微电网由分布式电源、负荷、储能装置和保护控制装置构成,是自主控制、保护和管理的独立发配电系统,具有供电灵活、可靠与优质的特点。然而,不同类型分布式电源的接入以及微电网灵活、复杂的控制方式,使得传统配电网保护难以满足可靠性和选择性的要求。本文基于微电网的拓扑结构和运行特点,将微电网故障分为关键设备故障和线路故障,建立微电网设备故障处理机制,并分析微电网的故障特性,在此基础上提出微电网运维调控操作方案和多层级协同反时限保护方案。论文的主要工作如下:(1)针对微电网关键设备故障,分析并制定完整的故障处理规范流程,其中某些设备异常情况难以通过继电保护装置快速消除,需要依赖于微电网的运维操作。对于不同类型线路故障,结合理论分析和仿真验证,研究不同控制方式下分布式电源的输出特性。(2)研究微电网运维调控操作方案并开发其应用软件。围绕关键设备投切、运行模式切换和黑启动,建立规范化、合理化及实用化操作方案。结合微电网现场数据和监控界面,开发微电网运维调控操作仿真平台,并在某岛屿微电网示范工程中实际应用。(3)提出微电网多层级协同反时限保护方案。该方案将微电网保护区域按故障影响的扩散分为中心层、区域层和系统层,设计基于正序电流相量的反时限差动电流(inverse-time differential current,ITDC)保护,并研究多层级协同保护算法。为降低非周期分量对保护相量的影响,提出ITDC保护的相量计算改进算法。利用PSCAD/EMTDC进行仿真分析,验证了保护方案的有效性和可靠性。现场应用和仿真结果表明,本文所提运维调控操作方案和多层级协同反时限保护方案能够有效应对微电网的关键设备故障和线路故障,具有良好地应用前景。