含分布式光伏电源的配电网保护方案及故障定位研究

摘要

随着全球气候环境的恶化和化石燃料资源的日渐匮乏，以太阳能光伏发电(PV)为代表的分布式发电技术越来越多地受到人们的关注。由于国家相关政策扶持力度的加大，在可以预见的未来将会有更多的光伏电源接入中低压配电网。PV的接入会改变配电网的网络结构和潮流分布，导致保护可能出现拒动或误动等情况。本文将着重分析PV的接入对配电网保护的影响，进而计算考虑保护约束条件的PV准入容量，并研究基于分区保护总体思路所提出的故障区域定位算法的可行性。
　　 本文首先对光伏发电系统的并网运行特性进行了研究。在对PV组成结构和工作原理进行介绍的基础上，在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立了三相光伏并网发电模型，将其接入一个无穷大系统。通过仿真验证了所建模型在光照强度变化时的并网输出控制特性。然后简要介绍了当前我国中低压配电网常见的网络结构及其继电保护与馈线自动化配置情况。分别对三段式电流保护、自动重合闸和基于FTU的配电自动化进行了简单介绍。之后分析了以PV为代表的IIDG在配电网故障时的响应特性，建立了PV故障响应特性的等效数学模型。定性分析了PV并网对配电网各处保护的影响，并着重研究并建立了PV处于不同位置时的短路电流与PV容量的关系表达式。通过具体算例验证PV在特定接入点处对配电网保护的影响，并得到保护可靠动作前提下的PV最大准入容量。
　　 为适应未来越来越多PV接入配电网的趋势，本文研究了一种含光伏电源的配电网分区保护新方案，该方案按照负荷与PV容量均衡的原则将配电网分为若干子区域。借助配电自动化系统，由装设于主站内的测控保护智能装置完成实时在线监测与分析等任务。着重研究了故障区域定位算法的原理和构成，并结合故障信息缺失等特殊情况对该算法的可行性进行了分析和适当改进。最后结合算例对所提出的故障区域定位算法进行了验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外发展和研究现状

1．2．1 国外发展现状和趋势

1．2．2 我国发展现状和趋势

1．2．3 相关理论及技术的研究现状与趋势

1．3 论文研究的目的与意义

1．4 本文的主要工作

第二章 光伏并网发电系统

2．1 光伏并网发电系统的拓扑结构

2．2 太阳能光伏阵列模型

2．2．1 光伏阵列结构

2．2．2 光伏阵列数学模型

2．3 最大功率跟踪控制模型

2．3．1 概述

2．3．2 电导增量法原理介绍

2．3．3 MPPT电路结构及原理

2．4 逆变并网及控制模型

2．4．1 光伏并网主系统结构

2．4．2 并网控制系统模型

2．5 光伏并网发电系统仿真模型及分析

2．5．1 光伏阵列仿真模型及分析

2．5．2 MPPT及并网控制仿真模型及分析

2．6 本章小结

第三章 配电网继电保护及自动化配置

3．1 配电网网架结构

3．2 传统保护配置

3．2．1 三段式电流保护

3．2．2 自动重合闸与继电保护的配合

3．3 基于FTU的配电网故障定位

3．4 本章小结

第四章 光伏电源故障特性及其对配电网保护的影响

4．1 光伏电源的故障响应模型

4．2 考虑电流保护约束的PV准入容量研究

4．2．1 含PV的配电系统模型

4．2．2 PV准入容量的短路电流约束条件

4．3 光伏电源对自动重合闸的影响分析

4．4 光伏电源对基于FTU的故障定位的影响分析

4．5 算例验证

4．5．1 PV等值仿真模型

4．5．2 算例仿真结果分析

4．6 本章小结

第五章 含多PV的配电网分区保护方案

5．1 含多PV配电网分区保护的总体思路

5．2 含多PV配电网的负荷分区方案介绍

5．3 配电网分区保护的算法流程

5．3．1 故障检测及故障类型辨识

5．3．2 故障区域定位算法

5．3．3 故障区域隔离和供电恢复

5．4 算例分析

5．4．1 算例模型

5．4．1 故障检测及故障类型辨识验证

5．4．2 故障区域定位算法验证

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果