逆变型分布式电源接入配电网故障特性与保护研究

发布时间：2020-09-26 18:59

　　近年来,以风力发电和光伏太阳能发电为代表的逆变型分布式发电技术在我国得到了大力发展。但是大量的逆变型分布式电源接入也给配电网带来了如下新的问题:(1)逆变型分布式电源的故障输出特性不同于传统电网电源,受其控制策略的影响,其接入使配电网的故障特性发生了改变。(2)当大量的逆变型分布式电源接入配电网中,配电网由传统的单电源辐射状网络变为多电源供电的复杂网络,配电网原有的继电保护装置可能发生不正确动作,从而影响配电网运行的安全可靠性。为此,本文主要做了如下研究。首先,本文分析了正常状态下逆变型分布式电源的工作原理和并网控制策略。在此基础上,针对电网三相电压不对称状态下正负序分量之间存在相互耦合的关系,研究了在配电网故障下的逆变型分布式电源并网控制策略:正、负dq旋转坐标系的双电流环控制。基于此控制策略,系统可以在电网电压不平衡时抑制逆变型分布式电源输出电流中的负序分量,改善其输出电流的波形。此外,为满足并网规程的要求,本文研究了一种逆变型分布式电源的低电压穿越运行控制策略。在Matlab/Simulink中对上述原理进行仿真验证,仿真结果表明本文所提出的具有低电压穿越能力的逆变型分布式电源,在电网电压对称或不对称跌落期间其输出的电流中都仅含有正序分量,且能对电网提供足够的无功支撑,满足并网要求。其次,分析了传统电网故障分析方法应用于逆变型分布式电源接入的配电网时存在的问题。针对本文所提出的低电压穿越控制策略,将逆变型分布式电源等效为压控电流源模型。在此基础上,建立了含该类逆变型分布式电源的电网故障分析方法。通过仿真实验验证了本文所提出的故障分析方法的可行性。最后,详细分析了逆变型分布式电源接入对配电网现有电流保护的影响,并据此提出了按照分布式电源接入的不同位置将配电网分为三个区域(逆变型分布式电源所在馈线的上游区域、下游区域和相邻馈线区域)然后分别进行保护设计。对其下游的区域,考虑到逆变型分布式电源提供的最大短路电流对现有保护整定值进行重新设计,并针对新的整定方法进行了相应的灵敏度校验;对其上游以及相邻馈线区域,根据逆变型分布式电源与传统电源的区别,设计了一种新的适应于逆变型分布式电源的功率方向元件,并综合利用了方向元件和级联闭锁对其进行保护。最后,通过仿真验证了本文所提出的保护方法的可行性。本文所做工作为逆变型分布式发电技术的进一步发展提供了基础。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46;TM73
【部分图文】：

示意图,分布式电源,可再生能源发电,发电量

社会经济的快速发展，能源在人类社会生活中占有越来越重之而来的却是对资源的浪费以及对环境的污染[1]。进入 21 世成为各国重点关注的问题之一。为了减少化石类能源的使用，世界上许多国家都提出了开发和利用分布式发电的政策和措施等为代表的接入配电网的分布式电源(Distributed Generation，当前各国竞相研究的热点，而其中最常见的分布式电源即为通接入电网的逆变型分布式电源(Inverter-based Distributed Gene IBDG[2]。的能源发展“十二五”规划将发展利用可再生能源的分布式发内容纳入其中。预计 2050 年，我国能源消耗总量将达到 240炭发电量可达 960GW，水力发电量 360GW，核电发电量 26量 120GW，剩余的 720GW 则由可再生能源发电补充（如图、风力发电为主[3]。因此，作为利用可再生能源发电的逆变型未来电力产业中重要的组成部分。2050年中国能源结构

关系图,灵敏度校验,下游区,电流

(e) II 段灵敏度与 IBDG 容量和上游线路长度的关系图 5-21 下游区域保护 3 电流 II 段灵敏度校验关系图Figure 5-21 The sensitivity check of protection 3 current I section in the downstream 图 5-21(a)为下游区域保护 3 电流 II 段整定值与下一级线路保护 4 电相配合时，保护 3 电流 II 段灵敏度系数IIsenK 随 IBDG 容量变化的关系图为保护 3 电流 II 段整定值与下一级线路保护 4 电流 II 段相配合时，保护II 段灵敏度系数IIsenK 随 IBDG 容量变化的关系图。根据三段式电流保护原求其 II 段灵敏度系数IIsenK ≥1.25。根据图(a)所示在 IBDG 容量大于 2MW度将不满足要求。故在 IBDG 容量小于 2MW 时，保护 3 电流 II 段整定值保护 4 电流 I 段相配合。在 IBDG 容量大于 2MW，需要保护 3 电流 II 段可以与保护 4 电流 II 段相配合。由图 5-21(c)知，电流 II 段灵敏度系数IIsenK 随上游区域线路长度(lAB)而减小。同样，由图(d)知，电流 II 段灵敏度系数IIsenK 随线路(lBC)长度增小。因此，为满足保护 II 段灵敏度要求，需要综合考量分布式电源的接与容量。

【参考文献】