含分布式电源的配电网继电保护研究

摘要

随着社会的发展，分布式电源在人们生产生活中扮演着越来越重要的角色。但在分布式电源并网过程中，改变了配电网的拓扑结构。一旦配电线路发生短路故障，分布式电源将提供反向短路电流或助增电流，造成保护装置误动或拒动作。因此，深入分析分布式电源并网对配电网保护的影响，并制定实施可行的保护方法意义深远。　　为了消除分布式电源并网对配电网保护的影响，本文首先推导了分布式电源在配电网正常运行与短路状态下的并网点相电压计算公式，搭建了含分布式电源配电网的MATLAB/Simulink仿真模型。并以此为基础，研究了分布式电源从不同位置并网以及容量变化对配电网三相短路电流的影响，从而得出了分布式电源对配电网保护的影响。根据分布式电源对配电网保护的影响以及分布式电源的并网控制策略，分析了传统自适应电流速断保护无法适用于含分布式电源配电网保护的原因：分布式电源一般采用恒功率控制策略并网运行，在短路瞬间可将其等效为压控电流源。由于电流源的阻值理论上为无穷大，这使得在应用自适应电流速断保护整定计算时，保护装置因整定电流恒大于短路电流而拒动作。针对这一问题，本文在查阅了大量文献的基础上，研究了一种基于短路电流线性补偿的自适应电流速断保护方法。该保护方法采用线性函数对短路电流进行补偿，使得两相短路电流在保护范围内大于整定电流，超出保护范围后小于整定电流，满足了保护动作的条件。由于补偿函数的自变量由故障位置决定，相当于引入了距离保护，增强了保护动作的可靠性。并且，通过改变补偿函数可以实现保护范围的自由设定，增强了保护范围的可控性。　　最后，采用MATLAB/Simulink对改进后的保护方法进行验证，仿真结果表明：短路电流补偿法保证了保护装置在保护范围内发生两相短路时可靠动作，超出保护范围后可靠不动作。因此，短路电流补偿法适应了配电网拓扑结构的变化，消除了分布式电源对配电网保护的影响。

目录

声明

变量注释表

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 分布式发电发展现状

1.2.2 含分布式电源配电网继电保护研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 分布式电源概述

2.1 分布式电源的工作原理及数学模型

2.1.1 双馈风力发电的工作原理及数学模型

2.1.2 光伏发电的工作原理及其数学模型

2.1.3 质子交换膜燃料电池的工作原理及其数学模型

2.2 分布式电源的并网控制策略

2.2.1 三相并网逆变器的数学模型

2.2.2 恒功率并网控制策略

2.3 含分布式电源的配电网仿真建模

2.3.1 分布式电源仿真建模

2.3.2 含分布式电源配电网仿真建模

2.4 本章小结

3 分布式电源对配电网继电保护的影响

3.1 配电网的电流保护

3.1.1 瞬时电流速断保护

3.1.2 限时电流速断保护

3.1.3定时限过电流保护

3.2 分布式电源并网位置对配电网保护的影响

3.2.1 分布式电源从负荷侧接入对配电网保护的影响

3.2.2 分布式电源从中间母线接入对配电网保护的影响

3.2.3 分布式电源从系统电源侧接入对配电网保护的影响

3.3 分布式电源并网容量对配电网保护的影响

3.3.1 f1点短路分布式电源容量变化对配电网保护的影响

3.3.2 f2点短路分布式电源容量变化对配电网保护的影响

3.4 仿真分析

3.4.1 分布式电源接入前保护整定值的计算

3.4.2 分布式电源从负荷侧接入的仿真分析

3.4.3 分布式电源从中间母线接入的仿真分析

3.4.4 分布式电源容量变化的仿真分析

3.5 本章小结

4 基于短路电流线性补偿的自适应电流速断保护研究

4.1.1 瞬时电流速断保护的不足

4.1.2 自适应电流速断保护的原理

4.1.3 自适应电流速断保护的实现步骤

4.2 自适应电流速断保护在含分布式电源配电网中存在的问题

4.2.1 分布式电源下游短路的问题分析

4.2.2 分布式电源上游短路的问题分析

4.3 短路电流线性补偿法的配置与整定

4.3.1 分布式电源下游短路的保护整定

4.3.2 分布式电源上游短路的保护整定

4.4 仿真分析

4.4.1 分布式电源下游短路仿真分析

4.4.2 分布式电源上游短路仿真分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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