1研究背景和意义通过对MG控制系统整体结构的综合分析可知，其主要由分布式电源以及电源的储能装置、控制系统和防护装置等共同构成，包括燃气轮机以及风电设备等。MG系统结构可以构成一种自我管理、自我维护的各种功能独立系统，具有能量分散、能量有效使用、环境适应性等特点，在现阶段的能源领域中起到重要作用。MG装置其实是把各个类型的分布式发电（DG）加以排列组合，工作原理为将各种处于分散运行状态的供电系统，从分布式的运行模式转变成集成化的运行模式。将MG装置科学应用到配电网中，DG单元的容积较大，不仅能够实现对分散能源的集成化处理，还有利于强化梯级效果，降低分布式供电并网对于供电系统的不良影响，进而提高供电的稳定性和可靠性，促进电源整体质量的同时，达成及时、高效、准确处理供电故障的目标[1]。目前，我国的MG系统电压等级都是10 kV，在10 kV中压MG接入10 kV电压等级的最近端中低压配电网时，其供电情况复杂且负载点较多，导致供电区域增加，监控方法更复杂。复杂多变的电源条件不仅需要采取相应的控制策略，还需要注意电源的稳定性，包括微电源的供电稳定性[2]。必须在确保安全性的情况下，充分发挥MG作为能源供电的优越性，以适应日益增长的能源需要。为保证MG系统工作更安全，降低并网以及离网情况下对公共供电设备的干扰，本文进一步研究了MG系统在并网和孤岛工作条件下的故障特征。2MG控制系统的故障特征分析MG控制系统的故障特点与其系统和工作方法有关[3]。从微观看，微源的输入输出特点以及监控方法对MG控制系统的故障特点产生影响；但从宏观看，其故障特点和MG系统的并网和离网状态存在紧密联系。微电源的种类和并网方式对其输出特性有较大影响，不同种类的微电源和并网方式在输出特性上具有不同，必须针对实际具体情况加以选取和优化。为了实现微电源的平稳运转与有效使用，必须综合考虑各种因素，例如环境因素、装置特性等。关于微电源系统管理方法的探讨，重点聚焦微电源并网逆变器外环管理。不同的监控方法（下垂调节、功率调节和恒压/恒频调节）在微电源并网逆变器外环监控中起到了关键性作用，可以保证微电源的平稳工作和有效输出[4]。这种管理方法的运用增强了微供电的稳定性，降低了控制系统的故障率，改善了整个控制系统的特性。另外，也要注意MG系统的工作形式，如其并网和离网情况下的工作特性。针对上述功能的深入研究，帮助人们进一步认识和完善MG操作系统的功能，以提高其可靠性和稳定性。还需要注意微电源并网逆变器的设计，使其可以应对多个复杂的工作条件，实现微供电的有效平稳工作。2.1外部事故时逆变器的等效模型根据逆变器的控制功能设计，在双环控制系统下，逆变器的自身防护方法一般包括逆变器在外部事故后的运行防护和限流防护。MG系统出现内部故障和远端故障时，逆变器输出的故障电流不同，在远端故障时，逆变器输出的故障电流被限制在额定电流的两倍以内，内部故障电流与输出电流之间具有反比关系。控制系统出现近端故障时，限流保护模式下的逆变器参考电压的数值将维持不变，逆变器双环控制器中的电压外环将失效[5]。逆变器控制原理如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F001图1逆变器控制原理逆变器等效电路如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F002图2逆变器等效电路逆变器保护器能够使微供电在MG中持续工作，但在近端事故出现时，微供电馈出的事故电压也被控制在额定电流的两倍，可以将供电看作恒流电源，促使二者实现等效替代的效果[6]。经实践证明，此保护方法的实用价值较高，通过深层次分析可知，保护方法的故障等效模式对于MG故障特性的合理解析具有积极的促进作用。2.2MG的建模为深入研究MG的故障特征，本研究利用仿真软件搭建MG的模型。MG系统的基本结构如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F003图3MG系统的基本结构在MG模拟模式的基础上设置一个用于联络配电网与MG系统的线路，该线路适用于10 kV的配电网，因此当MG系统为400 V时，可以利用断路开关实现配电网与MG系统的顺利连接。二者之间的交流变压器，主要技术参数有两个，一个是20 MVA的总容量，另一个是D11结线。常见的MG系统主要由两部分组成，即馈线1和馈线2，也可称为支路1和支路2。各馈线连接的负荷由含有逆变单元的微供电DG1—DG2—DG3供电，微供电系统的总容积依次为2.0 MVA、1.5 MVA、2.0 MVA，且都采用双环控制和限流到两倍额定运行电压的保护措施。根据故障点的具体位置可以明确，部分微供电可以用恒流源等效替代，可以假定各馈线都具有敏感负荷。MG的系统频率设置在50 Hz，并设置了各馈线的阻抗系数。支路1连接的负载参数为P=0.8 MVA，Q=0；支路2的两个负载参数P=1.2 MVA，Q=0.4；支路2的各种负载参数都设置为P=1.0 MVA，Q=0.2。L1-1~L2-6表示线路的最大阻抗，包括L1-1、L1-3、L1-5、L3-1、L3-3和L3-5所在线路长为6 km，线路阻抗R=0.347 Ω/km，X=0.234 5 Ω/km；如L1-2、L1-4、L1-6、L2-2、L2-4和L2-6表示线路宽度为0.4~2.0 km不等，但线路阻抗R=0.441 Ω/km，X=0.101 Ω/km。参数用以模拟MG的故障特征。2.3MG并网运行时内部故障特征分析并网运行中的MG内部事故特征分析，其前提条件是当MG内部出现事故时，在联系线上的开关保持原状，MG内部和配电网保持联系。馈线L2-1出现了故障F1时，并网开关的PC（公共耦合点）保持稳定不动。MG系统中F1的三相短路故障电压波形信号如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F004图4MG系统中F1的三相短路故障电压波形信号在L2-1线路始端，故障电压主要是由配电网与微电源DG1与DG2形成的电压和，但在线路末端电压主要由DG3供给，因为线路较长，故障电压小于2倍额定电压具有一定合理性，但线路的始端受到配电网的影响后，会一直有助增电压，是故障电压大于2倍额定电压的根本原因。在MG并网的运行系统中，系统工作时限超过0.5 s时，人们可以观测到在F1处设备出现了三相或二相短路问题故障。故障电压的波形都从线路L2-1的始端计算得来，并网运行时通过对故障点的综合监测可知，此时电压较大，超过额定电流的10倍。MG系统中F1发生了二相短路故障电压波形如图5所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F005图5MG系统中F1发生了二相短路故障电压波形2.4MG孤岛工作中的内部事故特征分析MG和配电网的联系线出现故障或供电系统的工作标准不达标时，必须采取相应的措施予以解决[7]。MG系统处于孤岛运行状态时，一旦系统内的FI处发生故障，通过对L1-1始端的检测可知，该位置的故障电流存在较大的差异性。以三相电路故障为例，当线路L2-1始端出现异常情况时，其故障电流与LI-1始端的故障电流，二者的电流数值有差别。由此可知，DG1是线路L2-1端口故障电源的源头。出现这种情况的根本原因是DG3的故障点与DG2的故障点间隔较远，因此DG1是故障电流的提供源。DG3并网逆变器的保护方法较为特殊，给故障电流的幅值造成了一定影响，常规情况下其幅值会小于2倍额定电流值。MG系统中F1三相短路故障电压波形如图6所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F006图6MG系统中F1三相短路故障电压波形MG系统中F1二相短路故障电压波形如图7所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F007图7MG系统中F1二相短路故障电压波形MG系统中F2三相短路故障电压波形如图8所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.01.019.F008图8MG系统中F2三相短路故障电压波形在三相短路故障的故障点都是F1或F2的相对位置时，线路L1-1和L2-1始端测出的短路电压主要由DG1供给，可能会造成在MG保护配置时的保护整定困难，必须认真考察微电源逆变器电力电子装置载流能力等各种因素的影响。3结语本文以逆变器两个相同保护模式为基础，搭建了故障的等效模型，以该模型为基础展开了深层次分析，在仿真软件系统的支持下构建了MG的模型，通过对模型的科学模拟分析可知，在相同的工作条件下，MG系统的同一个故障点产生的电压值存在一定的差异。MG系统在孤岛运行模式下，微电源近端短路故障明显小于2倍额定电流，究其原因是并网逆变器载流的影响，给传统三段过流保护的准确整定带来了阻碍和干扰。文章根据MG系统故障特点开展了深入研究，为MG系统的保护配置提供了支持，为后期MG系统的维护与使用提供基础，对新能源的开发与使用具有重要意义。