以正確動作?？梢宰C明，所提保護方案可以兼容不同運行模式下的微電網(wǎng)的保護，且僅需要一套保護整定值，消除了不同模式之間保護量顯著變化的問題。附錄A 圖A3 所示是5 s 時發(fā)生非計劃孤島、6 s 時發(fā)生故障的極端情況。故障時非計劃孤島帶來的波動還未穩(wěn)定，但非計劃孤島并未觸發(fā)諧波注入機制，而6 s 時的故障才會觸發(fā)諧波注入機制，保護正確動作。但由于非計劃孤島所帶來的波動會使得保護動作時間相對孤島或并網(wǎng)時刻較長。

當處于孤島模式運行的微電網(wǎng)于6 s 時刻發(fā)生F3 處相間短路故障時，采集各HCRR 信息，故障下流經(jīng)繼電器的諧波電流比值和保護動作情況如附錄A 圖A4 所示。相間故障時線路兩端的電流仍可以流通，則諧波電流比值會相對其他故障情況小很多。但是，由圖A4 可以看出仍能達到保護動作條件，R和R均能正確動作。證明除了動作時間相對更長之外，所提出的方法可以在相間故障下有選擇性地動作。

3.2 不同故障電阻仿真

所提保護方案依靠的判據(jù)為主動注入的諧波電流分量比值，該諧波電流大小受到過渡電阻的影響。因此，針對不同運行模式不同過渡電阻下的故障情況進行仿真，結(jié)果如附錄A 圖A5 和表1 所示。

表1 不同過渡電阻故障仿真結(jié)果Table 1 Simulation results of faults with different transition resistors

由附錄A 圖A5 可以看出，在一定范圍內(nèi)，不同過渡電阻下諧波電流比值均迅速達到保護動作條件，R和R正確動作。表1 為在不考慮閉鎖延時信號的條件下，各個繼電器在不同過渡電阻故障時的動作仿真結(jié)果?？梢?，隨著過渡電阻Rf的增加而動作時間相對增加，即保護動作速度將有所延遲，但并不影響保護的正確動作，所提保護方案具備一定抗過渡電阻能力。

通過仿真可以看出，本文所提保護方案適用于微電網(wǎng)內(nèi)的不同故障情況，且通過將H分解為各相對應值可以識別故障相。

3.3 與現(xiàn)有保護方法的對比

本文所提保護方法與現(xiàn)有保護方案的對比如表2 所示。

表2 不同保護方案動作情況Table 2 Actions of different protection schemes

文獻［14］提出了一種基于IIDG 輸出頻率變化的差動保護方案；文獻［21］提出了一種依賴于故障電流限制器和方向過電流繼電器的優(yōu)化反時限過流保護方案?？梢钥闯?，與傳統(tǒng)過流保護相比，本文所提的保護方法解決了IIDG 并網(wǎng)后帶來的雙向潮流問題，且本文所提方法可以兼容并網(wǎng)與孤島兩個模式，只需要一套整定方案。與差動保護相比，本文所提保護方案的優(yōu)勢是通信要求低。而文獻［21］所提保護方案雖然改善了IIDG 帶來的雙向潮流問題，但由于還是采用反時限電流，導致動作時間比本文所提方案更長。文獻［14］所提保護方案也是一種主動式保護方案，但卻只能適配于孤島微電網(wǎng)，并且通信要求比本文所提方法更高。

4 結(jié)語

本文提出了一種基于諧波電流注入的微電網(wǎng)主動保護方案。該方案在逆變器控制環(huán)節(jié)增添了基于阻抗調(diào)制的諧波電流注入功能，通過諧波電流比值運算實現(xiàn)保護。所提保護方法通過探測注入的諧波電流來代替通信，通信要求相對較低。PSCAD/EMTDC 仿真研究驗證了所提保護方案能夠適應不同的故障條件，消除了并離網(wǎng)模式下保護量顯著變化的問題，具備一定抗過渡電阻能力。

本文所提方法基于IIDG 端口等效阻抗變化實現(xiàn)故障判別和諧波電流注入，該方法一定程度受故障電阻影響，在高阻故障下可能失效。下一步研究將優(yōu)化注入策略，實現(xiàn)可選擇性的IIDG 有序能量注入，完成故障信息的能量化表達和信息交互，實現(xiàn)不依賴主站通信的饋線故障隔離和自適應重合閘。

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