微电网基本结构

点击“认识微电网”的下拉菜单“微电网的基本结构”，出现该步的操作界面，点击“开始实验”出现该步的“任务单”，了解完任务后点该任务单右上角的“×”，就可以进行操作了。该步骤使学生进入交直流混合微电网仿真系统，熟悉交直流混合微电网中设备的地理位置，了解交直流混合微电网的基本构成，三维感知微电网的各个组成部分的结构，并学习微电网各组成部分的工作原理。

点击该步操作界面下的地图，出现图3的界面，点击该界面中的任何一个设备，将会在虚拟微电网中见到该设备，且可以获取该设备的原理介绍。具体见如图4~图6。

微电网接线与控制

点击“认识微电网”的下拉菜单“微电网接线图与控制结构”进入该步的操作界面，点击界面边框闪烁的电脑屏幕，可以看到微电网的接线图，如图6所示，可以整体看到微电网的组成，熟悉微电网的整体结构和工作原理，熟悉交直流微电网的控制方式，以及微电网能量管理的操作方式，结合微电网的接线图与运行方式，从工作原理方面对微电网进行进一步的认知。

图7的接线图可以很好的展示微电网中电能变换和传送的过程，更好理解交直流微电网的工作原理；图8展示了微电网控制器部分；图8给出了微电网的室内部分，包含有电池柜、风力发电柜、光伏发电柜、静态开关柜、微网控制柜（微电网并网控制装置安装在此）、交流柜（微网并网开关及指示灯在该柜上）、储能控制系统（PCS）、配电及汇流机柜。

微电源及负荷特性

该步学习光伏电池、风电机组、储能系统、负荷需求的输出特性。考虑光辐照度S、环境温度T对光伏发电单元输出功率的影响，获得光伏发电单元的输出功率P_PV以及光伏发电单元电流I_PV、电压U_pv特性；考虑风电场风速v对风电场输出功率的影响，对风电场的输出功率P_wind进行计算；考虑负荷需求的随机性，根据负荷需求的历史数据以及温度、湿度数据，对负荷需求的日出力曲线进行预测。

点击光伏参数设置进行温度和光辐照度的设置，点击光伏曲线显示该参数下的输出功率与输出电压、电压、电流关系曲线，如图10、图11所示，改变光辐照度与温度，曲线随之而变，形象展示了光伏电池的功率特性。点击风电参数设置进行风速设置，可见到该风速下风机的输出功率（图13中的红点），如图12、图13所示。其它类似。

微电网运行效益

以微电网运行效益最大构建微电网经济性优化运行方式，获得微电网能量管理调度策略，感知微电网优化运行所带来的社会经济效益，如降低微电网与主网之间交互功率所带来的收益、降低污染物的排放，包括污染物CO₂、SO₂、NOx的减少量所带来的环境效益。光伏电站、风电机组的接入降低了微电网用户售电成本、提高光伏、风电等可再生能源的消纳率，避免了资源浪费等。

点击认识微电网中的微电网效益，出现夏季和冬季菜单，点击夏季或冬季后出现相应的运行功率曲线，以及效益情况。这里仅以夏季和冬季2种运行方式进行说明。

微网黑启动

黑启动场景生成：

在交流柜上一次断开开关KN4、KM0、KM1、KM2、KM3、KM4以及PCC开关，与开关状态对应的指示灯由红变绿，表明该开关断开了，同时接线图也给出了开关的状态显示，此时微电网完全停止运行了，下面可以进行黑启动操作了，如图20所示。

黑启动操作

依次合上KM2、KM0、PCC、KM1、KM4、KN4等开关，与开关状态对应的指示灯由绿变红，表明该开关合上了，同时接线图也给出了开关的状态显示，此时微电网黑启动操作成功，如图21所示。

微网运行方式切换

微电网由运行转检修状态，要将微电网停运，且检查PCC开关确已断开，且微电网侧无电。

依次断开KN4、KM2、KM1、KM4、KM0、KM5、PCC开关，检查PCC开关断开，且微电网侧无电，如图22左侧图所示，否则如图22右侧图所示。

非计划孤岛场景

雷击造成绝缘子破裂，需要停电检修。点击页面中“室内外切换”，到室外，拉开系统侧线路断路器，微电网非计划孤岛运行。如图23所示。

电网停电检修误操作

场景：雷击绝缘子，绝缘子破裂，巡检到该故障，进行停电检修。

操作流程：拉开系统侧线路断路器、线路侧隔离开关、母线侧隔离开关、挂接地线，产生电弧烧坏检修人员衣服。操作过程中的相关界面如图24~图27所示。

问题：分析出现电弧的原因，指出操作存在的错误。

停电检修操作

拉开系统侧线路断路器、线路侧隔离开关、母线侧隔离开关、验电（有电）、拉开变压器高压侧开关、线路侧隔离开关、母线侧隔离开关、验电（无电）、挂接地线、检修。

问题：为何验电有电。

微电网并/离网运行特性对比

同一光辐照度、温湿度、风速、负荷等参数下，分别观察微电网并网运行与孤岛运行时并网点电压、频率；改变场景，再进行相应的实验内容，分析两种情况下微电网的运行特性有何不同。

非计划孤岛运行微电网并网点电压频率特点分析

自行设置光伏、风电、负荷在不同运行场景下发生非计划孤岛的情况，测量微电网并网点电压、频率值，根据测量结果分析非计划孤岛运行时，并网点电压频率值有何特点，能否满足微电网运行的需要。界面与图30相似。

相关规程学习

点击“规章规程”后出现的界面如图31所示。

保护配置与整定计算

根据非计划孤岛运行时并网点电压、频率的特点，学习相关规范和规程后在并网控制装置的定值单中选择适用于微电网的防孤岛保护方法，完成防孤岛保护的配置。

根据防孤岛保护配置结果以及相关规范和规程完成防孤岛保护的整定计算，填写定值单。

根据保护整定条件和原理，对微网控制器中提供的保护进行配置，并整定所配置保护定值，填写定值单。

保护性能分析

点击任务栏上“保护性能分析”进入该环节。

a) 防孤岛保护性能验证

设置光伏、风电、负荷的相关参数，拉开系统侧线路开关使微电网孤岛运行，记录并网点电压、频率、防孤岛保护是否动作等结果，进行防孤岛装置的性能验证。非计划孤岛运行有多个不同状态，防孤岛保护装置根据微电网非计划孤岛状态进行相应动作。

该环节参数设置的过程与微电源特性相同，不再累赘。

问题：防孤岛保护配置整定是否合理，该保护装置的优点及缺点。

a.S=1300W/m²；T=25^oC；v=10m/s；负荷17kW

当孤岛运行时，频率为49.25Hz，电压为389.65V，开关柜上开关动作画面如图35所示，可见防孤岛保护动作，开关打开。

b.S=1000W/m²；T=25^oC；v=10m/s；负荷17kW

当孤岛运行时，频率为49.82Hz，电压为377.72V，开关柜上开关动作画面如图36所示，可见防孤岛保护没有动作，开关没有打开。

c.S=800W/m²；T=25^oC；v=10m/s；负荷17kW

当孤岛运行时，频率为49.30Hz，电压为370.96V，开关柜上开关动作画面如图37所示，可见防孤岛保护正确动作，开关打开。

三次实验的结果见图37所示的实验小结。

以上，固定了风速和负荷，只是改变光照强度，可见随着光照强度的改变，发生孤岛运行时，微电网的电压和频率都会不同，其数值可能满足电网运行的要求，防孤岛保护不动作，这是利用电压、频率构成的防孤岛保护的缺点。

也可以固定光照强度，改变风速，改变风机的输出功率，分析其对孤岛运行时微电网电压、频率的影响，微电网防孤岛保护性能的影响。

b) 短路故障保护性能分析

设置不同地点发生短路故障，有对应保护动作，熟悉短路保护性能。

设置好光伏参数、风力参数及负荷参数后，在监控图上点击故障点，设置故障点位置，如图39所示。若设置f4为故障点，则点击f4，同时出现动作的保护“低电压保护动作”，如图40所示。这是微电源功率输入比较低的情况；增大微电源的功率，可以看到电流保护III段动作或IV动作，如图41所示。

分别设置故障点为f1、f2、f3点，在电流保护I段不拒动的情况下，保护动作界面都显示为“电流保护I段动作”，如图42所示。

故障仿真

PCC开关没有保护。

实验结果：f4点故障：PCC开关未动作（红灯），直流光伏、风电、负荷等其经过0.15s延时后功率为0；f3点故障：PCC开关经过2s延时后冒火冒烟，直流光伏、风电、负荷等其经过0.2s延时后功率为0；f2点故障：PCC开关经过2s延时后冒火冒烟，直流光伏、风电、负荷等其经过0.2s延时后功率为0；f1点故障（逆变器与开关之间）：PCC开关经过2s延时后冒火冒烟，直流光伏、风电、负荷等其经过0.2s延时后功率为0。

微电网故障分析与处理

共有如下6种场景，实验时随机产生，若前一个能够消除可接着处理下一个出现的故障。

场景1：电流保护III段动作，PCC开关跳开，0.2s后PCS以及所有微电源逆变器闭锁，判断为f4点故障；确定总进线开关是否跳开，若跳开了，可以检修。

场景2：0.2s电流保护IV段动作，PCC开关动作，0.2s PCS以及所有微电源逆变器闭锁，判断为f4点故障；确定总进线开关是否跳开，若跳开了，可以检修。

场景3：0.2s PCS以及所有微电源逆变器闭锁，0.6失压保护动作，PCC跳开，判断为f4点故障；确定总进线开关是否跳开，若跳开了，可以检修。

场景4：电流保护I段动作、PCC开关跳开，0.2s PCS闭锁及微电源逆变器闭锁；

场景5：电流保护I段动作、PCC开关跳开，0.2s PCS闭锁及微电源逆变器闭锁；

判断为f2点或f3点故障。

场景6：电流保护I段动作、PCC开关跳开，光伏逆变器闭锁。判断为f1点故障。

图47显示了故障发生后“0.2sPCS以及所有微电源逆变器闭锁，0.6s失压保护动作”，如果判断为“f4”点故障，并合上PCC开关，则故障处理完毕。通过点击监控画面上的“f4”，并到交流柜上合上PCC开关，系统显示“故障处理完成”，如图48所示。