微电网故障特征分析与保护原理研究

摘要

随着电力电子装置的渗透率在电力系统中飞速地提升，新能源并网发电、柔性直流输电、无功补偿、交流传动等技术被广泛运用，电磁变换装备正逐步被电力电子变换装备所取代，电力电子化电力系统将成为现代电力系统发展的新趋势。然而，大规模的电力电子装置的使用势必会改变传统电力系统的故障特性，导致传统电力系统的保护无法满足新故障特性的要求。电力电子化电力系统的故障特性分析以及新形势下的继电保护技术都尚未有效地开展研究，因此有必要分析电力电子化电力系统的故障特性，为其故障的定位与保护提供新依据，使其安全、稳定、高效地长期运行。
　　微电网是一个低压自治配电网，是典型的电力电子化配电系统，本文以微电网为对象，研究其故障特性以及保护原理。具体工作简述如下:
　　(1)本文首先调研了微网故障分析及其保护的研究现状，随后介绍了分布式电源的建模，并详细介绍了分布式电源的控制策略，为之后研究其不同控制策略下的故障特性奠定了基础。
　　(2)接着从理论上详细地分析了不同控制策略下的分布式电源故障输出特性，以及含多微源的微网系统并网和孤岛两种运行状态下的故障特性，并通过仿真软件建模对其进行仿真验证。
　　(3)其后结合第二章分析的故障特性，具体分析了分布式电源接入对配电系统保护带来的影响，并根据微电网故障时的新特征，提出基于EtherCAT集中式纵联差动保护方案。通过在上位机中设立故障分析模块，构成集中式保护系统，集微网保护和控制与一体，实现全微网的快速保护与故障定位。
　　(4)最后借助微电网实验平台，在TwinCAT上实现了上述保护与定位原理，并通过实验验证了故障定位的准确性和集中式保护算法的正确性。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 微电网保护研究现状

1．3 分布式电源建模

1．3．1 分布式电源的结构

1．3．2 分布式电源的工作原理

1．3．3 分布式电源控制策略

1．4 论文主要内容

第二章 微电网故障特性分析

2．1 恒压恒频控制下的DG故障特性分析

2．1．1 三相短路故障

2．1．2 两相相间短路

2．2 恒功率控制下的DG故障特性分析

2．2．1 三相短路故障

2．2．2 单相接地短路

2．3 含多微源系统故障特性分析

2．3．1 孤岛运行状态下故障分析

2．3．2 并网运行状态下故障分析

2．4 本章小结

第三章 微电网保护原理研究

3．1 DG接入对配电网的影响

3．1．1 对潮流方向的影响

3．1．1 对电流保护的影响

3．2 基于EtherCAT集中式纵联电流差动保护原理

3．2．1 EtherCAT关键技术的原理介绍

3．2．2 集中式纵联电流差动保护的原理介绍

3．3 基于EthereAT微电网集中式纵联保护系统

3．3．1 基于EtherCAT微电网集中式纵联保护系统方案配置

3．3．2 馈线故障保护与定位

3．3．3 设备故障保护与定位

3．4 本章小结

第四章 微电网实验平台搭建与实验验证

4．1．1 微网系统硬件平台

4．1．2 微网系统软件平台

4．2 实验结果

4．2．1 设备故障保护与定位实验

4．2．2 馈线故障保护与定位实验

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的主要科研项目