将分布式发电以微网的形式接入到配电系统，分布式发电技术作为大电网的有益补充，给配电网带来一系列积极的影响；同时，也由于各微源自身特性、接入模式及其控制运行模式的差异，直接影响配电网的供电质量。本项目从微网中不同形式的能源动态特性出发，从微源电能质量问题产生机理研究，含微网配电系统的电能质量分析与控制方法，含微网配电网电能质量评估算法，典型微网仿真平台开发与应用研究等四个方面展开研究。为合理利用分布式电源，提高含微网配电网的供电质量提供理论与技术支持。由于直接面向智能电网建设中需要解决的难点问题，本项研究具有极大的应用价值。 公开发表学术论文29篇，其中：在国内外学术刊物发表研究论文26篇（SCI&EI收录7篇），发表国际/国内学术会议论文3篇；中国发明专利8件（其中：授权中国发明专利1件），培养博士研究生3名（其中1名为巴基斯坦外国留学生），硕士研究生9名。 2100433B

分布式发电技术作为大电网的有益补充，给配电网带来一系列积极的影响；同时，也由各微源自身特性、接入模式，及其控制运行模式的差异，直接影响配电网的供电质量。本项研究以分布式发电系统组成的微网及其所接入配电网为研究对象，以保证配电网的供电质量与可靠性为目标，从不同微源的能源动态特性出发，紧紧围绕含微网配电系统的电能质量问题产生原因及危害形式、评估策略与控制补偿方法，以及运行安全稳定性等若干关键问题，探索微电网与大电网相互作用的机理，提出适用于含微网配电网的电能质量评估体系与控制框架，开发相关电能质量控制与补偿算法，并通过物理仿真及现场试验加以验证。为合理利用分布式电源，提高含微网配电网的供电质量提供理论与技术支持。由于直接面向智能电网建设中需要解决的难点问题，本项研究具有极大的应用价值。

关于微网的研究尚处于起始阶段，且多围绕微网的控制方式展开，几乎没有成熟的微网模型。对于微网继电保护的研究，国外仅仅处于理论研究阶段，国内研究资料更是少之又少。限于微网控制方式研究水平，微网保护的研究多针对特定的控制方式，不具有通用性和可移植性。

微网最主要的一个特性是既能以并网模式运行，又能以孤网模式独立运行。配网发生故障时，为保持微网内部负荷的正常供电，需及时将微网由并网模式转为孤网模式;微网内部发生故障时，为防止故障对配网产生影响，须根据具体情况将故障切除或者将故障微网从配网中切除。因此，微网与大电网的并网点PCC 起到极其关键的作用，即能检测到故障的发生并且能实现微网在两种运行模式之间的平滑切换。

微网中一般含有不同类型的分布式电源，不同的电源控制方式在故障时表现出来的特性也不一样。当分布式电源通过逆变器等电力电子设备接入电网时，其最大输出电流往往被限制在一定的范围以内，发生故障时，该电流不足以使基于电流的保护设备动作，因此须研究新的保护方式。

微网继电保护的研究多从系统级保护和单元级保护两方面展开 。

微网线路保护系统级保护

研究对象为微网整体。考虑在故障情况下，无论配网故障还是微网内部故障都将相关微网从配网中切除。使微网从并网运行状态安全，平滑的过渡到孤网运行状态。系统级保护担负着保持配网稳定，降低故障对配网的冲击以及保证微网运行状态之间顺利过渡的任务。

系统级保护须合理配置PCC处的保护功能。故障情况下微网对于配网的影响主要取决于注入配网的电流大小和持续时间。配网发生故障或者电能质量参数不符合相关的状态要求时，PCC应该能准确的检测到这种异常并且可靠的将微网从配网切除使得配网故障不至于影响微网内负荷的供电和运行。当微网内部发生故障时，PCC也应该能检测到故障的发生且将微网切除，使得微网内部故障对于配网的影响降到最低。因此，PCC应能准确判断各种故障情况并能迅速响应，实现微网运行状态的转换。

微网线路保护单元级保护

当配网中有故障发生或者电能质量不满足要求，例如电压偏高或偏低，震荡等情况发生时，为充分的保证微网内部负荷的供电，需要及时将微网与配网断开，微网从并网运行状态转为孤网运行状态。发展微网的目的是充分利用分布式电源，因此其中常含有多种形式分布式电源，遵循着因地制宜安装分布式电源的原则，考虑到各分布式电源的特性及安装位置，通常情况下，各电源之间会有一定的地理距离。无论在并网运行还是孤网运行状态下，微网内部故障时，必须采取可靠的保护措施将故障部分切除以保证正常区域的供电。为充分发挥分布式电源的优势，微网还经常带有其他形式的负荷，例如热负荷，冷负荷等。这又在可靠性上对微网内部的保护提出了更高的要求。微网单元级保护面向对象为微网内部，研究在各种故障情况下如何快速有效的将故障切除，以保证微网内部其他部分的正常运行。

微网具体结构，内部分布式电源类型不同，通常需要配置的保护也不相同。但是微网继电保护须遵循最基本的原则，即无论微网在哪种运行状态下，并网运行或者孤网运行，即插即用型电源接入或者断开，保护都应当可靠有效。保护还应当考虑到分布式电源控制器中的电力电子器件所带来的影响，相比于传统电源，电力电子接口分布式电源惯性较小或者没有惯性，电力电子装置响应迅速，微网故障情况下必须考虑到与大电网的差异，以便于保护的实现。鉴于微网保护与传统保护之间的差异以及其内部电源类型的不同，对于单元级微网保护的研究多针对较为具体的微网模型，寻找针对于该微网模型的保护方式。

针对普通继电保护装置在微网中不适用的情况，有学者采用了数字继电器。该类型继电器可以检测过电流，过/欠压且可编程可通过光纤或以太网实现相互之间的通信，有文献在simulink仿真环境中构建了包含多个分布式电源的微网模型，并且对微网并网与孤网运行状态下各个节点发生各种类型故障时的电流和电压做了仿真分析，得出一般继电保护方法不足以对微网进行保护的结论，提出采用数字继电器的建议。也有文献借助于数字继电器设计了较为完善的微网保护机制，主保护采用瞬时差动保护，若连续两个采样点高于整定值则发出跳闸信号。当距离小于18公里时，线路通信能满足动作要求，当距离大于18公里时则需借助PMU系统来保证采样的同时性。如果开关动作失败，经过0.3-0.6s的延时后，跳闸信号送达至相邻线路的开关，以减少故障的影响。如果通信线路故障，保护装置向控制中心发出报警信号则其余开关保护转为后备保护—相对电压保护，通过比较相关继电器所测得的电压有效值来对线路进行保护。借助于数字继电器，文献[23]同样研究了保护在微网采取环网运行情况下的保护和高阻抗接地的保护。该保护方式的缺点是过于依赖于设备的技术成熟程度、投资上不具有经济优势。

由于微网线路故障电流的特殊性，使得传统的保护方案不再适用。因此不少国内外学者开始对微网线路保护配置进行研究，从是否依赖通信技术以及保护原理的实现方法上，将微电网线路保护方案的研究主要分为以下3类 ：

1）基于本地量的微网保护：对传统保护原理进行修改以适应微网新的故障特征，成本低，对配网自动化要求不高。保护整定值不可实时调整，不能完全适应微网的特殊性。

2）基于中央控制的微网保护：在线对保护定值整定和对故障定位，克服了微网复杂运行状态对保护的影响。依赖通信，实时性要求较高，中央保护单元需要处理海量的网信息，存在单点失效的风险。

3）基于分区的微网保护：实现微网的有限区域集成保护，避免中央保护单元因为处理信息量过人而导致保护延迟动作。必须协调控制每个保护单元，增加了微网保护的复杂性，不利于最大限度的利用微源。

（1）基于本地量的微网保护。有文献提出采用反时限的保护方案，通过选择合理的反时限形状系数和动作时间常数完成上下级保护间的配合。并根据保护与故障点的距离不同造成的电压跌落程度不同，提出采用低电压加速因子提高传统反时限保护方案的动作速度。前者提出基于负荷阻抗的反时限低阻抗保护方案，后者提出低电压加速反时限过电流保护方案。也有文献在微网拓扑图简化的基础上，提出基于边电压的微网保护方案。该方法的局限性在于对拓扑变化具有一定的依赖性，对于合闸瞬间以及网络拓扑刚刚改变后发生故障的情况保护无法正确动作。有文献提出一种基于母线上导纳量变化为判据的保护方案，通过比较故障前后母线上测量导纳的幅值与相角的变化，有效地区分微电网的区内外故障，实现故障的检测与定位。该保护方案比单纯运用电流或电压变化为故障判据，具有更高的灵敏性和可靠性。但对于含过渡电阻的故障类型可能导致保护方案的部分失灵，需配备相应的后备保护;

（2）基于中央控制的微网保护。有研究应用微网中央保护单元与微网中的所有继电器和微源实时通信，通过在线监测微网运行模式的变化，DG的数量、类型、状态，方向元件信息和电压、电流故障分量信息来确定故障类型，以便实时整定动作值，并通过断路器和负荷电流信息确定故障位置。不足的是一旦某一元件发生变化，需要重新计算整定，此时若发生故障微网可能处于无保护的状态，同时如果传输信息错误或没有实时同步信息保护可能会误动或拒动。也有文献提出基于故障电流方向角判别的微电网自适应保护方法，有效地解决了微电网故障潮流多向性引起保护的误动作问题;将微网实时拓扑结构转化为树形节点路径图，采用树形节点搜索方法及节点路径算法对微网内保护装置的动作值及动作时限进行实时整定，有效地解决了对不同运行方式及拓扑结构下微电网保护装置动作值的自适应整定问题。有文献提出了利用智能继电器及控制网络辅助的保护方案，用智能数字测量单元代替价格昂贵的继电器，中央控制器与数字测量单元通过控制网络连接能够实现同样的保护功能。文中将微网闭环结构配置，有效地解决了微电网运行在孤岛模式下切除故障线路后，引起的发电功率与负载不匹配的问题。而建立的新的高阻抗故障探测方法，可以在检测到的故障电流较小时，就动作跳闸。

（3）基于分区的微网保护。有文献提出了基于Multi Agent的微网分区保护实现方案。将微网划分为若干保护区域，利用阻抗元件和功率变化量方向元件锁定故障区域，同时利用Agent之间的协作能力提高了微网保护的整体性能，能够进行在线协调整定，更适合于微网灵活多变的运行方式及双向潮流的特点。也有文献引入正序故障分量原理，提出一种基于有限区域集成的保护方案。将微电网以母线为依据分割为若干个区域，在每个区域设置一个有限区域保护单元。利用各区域主馈线与从馈线的正序故障分量电流相角差实现故障区域和故障线路的定位。不足是故障时微源的电压会有所跌落，对保护方案的适应性产生影响。有文献提出利用故障前后的电流方向判断故障区域，将断路器间的区域作为最小研究单元，区域内的DG接入或者退出不影响保护。前者还在微网系统设置一个中央保护单元，汇集各MTU提供的故障电流方向信息，通过计算来锁定故障区域。后者将数据通信和保护装置的故障信息交换分开，保护信息只是简单的布尔信号，能在相邻保护装置之间高速传递。也有文献提出了微网分割区域的概念，并将分割区域看成是图的节点，断路器看成是图的边，建立微网的图模型。将对综合电流方向的判断转移到对边电流方向的判断，进而提出了边方向变化量保护。缺点是仅适合辐射型网络，当电网中出现环网时，无法应用。且当微网新增或减少支路时，需重新分割区域。

微网中多逆变器并联控制和微网电能质量控制是亟需研究的重要基础课题。本课题围绕微网中多逆变器并联功率控制和微网电能质量控制，深入研究四个方面的科学内容：1)含多逆变器微网的等值电气模型；2）微网中多逆变器功率精确分配控制和环流抑制方法；3）含多逆变器微网电能质量补偿器的优化配置方法；4）微网与电能质量补偿器协同控制方法。期望揭示微网多逆变器基波域和谐波域的等值模型、电能质量等内在特性，取得多逆变器功率精确分配控制及环流抑制方法、补偿器优化配置方法、微网与电能质量补偿器协同控制方法等创新性成果。本课题将推动分布式微网基础理论研究的进步，取得的成果直接为新能源分布式发电的进一步推广应用提供理论指导。