光伏电源接入的配电网自适应距离保护研究

摘要

光伏发电具有廉价可再生、清洁无污染、取之不尽等优势，但是，随着光伏并网规模的增大，配电网网架变为多电源复杂拓扑结构，同时，光伏发电具有波动性和间歇性，其灵活多样的并网方式导致传统距离保护测量阻抗不能准确反映故障位置，需要一个能够自适应各种环境因素变化和运行方式的动态整定阻抗，保证保护灵敏可靠的动作，因此，有必要进行光伏电源接入的配电网自适应距离保护研究。 研究分析光伏系统各部分组成和控制原理，建立了基于 PSCAD/EMTDC 的光伏并网仿真模型，其中包括光伏阵列模型、升压斩波电路模型、逆变器模型、MPPT 及逆变器控制模型等。 通过理论分析和仿真验证了光伏电源接入母线和馈线时对配电网传统距离保护的影响；针对光伏电源接入配电网引起的距离保护Ⅱ段灵敏度下降和拒动问题，利用光伏并网系统各部分通用等值模型和戴维南定理定义光伏电站动态等值阻抗，根据该动态等值阻抗提出一种自适应距离保护新方法，利用光伏电站各项参数和可监测的动态参数，计算当前条件下的光伏电站动态等值阻抗和动态分支系数kD ，从而得到自适应距离保护Ⅱ段的动态整定阻抗，通过比较动态整定阻抗与测量阻抗的大小实现基于光伏电站动态等值阻抗的自适应距离保护。 针对局部阴影导致的光伏阵列输出特性畸变而影响自适应距离保护的动态整定，利用考虑光强和温度影响的工程等值模型建立局部阴影下光伏阵列的数学模型，定义局部阴影下光伏阵列开路电压和短路电流的减小程度λU和λI，利用λU和λI分析局部阴影下光伏电站动态等值阻抗的变化，从而提出一种考虑光伏阵列局部阴影的自适应距离保护方案，根据λU和λI计算的动态等值阻抗比例系数KUI判断光伏阵列当前光照条件，选择相对应的光伏电站动态等值阻抗模型，计算新条件下的自适应距离保护Ⅱ段动态整定阻抗，从而实现考虑光伏阵列局部阴影的自适应距离保护。 利用PSCAD仿真和MATLAB数据处理后，验证了该方法不受任何光照条件、故障类型和运行方式的影响；解决了光伏电源接入配电网导致的距离保护Ⅱ段灵敏度下降和拒动问题；动态整定值具有针对故障信息量的实时性和波动性，可有效提高保护的可靠性和灵敏性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题的背景及意义

1.2 光伏电源接入的配电网自适应距离保护研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 基于PSCAD/EMTDC的光伏并网系统建模与仿真

2.1 光伏并网系统的组成

2.2 光伏阵列的建模

2.3 升压斩波电路的建模

2.4 最大功率点跟踪控制的建模

2.5 逆变器并网及控制的建模

2.6 基于PSCAD的光伏并网系统建模与仿真

2.7 本章小结

第3章 光伏电源接入对配电网距离保护的影响

3.1 光伏电源接入对配电网距离保护的影响

3.2 仿真验证

3.3 本章小结

第4章 基于光伏电站动态等值阻抗的自适应距离保护

4.1 并网光伏电站的动态等值阻抗

4.2 基于光伏电站动态等值阻抗的自适应距离保护

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

第5章 考虑光伏阵列局部阴影的自适应距离保护

5.1 局部阴影下的光伏阵列数学模型

5.2 考虑光伏阵列局部阴影的自适应距离保护

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢