柔性直流配电网保护研究
发布时间：2020-06-07 15:24
【摘要】：随着新能源电源的迅猛发展,与交流配电网相比,柔性直流配电网由于控制灵活、换流环节少以及电能质量高等优势,成为国内外研究热点。继电保护是柔性直流配电网安全可靠运行的关键,同时也是其亟待解决的主要难题之一。柔性直流配电网故障电流上升速度快,但其换流设备耐受过流能力弱,这要求保护需在数毫秒内识别故障线路。然而在这极短的时间内,如何利用复杂的故障暂态信息有选择地识别出故障线路是一大挑战。针对上述难点,论文从柔性直流配电网故障时域和频域特性出发,研究了两种原理互补的保护方法以及两种场景互补的故障测距方法,论文所做主要研究工作和创新成果如下:(1)针对柔性直流配电网特点,揭示了可用于保护判别的故障时域和频域特征。时域方面,分析了故障电气量在全时域各阶段所含的分量,揭示了全电流在故障时域具有单一的方向特征;频域方面,分析了电流的频段分布特征,揭示了故障电流和线路分布电容暂态电流的频段分布特征差异,提出了交流馈入阶段的等效电路,揭示了六次谐波分量的存在机理。故障时域、频域特征的揭示为保护原理和故障测距方法的研究奠定了基础。(2)为提高保护的速动性,提出了基于频段分布的电流差动保护。揭示了柔性直流配电网区内故障的差动电流集中于低频段而区外故障时集中于高频段,通过离散小波变换分解重构出差动电流的低频和高频信号,进而提出基于频段分布的电流差动保护。该保护方法具有天然的选择性,耐受过渡电阻以及噪声能力强,保护的算法动作时间在3ms以内。此方法将分布电容暂态电流这一差动保护误动量转化为保护制动量,在区外故障时提高了防止保护误动的能力,实现了保护快速动作。(3)为与上述差动保护形成原理互补,提出了基于全电流特征的方向纵联保护。分析了柔性直流配电网区内、外故障的全电流方向特征差异,提出了方向纵联保护,给出了动作判据以及定值整定方法,分析了各因素对保护的影响,并证明了该方法不受线路分布电容暂态电流的影响。该保护原理简单可靠、具有选择性,耐受噪声能力强,无需数据严格同步,不受线路两端电流传感器特性差异的影响,保护的算法动作时间在1ms以内,较好地满足了柔性直流配电网对保护速动性与选择性的需求。(4)针对故障测距方法可用故障信息有限的难题,提出了基于六次谐波的直流线路单端故障测距方法,并给出了消除多重衰减分量影响的措施。由于可用信息有限,故障测距需利用暂态信息,而柔性直流配电网故障暂态过程复杂,含有多重衰减分量,受此影响,傅里叶算法难以精准提取频域分量,为此提出了不受多重衰减分量影响的改进傅里叶算法,利用冗余信息消除了多重衰减分量的影响,精准提取了六次谐波分量,进而实现了六次谐波故障测距方法。该方法利用本地故障暂态信息,可实现测距误差在2%以内,有效提高测距的速度与精度。(5)针对配置限流电抗器的场景,提出了改进R-L模型测距方法。结合复杂的故障时域特性,研究了 R-L模型算法在柔性直流配电网中的适用性,揭示了该算法在微分变量获取和算法数值稳定性两方面存在的局限性,利用限流电抗器的压降与电流微分成正比的特性,提出了新的微分变量获取方法,并改进了测距算法的公式以提高数值稳定性,提出了可利用全时域信息的故障测距方法。该方法对整个故障过程具有理论有效性,仅利用1kHz的采样频率,可实现测距误差在1%以内,提高了柔性直流配电网的供电可靠性。
【图文】：
用于对电能质量有较高要求的场合。逡逑（２）网络拓扑逡逑电力系统的网络拓扑可分为：网格状、拉手状以及辐射状，如图２－２所示。逡逑／邋一邋—、逡逑Ｉ交流Ｍ）逦Ａ逡逑Ｗ逦Ｗ逦ＴＴ逡逑ｚ邋－、逦－ＣＤ￣￣Ｉ逦Ｌ￣邋逦１逦逦邋—，邋、逡逑Ｉ交流网）一－？＃健?逦逦逦□逦１交流网）逡逑Ｉ逦，■、逦１逡逑（交流网）逡逑、、一邋Ｚ逡逑（ａ）
前国内外厂家研制的直流断路器的断流能力己达到５ｍｓ左右可切断数丁＿安电流逡逑的水平ｌｎ４１，足以满足柔性直流配电网的需求。逡逑综上所述，图２－３给出了本论文用于保护研究的柔性直流配电网拓扑结构。逡逑逦逦±１０ｋＶ逡逑ＨＳＩ－－ＥＨ逦—＾－－职逦－－逡逑ＶＳＣ１逦ＪＤｙｌ＾逦ＶＳＣ２逡逑——＼逦１逦流逡逑办Ｘ］逦负荷逦＆荷逡逑逦因直流断路器逡逑：：逡逑图２－３柔性直流配电Ｍ拓扑图逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＤＣ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑其中，网络拓扑为双端型拉手状，，这主要由于柔性茛流ＷｉＵＭ潮流可柠，拉逡逑手状网络不存在环流问题，并可有效提高供电可靠性。考虑柔性肓流配电Ｎ的屯逡逑压等级与容量，故采用成本低、控制简单、可靠性高的两屯平ｖｓｅ作为换流器逡逑拓扑，并选S谓峁辜虻ァ⒕眯院谩⒂τ霉惴旱亩猿频ゼΥ魑两酉撸伲辏斟义洗送猓乐沟ゼ拥毓收弦鹧现毓鳎采璞赴踩捎茫攘魍腿萜麇藻义系愀咦杞拥胤绞健Ｈ嵝灾绷髋涞缤诿慷蜗呗妨蕉耍桑ィ″澹义澹肆鞫下菲鳎＃椋樨合呗饭叔义稀玻卞濉义
本文编号：2701620
【图文】：
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