有源配电网继电保护方案研究

摘要

全世界范围内能源问题和环境污染问题日益严峻，传统电网的集中发电远距离输电模式又存在着电能损耗大、供电稳定性较差等问题，分布式电源(Distributed Generation，DG)因其清洁、灵活、可调性等优点在配电网中应用越来越广泛。分布式电源的接入改变了配电网的单向电源供电模式，对传统配电网的三段式电流保护产生了影响。本文通过对分布式电源的工作原理进行分析，提出了广泛应用的逆变型分布式电源（Inverter-interfaced Distribution Generation，IIDG）的等值模型。建立了有源配电网的短路故障模型，对分布式电源接入对三段式电流的影响进行定量分析，最终实现有源配电网的继电保护的改进方案，为配电网的可靠运行提供保障。
　　首先，详细介绍了有源配电网的相关概念，并根据按并网方式将分布式电源分为逆变型、同步电机型和异步电机型电源。逆变型电源以良好控制及转换电能的能力得到广泛应用，成为分布式电源最主要的电源形式。逆变型分布式电源的短路电流和逆变器的控制方式有关，对配电网的影响分析更为复杂。分别对不同类型的分布式电源进行了短路电流分析。
　　其次，在我国并网规程对分布式电源低压穿越功能的要求下，为了实现逆变型分布式电源的最优工作效率，通过增加电压跌落门槛值实现输出有功电流的优化，提出了基于无功电流支撑的低电压控制策略。分析了采用该策略时逆变型分布式电源的故障特性，在此基础上建立了含 IIDG的配电网短路计算模型。DIGSILENT仿真表明该低电压穿越策略在电压跌落时可实现 IIDG的并网运行和最大的有功输出。含IIDG的配电网短路计算模型考虑了低压穿越策略，为大规模分布式电源并网的继电保护方案提供参考。
　　然后，分析了分布式电源接入后对配电网的影响，从DG容量和故障点位置等因素分别对流过保护的电流进行分析比较。利用上文提出的基于低电压穿越策略的IIDG故障等值模型，对有源配电网的瞬时电流速断保护和限时电流速断保护的整定方法进行了改进。针对过电流保护中逆变型分布式电源的短路电流较小不易识别的问题，提出了基于电压加速因子的过电流保护方案。此外，分析讨论了环网运行中过电流保护在近电源端延时过长，不利于系统稳定的问题，提出了故障线路两端保护配合的加速动作保护方案。在高渗透率的有源配电网仿真中证明上述保护方案能解决分布式电源接入后对配电网保护带来的一系列问题。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 有源配电网继电保护研究动态

1.4 论文的主要工作

第2章 有源配电网组成及分布式电源工作原理

2.1 有源配电网概念

2.2 分布式电源种类

2.3 本章小结

第3章 含逆变型分布式电源的配电网故障分析

3.1 逆变型分布式电源等值模型

3.2 含逆变型分布式电源配电网短路计算模型

3.3 算例分析

3.4 本章小结

第4章 分布式电源对配电网保护的影响及对策研究

4.1 分布式电源接入后I、II段电流保护动作情况

4.2 分布式电源接入后反时限过电流保护动作情况

4.3 有源配电网继电保护方案

4.4 算例分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢