含逆变型分布式电源配电网保护新原理研究

作     者：韩博文 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王钢

授予年度：2018年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：逆变型分布式电源 配电网 等值模型 故障分析 保护原理 

摘      要：近年来,随着能源危机的日益加剧以及环境保护意识的不断加强,基于可再生清洁能源的分布式电源(distributed generator,DG)在现代电网中扮演着愈加重要的角色。然而,DG广泛接入后,配电网由单源辐射网络演变为多源网络,故障时配电网系统的短路电流水平以及分布路径发生了根本性的变化。同时,以清洁能源为主的DG输出功率具有波动性和间歇性。上述因素给依赖于电流整定的传统三段式过电流保护带来了严峻的挑战,保护的灵敏性和选择性显著下降。更为严重的是,常规的电流差动保护对于保护范围内含有大规模T接并网DG的配电网线路也难以发挥应有的优异性能。此外,以光伏发电、风力发电为主的逆变型DG(inverter-interfaced DG,IIDG)故障特征基本取决于其控制策略,具有很强的非线性,基于传统故障特征所建立的保护方案将难以适用。因此,分析IIDG故障特征时必须计及其控制策略的影响。基于以上分析,本文针对含IIDG配电网的保护新原理开展了以下研究工作:(1)针对采用PQ控制策略的并网IIDG,并根据国内外低电压故障穿越的并网要求,建立了计及控制策略的IIDG故障等值模型。仿真分析表明,该模型能够准确表征IIDG的电流输出特性以及故障情况下的暂稳态特性。(2)针对采用消除负序电流控制策略的IIDG,提出了一种适用于含T接IIDG配电网的负序电流差动保护方案。该方案只需利用线路两侧的电流量来获取负序差动电流,而不需直接提取各个公共联接点(point of common coupling,PCC)的电气量,简单有效,易于实现。仿真验证了所提保护方案的可行性。(3)为适应多个IIDG的分散灵活接入,提出了一种基于正序电压差比较的新型纵联保护方案。针对正常运行和区内故障两种情况,推导并研究了馈线上PCC正序电压计算值的分布特征;并进一步地分析了正序电压差的特征。在此基础上,在满足PCC两侧线路无需增加额外设备的原则下,提出了一种新型的纵联保护方案,并分析了保护定值的整定原则。仿真分析验证了该保护方案的有效性。(4)针对含多T接IIDG配电网,提出了一种新型的基于线路两端电流实测值和各端T接IIDG支路电流计算值的虚拟多端电流差动保护方案。该方案基于IIDG控制特性,通过线路两端电气量来实时估算T接IIDG故障电流,从而只需要利用线路两端之间的纵联通道,即可达到多端电流差动保护的效果,有效地解决了T接IIDG对电流差动保护的影响。所提电流估算方法的准确性以及保护方案的有效性均在PSCAD/EMTDC中得到了验证,而保护的速动性则通过保护样机在RTDS实验平台上得到了验证。