逆变型分布式电源接入配电网容量及保护研究

摘要

分布式发电与大电网相结合，大电网可靠性和灵活性得到很大的提高。然而随着DG接入数量增加，传统单一辐射型结构配电网变成多电源结构配电网，配电网无方向电流保护将会受到影响。逆变型分布式电源(IIDG)输出功率具有随机性，其控制形式多样，导致其故障特性以及对传统电流保护的影响程度不同。本文围绕上述问题，对含IIDG配电网进行了深入的研究，主要内容为:
　　详细分析了同步DG接入对现有配电网电流保护的可靠性、选择性和灵敏度等方面的影响，得出DG接入容量与接入位置是最主要的原因。
　　研究了双馈感应发电机和光伏、燃料电池等等效的IIDG的控制与建模。分析了双馈感应风力发电机有无撬棒控制电路故障电流特性以及光伏、燃料电池等IIDG恒功率控制和恒压恒频控制方式下故障电流特性。在考虑逆变器2倍额定电流限制下，提出不同情况下IIDG可等效为恒功率源、恒正序电流源和恒电压源模型，IIDG故障特性与其控制方式、限流措施及配网故障发生位置有关。
　　考虑在配电网阶段式电流保护约束下，分析不同IIDG控制方式下接入配电网容量，提出IIDG接入配电网容量与其控制方式和限流措施有关。通过推导与理论分析，得出IIDG单处接入配电网最大接入容量计算公式，且接入容量与IIDG上游和下游线路长度比值相关，当下游线路与上游线路比值较大时，接入容量就较大，反之则较小。最后，通过仿真验证所得结论。
　　在研究逆变型分布式电源接入对配网传统电流保护的影响以及接入容量受到限制等问题基础之上，借鉴差动保护思想，结合含IIDG配电网特点，提出一种基于通信的改进电流保护方案，由电流幅值比较式纵联电流保护和过电流保护组成。相对于传统电流保护，接入容量得到了提升，耐过渡电阻能力增强，能够适应高渗透率多DG接入的配电网，满足可靠性和选择性要求，最后通过仿真，验证了所提方案的可行性与有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 课题研究现状

1．2．1 分布式发电发展及研究现状

1．2．2 分布式电源接入配电网容量及保护研究现状

1．3 本文的主要工作

第二章 分布式电源对配电网保护的影响

2．1 引言

2．2 配电网继电保护简介

2．2．1 阶段式电流保护

2．2．2 反时限过电流保护

2．3．1 DG对保护可靠性的影响

2．3．2 DG对保护选择性的影响

2．3．3 DG对保护灵敏度的影响

2．3．4 DG对重合闸的影响

2．4 本章小结

第三章 逆变型分布式电源故障特性分析

3．1 引言

3．2 双馈感应风力发电机原理及模型

3．2．1 双馈感应发电机工作原理

3．2．2 双馈感应发电机数学模型

3．2．3 双馈感应发电机控制模型

3．3 逆变型分布式电源简化模型及控制

3．3．1 IIDG简化模型

3．3．2 逆变器控制方式

3．3．3 恒功率控制下IIDG故障电流特性

3．3．3 恒压恒频控制下IIDG故障电流特性

3．4 仿真分析

3．5 本章小结

第四章 考虑配电网保护逆变型分布式电源接入容量研究

4．1 引言

4．2 IIDG输出电流与输出功率关系

4．3 逆变型分布式电源单处接入配电网容量约束条件分析

4．3．1 IIDG下游故障接入容量约束条件分析

4．3．2 IIDG上游故障接入容量约束条件分析

4．4 逆变型分布式电源多处接入配电网容量约束条件分析

4．5 算例仿真

4．6 本章小结

第五章 电流幅值比较式纵联保护方案研究与仿真

5．1 引言

5．2 保护原理

5．2．1 保护性能分析

5．2．2 特殊情况下保护措施

5．2．3 保护配置组成

5．3 与传统电流保护对比

5．3．1 可靠性分析

5．3．2 接入容量分析

5．3．3 耐过渡电阻性能分析

5．4 仿真分析

5．4．1 区内故障灵敏性仿真

5．4．2 区外故障可靠性仿真

5．4．3 接入容量仿真

5．4．4 耐过渡电阻性能仿真

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果

参考文献