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微网故障分析与保护策略研究

何鑫  
【摘要】:近年来,随着可再生能源的大力发展,分布式发电单元已逐渐渗透入电力系统。然而受其自身缺陷的限制,使得分布式发电很难在电网中得到大面积应用。为解决这个难题,微网的概念孕育而生。微网作为一种新型电网结构,充分发掘各类发电单元和储能的潜能,解决了分布式电源的并网难题,实现了需求侧管理及能源利用效率的最大化。但由于微网具有潮流双向性和短路容量小的特点,使得传统配电网保护不再适用于微网,因此亟待提出考虑微网特性的新型保护方案。 本文以电力系统国家重点实验室资助项目“微网实验室平台建设和运行控制研究”为背景,主要研究了微网故障特征并提出了基于本地信息和依靠通信的两种微网保护策略。 首先,以三相电压源型逆变电路为基础,结合PQ和V/f两种控制策略,建立了分布式电源数学模型。在讨论了系统接地方式、静态开关和通信对微网运行控制与保护的影响后,结合保护的要求,给出了本文所要研究的微网的结构和参数,并对其设置了保护区域的范围和数量。 其次,通过解析的方式分析了逆变器在电压不对称情况下的输出特性,指出在这情况下逆变器会有特定谐波输出,同时结合分布式电源在故障时电压跌落明显的特征,提出了三次谐波电压含量保护判据,并通过实验验证了判据的正确性。在此基础上,利用微网结构特性,配合零序保护原理提出了微网的接地故障保护策略。通过仿真验证了所提出保护策略的有效性。 最后,设计了一种考虑电压不对称情况下的逆变器控制模型,并指出改进的逆变器在电压不对称的稳态情况下不会输出三次谐波,导致三次谐波电压含量保护只能在故障暂态过程中动作。为加强微网保护的可靠性,本文依据微网的故障特性,另外提出了一种微网保护策略,可对微网内各类短路故障实现保护,其主要特点是依靠通信传输微网运行模式转换信号给相应保护,以实现保护定值的改变;各个保护相互发送闭锁信号,以保证微网保护的选择性。


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