环状直流配电网的继电保护方案研究

发布时间：2020-10-01 19:13

　　随着电力电子技术的发展,直流配电网相对于交流配电网在多方面具有无法比拟的优点。由于环状直流配电网供电可靠性高,恢复供电时间较短.本文以环状柔性直流配电网为研究对象,采用理论分析与仿真验证相结合的方法,系统的分析了环状直流配电网的关键设备及其控制策略、故障特性,并针对中压直流线路提出了保护方案。本文首先分析了直流配网中关键设备的主回路和其控制策略,包括模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)、两电平电压源换流器(voltage source converter,VSC)、直流变压器、光伏等。在PSCAD仿真软件中搭建完成环状直流配电网模型。其次,由于直流配网故障类型多,故障特性复杂且与接地方式密切相关,本文分析了MMC交直流侧三种接地方式下,中压直流系统发生单极接地故障和换流器交流侧发生单相接地故障时的故障特性。同时,对三种接地方式的优缺点进行了分析和阐述,为环状直流配网接地方式选取和保护方案提供参考。第三,针对环状柔性配网中压直流线路提出了一种利用附加电感电压识别故障线路的保护方法。基于故障后系统的模量网络提出了附加电感电压初始值计算方法。利用线路附加电感电压初始值在区内、外故障时的差异,实现故障的快速识别;并利用故障极和非故障极上电感电压初始值的差异进行选极。第四,针对环状柔性配网提出了中压直流线路后备保护方法。由于直流配网中压直流线路单极接地故障发生率高,同时过渡电阻变化范围大,影响故障特征的识别。为了提高线路发生经大电阻接地时保护的可靠性,提出了基于模型相似度比较的后备保护方法。基于系统的零模网络,分别建立了区内外故障数学模型,通过Hausdorff距离算法对任意时刻采样信号和利用区内外模型得到的计算值进行相似度比较,实现故障的识别和切除。最后,对本文所做的研究进行了总结。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM77;TM721.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章绪论
    1.1 课题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 柔直配电网及其故障分析研究现状
        1.2.2 故障检测和识别原理研究现状
    1.3 研究内容及章节安排
第2章系统建模和控制策略
    2.1 系统结构
    2.2 关键设备的控制和系统协调控制
        2.2.1 MMC换流器
        2.2.2 VSC换流器
        2.2.3 DC-DC变换器
        2.2.4 光伏电源接入直流配网
        2.2.5 端口协调控制
    2.3 本章小结
第3章系统接地方式对故障特性的影响
    3.1 接地方式与故障类型
    3.2 单极接地故障特性分析
        3.2.1 直流侧接地
        3.2.2 换流变压器阀侧星型直接接地
        3.2.3 换流变压器阀侧经大电阻接地
    3.3 交流侧单相接地故障特性分析
        3.3.1 直流侧接地
        3.3.2 交流测接地
    3.4 仿真分析
        3.4.1 直流侧单极接地故障
        3.4.2 交流测单相短路故障
    3.5 本章小结
第4章环状柔直配网线路的单端量保护方案
    4.1 保护配置
    4.2 接地方式
        4.2.1 直流侧接地点配置
        4.2.2 换流变压器接地配置
    4.3 故障特性
        4.3.1 线路故障后换流器的等效模型
        4.3.2 系统的模分量网络
        4.3.3 故障特征分析
    4.4 保护方案
        4.4.1 区内外故障识别依据
        4.4.2 故障识别判据及阈值整定
        4.4.3 故障选极依据
        4.4.4 选极判据及阈值整定
        4.4.5 采样频率
    4.5 仿真验证
        4.5.1 区内故障
        4.5.2 区外故障
        4.5.3 过渡电阻的影响
    4.6 本章小结
第5章基于模型相似度比较的环状柔直配网线路的后备保护方案
    5.1 系统故障特征分析
        5.1.1 区外故障
        5.1.2 区内故障
    5.2 保护方案设计
        5.2.1 保护配置
        5.2.2 基于Hausdorff距离算法的保护设计
        5.2.3 远后备保护设计
        5.2.4 保护算法
    5.3 仿真验证
        5.3.1 区内故障
        5.3.2 区外故障
        5.3.3 过渡电阻的影响
    5.4 本章小结
第6章结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢

【参考文献】