含分布式电源的交直流混合配电网保护方案研究

发布时间：2020-10-02 07:53

　　 随着经济的发展和供电需求越来越大,交流配电网面临着供电容量不足、电能质量逐渐无法满足电网要求、线路走廊紧张等一系列问题。与此同时,直流技术的快速发展为配电系统提供了一个崭新的思路。而且,特高压直流输电的广泛应用为直流配电网的发展提供了一定的借鉴。因此,直流配电网成为国内外学者研究的热点。然而,直流配电技术尚未完全成熟,由于受到电力电子器件的限制,其可靠性相比于交流系统还略有不足。因此,本文以交直流混合配电网为构架,通过研究直流配电网的故障特性和含分布式电源的交流配网的故障特征,建立了一套含分布式电源的交直流混合配电网保护方案。首先根据相应的准则和数学模型在PSCAD上搭建了直流配电网仿真模型,在此基础上搭建了含分布式电源的交直流混合配电网仿真模型。然后,分析了直流配电网单极接地故障和极间故障的故障特征,根据故障特征和直流配电网结构提出了一种基于电流差动的保护方案。并且分析了分布式电源对交流配电网保护协调性的影响,提出了一种反时限的过电流自适应保护方案。最后,在PSCAD中对所搭建的仿真模型和保护方案进行了仿真验证。仿真结果表明所提出的保护方案行之有效。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM72
【部分图文】：

这三种拓扑结构在供电可靠性、控制保护策略实现的难易程度以及投资运行成本逡逑等方面各不相同，需要根据实际的运行情况来选择适当的拓扑结构［３７］。逡逑在辐射型直流配电网中，各发电单元和负载同直流母线的连接如图２．１所示。逡逑在直流配电网中一般都装有储能装置来维持母线电压的稳定性，其通过ＤＣ／ＤＣ逡逑换流器实现与配电网之间的功率交换。辐射型直流配电网结构相对简单，其控制逡逑策略和保护方案比较容易实现，但在供电可靠性上略显不足。逡逑风机［ ＡＣ／ＤＣ邋－邋ＤＣ／ＤＣ邋－——ＤＣ／ＤＣ邋逦邋Ｊ馨逡逑￥uv邋｜￣￣１邋ＡＣ／ＤＣ邋１逦逦１邋｜｜逡逑「栜］逦逦邋—￣邋ＤＣ／ＤＣ邋逦１邋储能逡逑一｜邋ＤＣ／ＤＣ邋｜逦逦邋逦逡逑图２．１辖射型直流配电网结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒａｄｉａｌ邋ＤＣ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑两端供电型直流配电系统结构如图２．２所示，直流配电网通过ＤＣ／ＡＣ变换逡逑器分别与两侧的交流系统连接，两端的交流系统同时向直流配电网供电，以此可逡逑显著提高供电的可靠性，但控制策略和保护方案比较复杂，不易实现。逡逑６逡逑

由于故障点、大地和电源之间构成回路，所以故障处会流过较大的短路电流。这逡逑种接地方式的优点是便于检测故障，但由于故障电流较大会对电力设备造成损逡逑害，所以对于故障的切除时间提出了更高的要求。ＩＴ接地方式如图２．４邋（ｂ）所逡逑示，接地点经大电阻ｉ？与某一极（图中为正极）连接。若采用这种接地方式，逡逑在发生单极接地短路故障后，负荷可以在一定时间内继续运行，不会对电力设备逡逑造成较大的损害，但是为故障检测带来一定的困难。逡逑在本文中为了方便检测故障电流的大小，选用ＴＮ－Ｓ接地方式。逡逑＋逡逑＋邋逦逦逦逡逑＝＝逦逦ＰＥ逦ｈ逡逑Ｒ邋＿＿逡逑逦ｙ逦ｐｅ／ｎ逡逑＜１逦逦Ｎ逦——逦ｉ逡逑（ａ）邋ＴＮ－Ｓ接地逦（ｂ）邋ＩＴ接地逡逑图２．４直流配电网常用接地方式逡逑Ｆｉｇ．邋２．４邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ邋ｍｏｄｅ邋ｏｆ邋ＤＣ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑２．４各换流元件数学模型及控制方法逡逑２．４．１逦ＡＣ／ＤＣ邋变换器逡逑２．４．１．１逦ＡＣ／ＤＣ变换器拓扑结构逡逑ＡＣ／ＤＣ变换器是直流配电系统的核心组成部分，是连接直流配电系统与交逡逑流配电系统的枢纽，它可以实现电压变换、功率传送等功能，由于本文搭建的是逡逑交直流混合配电网向无源网络供电的模型，因此还需要ＡＣ／ＤＣ换流器具有对无逡逑源网络供电的能力。本文采用的是电压源型换流器（Ｖｏｌｔａｇｅ邋Ｓｏｕｒｃｅ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ

图２．５两电平换流器拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｔｈｅ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｗｏ邋ｌｅｖｅｌ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ逡逑二极管箝位型三电平ＶＳＣ的拓扑结构如图２．６所示。与三相两电平ＶＳＣ相逡逑比，其输出电压的谐波含量较少，并且可实现高电压、大容量的传输；但是其拓逡逑扑结构较为复杂，所需要的电容器和箝位二极管大大增加，增加了成本，不利于逡逑大规模的生产、装配，目前已很少采用该结构。逡逑ＭＭＣ凭借其在高电压、大容量上的技术优势，已成为柔性直流工程的建设逡逑趋势［４６］。ＭＭＣ系统电路如图２．７所示。多电平结构可以显著提升ＶＳＣ容量和耐逡逑压水平，降低损耗。ＭＭＣ由６个桥臂（Ａｒｍ）组成，每个桥臂都包括Ｎ个子模逡逑块和一个电感，上下桥臂构成三相ＭＭＣ中的一相单元（Ｐｈａｓｅ邋Ｕｎｉｔ）。ＭＭＣ在逡逑正负极直流母线间没有储能电容，这点与上述两种ＶＳＣ都有所不同。在子模块逡逑中

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本文编号：2832130