随着可再生能源的开发利用以及节能减排的需要,大量分布式电源接入配电网,使得配电网由传统的单电源辐射型网络变成具有多端电源结构的有源配电网。由于各种类型的分布式电源的存在,有源配电网的故障特性与传统的配电网有很大不同。传统配电网的保护与控制等方面都面临着新的挑战。经逆变器并网是可再生能源的一种重要形式。为了对其故障模型进行研究,需要分析逆变型分布式电源的组成结构以及控制方式等相关问题。逆变型分布式电源主要由电源单元和逆变器部分构成,需要分别进行分析。逆变型分布式电源的故障特性主要受其控制方式的影响,与传统电源有很大不同。另外,在对逆变型分布式电源进行故障分析时,由于目前对电网对称故障情况下的研究较多,因此需要重点考虑电网非对称故障时的故障特性。有源配电网的保护方案需要考虑分布式电源的影响。由于分布式电源的种类多样,其故障特性也有很大差别。随着分布式电源的大量接入,对配电网故障特性的影响也越来越大,使得传统的基于电流定值的保护方案难以整定。提出适用于有源配电网的保护方案有着迫切的需要。而且,配电网范围广大,也要考虑所提方案的经济性问题。因此,提出一种既能准确识别故障,又能在此基础上尽量减少投资的保护方案,对有源配电网具有重要意义。本文从电源单元以及逆变器两个方面对逆变型分布式电源的建模进行了分析,得出了光伏阵列的分段线性化等效模型以及电网故障时的逆变型分布式电源计算模型。针对有源配电网提出了一种只采用电流量、只需传输逻辑判断结果的线路纵联保护原理。提出了一种在保证准确识别故障的前提下来减少断路器配置以降低投资的有源配电网保护方案。主要研究内容及贡献如下：(1)针对光伏分布式电源,研究了光伏阵列的分段线性化等效模型。根据光伏阵列在系统分析以及仿真实验等具体应用中的要求,为了对其非线性I-U特性进行简化等效,提出了一种基于分段线性的等效方法。该方法利用相对简单的线性模型以及相应的等效电路来描述光伏阵列的I-U特性。通过分段线性化,使光伏非线性关系由多段线性方程来代替。而对于每一段线性方程,用一个等效电路表示。最终提出了一个含多个并联支路的光伏电源I-U特性等效电路。利用PSCAD软件搭建了分段线性等效电路的仿真模型,并将仿真结果与数学解析计算结果进行了比较。结果表明,分段线性模型能很好地表示光伏阵列的非线性I-U特性。(2)研究了逆变型分布式电源的故障特性及含逆变型分布式电源配电网的故障计算。逆变型分布式电源的故障特性主要由其控制策略决定。为实现非对称故障下的控制,采用双解耦控制。研究了非对称故障下逆变电源的控制策略。以抑制逆变型分布式电源在非对称故障期间所输出的负序分量电流为控制目标,对非对称故障以及考虑低电压穿越情况下的故障特性进行了研究。利用PSCAD仿真软件搭建逆变型分布式电源的模型,对其故障特性进行了验证。在此基础上,研究了含逆变型分布式电源的配电网故障分析方法,并通过仿真分析进行了验证。(3)提出了一种基于电流相角突变量方向的有源配电网线路纵联保护。首先考虑功率流动方向变化以及故障位置的变化,分析了故障后电流相角的变化特性。发现当某段线路发生内部故障时,线路两端电流相角突变量方向相反；而对于保护区外部故障时,线路两端电流相角突变量方向相同。据此原理提出采用正序分量电流的线路保护方案。该保护方案只利用线路两端电流相角突变量的方向信息便可准确识别区内故障,对通信通道要求不高,并且不需要两端电流同步采样。由于对故障位置的判定不需要电压信息,与现有方向保护相比,节省了电压互感器的投资。利用PSCAD仿真软件搭建多个模型对本线路保护方案进行了仿真验证。该线路保护方案对于不同位置、不同过渡电阻以及多种故障类型的故障都能够准确识别。(4)提出了一种针对整个有源配电网的考虑减少断路器安装的保护方案,并给出了跳闸断路器的确定方法。该保护方案采用智能终端单元(Smart Terminal Unit, STU)实现线路保护、节点保护和负荷保护等主保护功能,以及针对断路器拒动时的后备保护功能。通过STU大量配置,以实现故障准确判别；减少断路器的配置,以适应配电网的实际需要而减少投资。STU通过配电网正常运行时得到的保护关联矩阵来确定跳闸断路器。文章对保护关联矩阵的形成进行了详细说明。主保护关联矩阵通过拓扑搜索得到,后备保护关联矩阵通过对主保护关联矩阵的计算处理得到,分别用于主保护功能以及断路器拒动情况下的后备保护功能。当配电网的拓扑结构发生变化时,对不同情况下STU的处理方法进行了讨论。最后通过复杂接线的配电网实例对保护和断路器的动作过程进行了分析。分析表明本方案在配电网发生故障后,能够准确确定需要跳开的断路器以切除故障区段,当检测到断路器拒动时,后备保护也能准确动作。本文先对逆变型分布式电源的故障模型进行了研究,然后提出了一种基于电流相角突变量方向的有源配电网线路保护,以及针对整个有源配电网的保护方案。本文所做工作进一步丰富了有源配电网保护的研究,对于构建可靠的有源配电网保护系统提供了理论支持。