含分布式电源的配电网自适应保护方法的研究
发布时间：2021-11-01 22:44
随着世界范围内的环境逐渐恶化,化石能源日渐枯竭,世界各国将目光投向了清洁无污染的新能源。在节能减排的号召下,我国开始大力发展以光伏、风力发电为代表的清洁能源。以清洁能源为基础的分布式电源（Distributed Generation,DG）接入配电网已成为电网发展的必然趋势。然而大量DG接入配电网使得配电网由传统的单电源辐射网络变为具有多端电源结构的配电网络。DG的接入使得配电网结构更加复杂的同时也为电力系统故障分析和继电保护带来了巨大挑战。因此研究针对DG接入配电网后的故障分析方法及保护策略对于提高电力系统稳定性具有重大意义。本文首先介绍了我国配电网的发展形势及DG的接入对配电网的影响,以及现阶段针对DG接入配电网保护方法的国内外研究现状。详细分析了DG接入配电网的控制策略并建立起DG输出电流等效模型。通过仿真分析了DG容量及接入位置对配电网短路电流的影响并得出一般性结论。分析了已有自适应电流速断保护的原理及缺陷,通过分析各个保护安装处正序电压与正序电流的关系建立起自适应瞬时正序电流速断保护（I段保护）方法。为了能够保护线路全长并且提高传统限时电流速断保护的灵敏度,本文提出了自适应限...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PQ控制策略原理图
燕山大学工程硕士学位论文10例。针对该特性可以得到下垂控制的原理如图2-3所示。（a）频率与有功功率关系图（b）并网点电压与无功功率关系图图2-3下垂控制策略原理图下垂控制方程可以表示为00PPmff(2-2)00.UQQnUpccpcc(2-3)当系统负荷增加时，根据负荷的功率频率特性曲线可知有功功率不足会导致系统频率降低。根据下垂控制策略可以使逆变器的输出功率增大，得到与系统频率相对应的输出功率。下垂控制策略能够合理分配微电网中各DG之间的出力，使得微电网的频率保持统一[51-52]。采用PQ控制策略的一般为光伏发电、风力发电等输出功率随机性较大的清洁能源，不具有功率调节的功能。采用VF控制策略和下垂控制策略的逆变型DG都需要有一定的功率裕度，都具有调节电压与频率的能力，在系统中一般作为功率调节电源。而DG并网运行一般采用PQ控制策略，对于PQ控制DG的控制策略已有学者做了详细的分析，在此不再赘述。本章只对PQ控制策略进行简单分析，并根据PQ控制策略建立DG输出电流的等效模型。2.1.2DG等效模型的建立在dq旋转坐标系下，将DG的并网点相电压矢量定向于d轴，DG的输出功率可表示为：
第2章分布式电源对传统配电网保护的影响11qpccOUTdpccOUTIUQIUP(2-4)其中，OUTP、OUTQ——有功、无功输出功率；dI、qI——逆变器输出电流在Park坐标系下的d轴和q轴分量。由上式可见，将d轴定向于DG并网点电压旋转矢量后，DG可等值为受功率参考值控制的电流源模型，分别通过控制d轴电流和q轴电流，即可实现控制DG输出参考功率。实现解耦控制后的DG，通常采用双环控制策略，其中外环为功率环，内环为电流环。外环用于对功率参考值的跟踪，同时为电流内环提供参考指令，内环用于对电流参考值的跟踪，通过外环与内环的相互配合，最终输出参考电压。PQ控制框图如下图所示，图中各控制量采用标幺值[53]。图2-4DG双环控制图当配电网发生不对称运行或者相间短路故障时，在静止坐标系中，电网电压和电流同时存在同步旋转正序分量和负序分量。对于采用dq旋转坐标系的控制系统来说，DG负序电流分量和电网负序电压经过Park变换后，由直流分量变换为2倍频分量。由于传统PI控制环节只能对直流分量进行无静差调节，此时将参考值与二倍频分量进行比较并进入PI控制环节，无法实现无静差调节，导致控制系统的稳态性能和动态性能变差，不利于电力系统的安全稳定运行。与此同时，逆变器输出的负序电流一方面会影响逆变器的性能，增大损耗；另一方面，逆变器向电网输出的负序电流加剧了电力系统的不对称性。因此，为了降低损耗，减小DG输出负序电流对电力系统不对称性的影响，需要DG在电网不对称运行时仅输出正序电流而不输出负序电流。此时需要建立有负序分量的双环控制回路，并令负序电流的参考值为零，即：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案[J]. 刘健,张志华,芮骏,张小庆,吴飞成,余银刚. 电力系统自动化. 2019(05)
[2]基于电流突变量的自适应过电流保护新原理[J]. 黄景光,丁婧,郑淑文,林湘宁. 电力系统保护与控制. 2018(07)
[3]微电网自适应电流保护原理完善及其新算法研究[J]. 陈彦翔,黄景光,丁婧. 电力系统保护与控制. 2017(22)
[4]基于图数据库的继电保护整定计算数据存储与应用[J]. 王镜毓,石东源,陈金富,曾次玲. 电力自动化设备. 2017(09)
[5]继电保护整定计算方法的探究及改善措施[J]. 魏千钧. 通信电源技术. 2017(04)
[6]含分布式电源与随机负荷的主动配电网保护[J]. 李振兴,田斌,尹项根,孟晓星,戚宣威. 高电压技术. 2017(04)
[7]基于用户自定义特征的反时限有源配网保护方案[J]. 李嘉恒,任惠,师璞,孙辰军,王飞. 电测与仪表. 2017(06)
[8]一种含高渗透率分布式电源配电网自适应过电流保护方案[J]. 周宁,雷响,荆骁睿,贺翔,焦在滨. 电力系统保护与控制. 2016(22)
[9]含光伏电源配电网的复合序网自适应保护[J]. 杨秋霞,姜培培,刘同心,魏玲玲. 电力系统保护与控制. 2016(18)
[10]考虑逆变类分布式电源特性的有源配电网反时限电流差动保护[J]. 李娟,高厚磊,朱国防. 电工技术学报. 2016(17)
博士论文
[1]含分布式电源配电网的故障分析与保护新原理[D]. 吴争荣.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]分布式电源并网策略及接入配电网保护方案研究[D]. 贾健飞.天津大学 2018
[2]含分布式发电的配电网保护研究及微机保护装置设计[D]. 占金祥.浙江大学 2017
[3]分布式电源大量接入配网对继电保护和自动装置的影响及其对策研究[D]. 李嘉恒.华北电力大学 2016
[4]含分布式电源的智能配电网保护策略[D]. 段正阳.华北电力大学 2015
[5]适应分布式电源接入的配电网保护研究[D]. 姜玉靓.华北电力大学 2014
[6]基于电压源逆变器的微电网控制研究[D]. 聂听之.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3470824
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PQ控制策略原理图
燕山大学工程硕士学位论文10例。针对该特性可以得到下垂控制的原理如图2-3所示。（a）频率与有功功率关系图（b）并网点电压与无功功率关系图图2-3下垂控制策略原理图下垂控制方程可以表示为00PPmff(2-2)00.UQQnUpccpcc(2-3)当系统负荷增加时，根据负荷的功率频率特性曲线可知有功功率不足会导致系统频率降低。根据下垂控制策略可以使逆变器的输出功率增大，得到与系统频率相对应的输出功率。下垂控制策略能够合理分配微电网中各DG之间的出力，使得微电网的频率保持统一[51-52]。采用PQ控制策略的一般为光伏发电、风力发电等输出功率随机性较大的清洁能源，不具有功率调节的功能。采用VF控制策略和下垂控制策略的逆变型DG都需要有一定的功率裕度，都具有调节电压与频率的能力，在系统中一般作为功率调节电源。而DG并网运行一般采用PQ控制策略，对于PQ控制DG的控制策略已有学者做了详细的分析，在此不再赘述。本章只对PQ控制策略进行简单分析，并根据PQ控制策略建立DG输出电流的等效模型。2.1.2DG等效模型的建立在dq旋转坐标系下，将DG的并网点相电压矢量定向于d轴，DG的输出功率可表示为：
第2章分布式电源对传统配电网保护的影响11qpccOUTdpccOUTIUQIUP(2-4)其中，OUTP、OUTQ——有功、无功输出功率；dI、qI——逆变器输出电流在Park坐标系下的d轴和q轴分量。由上式可见，将d轴定向于DG并网点电压旋转矢量后，DG可等值为受功率参考值控制的电流源模型，分别通过控制d轴电流和q轴电流，即可实现控制DG输出参考功率。实现解耦控制后的DG，通常采用双环控制策略，其中外环为功率环，内环为电流环。外环用于对功率参考值的跟踪，同时为电流内环提供参考指令，内环用于对电流参考值的跟踪，通过外环与内环的相互配合，最终输出参考电压。PQ控制框图如下图所示，图中各控制量采用标幺值[53]。图2-4DG双环控制图当配电网发生不对称运行或者相间短路故障时，在静止坐标系中，电网电压和电流同时存在同步旋转正序分量和负序分量。对于采用dq旋转坐标系的控制系统来说，DG负序电流分量和电网负序电压经过Park变换后，由直流分量变换为2倍频分量。由于传统PI控制环节只能对直流分量进行无静差调节，此时将参考值与二倍频分量进行比较并进入PI控制环节，无法实现无静差调节，导致控制系统的稳态性能和动态性能变差，不利于电力系统的安全稳定运行。与此同时，逆变器输出的负序电流一方面会影响逆变器的性能，增大损耗；另一方面，逆变器向电网输出的负序电流加剧了电力系统的不对称性。因此，为了降低损耗，减小DG输出负序电流对电力系统不对称性的影响，需要DG在电网不对称运行时仅输出正序电流而不输出负序电流。此时需要建立有负序分量的双环控制回路，并令负序电流的参考值为零，即：
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案[J]. 刘健,张志华,芮骏,张小庆,吴飞成,余银刚. 电力系统自动化. 2019(05)
[2]基于电流突变量的自适应过电流保护新原理[J]. 黄景光,丁婧,郑淑文,林湘宁. 电力系统保护与控制. 2018(07)
[3]微电网自适应电流保护原理完善及其新算法研究[J]. 陈彦翔,黄景光,丁婧. 电力系统保护与控制. 2017(22)
[4]基于图数据库的继电保护整定计算数据存储与应用[J]. 王镜毓,石东源,陈金富,曾次玲. 电力自动化设备. 2017(09)
[5]继电保护整定计算方法的探究及改善措施[J]. 魏千钧. 通信电源技术. 2017(04)
[6]含分布式电源与随机负荷的主动配电网保护[J]. 李振兴,田斌,尹项根,孟晓星,戚宣威. 高电压技术. 2017(04)
[7]基于用户自定义特征的反时限有源配网保护方案[J]. 李嘉恒,任惠,师璞,孙辰军,王飞. 电测与仪表. 2017(06)
[8]一种含高渗透率分布式电源配电网自适应过电流保护方案[J]. 周宁,雷响,荆骁睿,贺翔,焦在滨. 电力系统保护与控制. 2016(22)
[9]含光伏电源配电网的复合序网自适应保护[J]. 杨秋霞,姜培培,刘同心,魏玲玲. 电力系统保护与控制. 2016(18)
[10]考虑逆变类分布式电源特性的有源配电网反时限电流差动保护[J]. 李娟,高厚磊,朱国防. 电工技术学报. 2016(17)
博士论文
[1]含分布式电源配电网的故障分析与保护新原理[D]. 吴争荣.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]分布式电源并网策略及接入配电网保护方案研究[D]. 贾健飞.天津大学 2018
[2]含分布式发电的配电网保护研究及微机保护装置设计[D]. 占金祥.浙江大学 2017
[3]分布式电源大量接入配网对继电保护和自动装置的影响及其对策研究[D]. 李嘉恒.华北电力大学 2016
[4]含分布式电源的智能配电网保护策略[D]. 段正阳.华北电力大学 2015
[5]适应分布式电源接入的配电网保护研究[D]. 姜玉靓.华北电力大学 2014
[6]基于电压源逆变器的微电网控制研究[D]. 聂听之.哈尔滨理工大学 2012
本文编号：3470824
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