分布式电源故障特性分析及微电网保护原理的研究

摘要

微电网作为电力系统的一种新型网络形态，可以通过对微电网内各分布式电源的控制和管理减小分布式电源输出波动对并入系统的影响。但是，微电网的出现亦给电力系统的调度、运行和继电保护带来诸多不利的影响，对其进行研究并采取相应方法来消除其不利影响是微电网技术从理论进入实际应用的重要课题。
　　 本文首先分析并建立了逆变型分布式电源的电气模型并提出了含分布式电源的微电网故障时的理论分析方法。由于逆变型分布式电源的控制系统对输出功率和电流的限制作用，使逆变型分布式电源在微电网故障时输出呈现了非常明显的非线性特征。本文针对两种典型控制模式的分布式电源，通过列写约束方程来描述满足控制约束条件的分布式电源的输出特性，结合微电网故障时的边界条件，在理论上给出了逆变型分布式电源在微电网不同故障情况下的故障分量求解方法，为含逆变型分布式电源的系统进行故障计算提供了理论依据。提出了适用于微电网的保护新原理及保护配置方案。基于微电网的故障特征，提出了一种利用本地电压和电流信息的低电压加速反时限过电流保护原理。此原理无需借助通信，能够适应微电网运行方式的变化，在微电网并网或孤岛运行情况下发生严重故障时都可实现快速切除。为了实现保护动作的选择性，提出了基于电压、电流瞬时值突变量的能量方向判别元件，避免了故障后逆变电源控制环节的作用而导致故障初瞬间相量计算的误差所引起的方向元件误判定。分析了低压配电网不同接地方式对微电网接地保护的影响，针对微电网接地方式的特点给出了接地保护方案。提出了基于本地电流与电压信息的微电网保护配置方案，仅通过各保护原理的配合与合理整定，就可以满足选择性与快速性的要求。在微电网并网和孤岛运行方式下，无需定值的切换，能够实现微电网中各种类型故障的可靠切除。开发了微电网保护与控制管理系统。该系统由工控机作为管理机，保护与控制一体化装置作为保护控制单元，采用485通信传送控制信息及报文。该系统实现了微电网的保护、状态监测及孤岛检测和并网控制功能，可实时监测微电网的运行状态。通过RTDS建立了含分布式电源的交流微电网仿真模型，对所提出的保护原理与控制管理系统进行了系统测试，验证了其保护控制功能的有效性。本文工作内容包含了对含有逆变型分布式电源系统的故障分析和微电网保护原理及保护配置方案的研究，为微电网的运行和保护控制提供了理论分析基础和有价值的技术参考。