网状直流微电网短路故障检测与定位方法研究

作     者：李星龙 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨奕

授予年度：2024年

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

主      题：直流微电网 数学模型 故障检测 故障定位 改进遗传算法 

摘      要：随着全球能源危机日益加剧和环境污染问题的不断凸显,新能源技术的开发和利用成为了世界各国的共同关注焦点。在此背景下,直流微电网作为一种高效、可靠、环保的新型电力系统应运而生,不仅能够有效整合分布式能源,提高能源利用效率,还能够提升电力系统的灵活性和可靠性。本文针对直流微电网的建模、故障检测与定位问题进行了系统性的研究,旨在提出具体的解决方案以保障直流微电网运行的安全性与稳定性。 首先,文章详细介绍了直流微电网的组成和工作原理,分析其优势和应用前景。随后,文章重点对直流微电网中的分布式电源、换流器和输电线路等关键部分进行了数学建模。通过建立光伏发电系统、风力发电机、储能单元以及电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)和DC/DC变换器的数学模型,能够准确的计算线路正常及故障状态下的电流。为后续的故障检测与定位分析提供了坚实的理论基础。 在故障检测方面,考虑到直流微电网中短路故障的发生对系统稳定性和安全性构成的严重威胁,本文提出了一种基于斯皮尔曼相关系数的故障检测方法。该方法利用电流的变化特性,通过计算电流信号之间的相关系数,快速准确地检测系统中是否发生故障,并判断故障的类型。此外,通过引入电流积分之比的概念,进一步识别故障极,提高故障检测精确度。仿真结果表明,该故障检测方法能够有效识别直流微电网中的短路故障,为故障定位提供了重要信息。 针对故障定位问题,文章探讨了直流微电网中故障定位的难点和挑战,提出了一种结合电流相似性分析和改进遗传算法的定位方法。通过直流微电网数学模型计算出线路故障电流,并结合计算电流与实际电流的相似性分析,利用改进的遗传算法对故障点进行精确定位。该方法不仅考虑了直流微电网的复杂性和多变性,还有效克服了传统故障定位方法在高过渡电阻故障情况下的局限性。通过大量的仿真实验验证了该故障定位方法的有效性和准确性。 最后,文章搭建了一个四端口网状直流微电网MATLAB/Simulink仿真模型,分别对提出的建模方法、故障检测方案和故障定位方案进行了全面的验证。并基于RTLAB半实物仿真平台对直流微电网模型以及故障定位方案进行了实验验证。仿真及实验结果显示,本文提出的故障检测与定位方法能够在保障直流微电网安全稳定运行的同时,显著提高系统对故障的响应速度和处理能力。