基于区域纵联比较原理的微电网保护方案

摘要

随着环境污染、资源紧张等问题日益严重，开发清洁能源，实现能源的可持续发展已成为全人类的共识。风电，光伏，微型燃气轮机等分布式电源越来越多地接入配电网，与当地的负荷和输电网络共同组成了微电网。微电网改变了传统配电网的拓扑结构与故障特性，传统的配电网保护方法已经难以适应微电网保护的需求。因此，研究适用于微电网保护的原理和技术，对发展微电网，推动清洁可再生能源的高效利用具有重要的理论和现实意义。本文在学习和总结前人工作的基础上，提出了一种基于区域纵联的微电网保护方法，论文完成的主要工作如下:
　　(1)根据分布式电源并网方式的不同，分别对双馈感应电机和经逆变器并网的分布式电源的故障特性进行分析。通过分析分布式电源的故障特性并结合微电网的结构讨论了分布式电源对传统配电网保护的影响。在总结目前各国采用的微电网结构后，根据微电网中馈线结构的不同，提出了一种模块化分析微电网架构的方法，把微电网中的馈线分为简单结构和复杂结构。所有的微电网结构均可由这2种结构组合而成。最后以其中的一种微电网结构为例，列举各种可能发生的故障并制定了相应的微电网保护策略。
　　(2)为实现提出的保护策略，本文提出了一种基于工作电压相位比较的微电网保护方案。在该保护方案中，需要准确地判断故障方向，本文提出了一种基于比较相位电压法的故障方向判断元件，该元件采用的判据在比较相位电压法的基础上做了改进，通过比较整定点和保护安装处测得的电压及相位得出故障点的方向信息。具体的保护方法依然根据上文提出的简单结构、复杂结构逐步分析与之对应的保护方法，然后以全局的角度分析保护策略，考虑在微网中各个馈线保护的配合以及PCC外部短路的复杂情况下实现之前提出的理想的微电网保护策略。
　　(3)为了让微电网保护更加高效，根据本文的保护方法总结了三个微电网保护设置的条件并对组成微电网的保护元件进行分类。微电网的特点之一就是可以为客户提供定制化服务，按用户需求提供相应的电能质量，本文认为微电网保护也可以定制化。利用本文提出的模块化架构分析方法，结合当地的负荷及线路的情况，设想所有可能出现的故障情况并定制最符合当地实际情况的微电网保护策略。
　　(4)在MATLAB仿真软件中分别搭建了以双馈感应电机和PQ控制的逆变电源为分布式电源的微电网仿真模型。以这两种分布式电源模型作为DG分别在不同的故障情况下的简单结构中进行仿真，验证故障方向判断方法以及区域纵联保护方案的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 分布式电源的故障特性及微电网的保护策略

2．1 分布式电源主要类型概述

2．2 分布式电源故障特性

2．2．1 双馈感应电机暂态故障特性

2．2．2 通过逆变器并网的分布式电源的故障特性

2．3 分布式电源对保护影响分析

2．4 微电网保护策略

2．4．1 目前各国研究机构采用的微电网结构

2．4．2 本文采用的微电网结构

2．4．3 外部上游短路故障及相应的保护策略

2．4．4 外部下游短路故障及相应的保护策略

2．4．5 内部短路故障及相应的保护策略

2．5 本章小结

第3章 基于工作电压相位比较的微电网保护方案

3．1 概述

3．2 基于工作电压相位比较的故障方向判断方法

3．3 简单结构保护方法分析

3．4 复杂结构保护方法分析

3．5 微电网保护的实现方法

3．5．1 PCC外部短路故障的保护方案

3．5．2 微电网中各条馈线保护的配合

3．5 本章小结

第4章 仿真验证

4．1 仿真方法简介

4．2 DFIG的MATLAB仿真

4．2．1 故障发生在M点与整定点之间

4．2．2 故障点在M点的整定点之外

4．2．3．故障点在M点的上游

4．3 经逆变器并网的分布式电源MATLAB仿真

4．3．1 故障在M点与整定点之间时

4．3．2 故障点在M点的上游

4．3．3 故障点在M点的整定点之外

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文与参与的科研项目