用于配电网故障识别的特征频率电压源型逆变器控制策略研究

作     者：雷泽 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任碧莹;高永军

授予年度：2024年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：配电网 电压源 特征频率信号 瞬时性故障 永久性故障 

摘      要：配电网作为连接大电网与用户的重要桥梁,其安全稳定运行对整个电力系统至关重要。随着电力系统网络结构的不断复杂化,线路分支愈发密集,架空线与电缆线路的混合联络,以及运行状态的多样化,系统不可避免地面临着各类故障。在这种情况下,能够快速而准确地识别故障类型,对于迅速排除故障、缩短停电时间具有重要意义。针对这一问题,本文研究了一种基于特征频率电压源信号注入的配电网故障识别技术方案,其核心思想在于当配电系统发生故障时,通过注入特征频率信号后检测配电系统中相应电气量的变化,准确地判断该故障是永久性故障还是瞬时性故障。同时设计了产生该电压源信号的逆变器控制策略。 首先,本文设计了一种特征频率电压源信号注入下的配电网故障识别方案,探讨了特征频率电压源信号的幅值和频率的选取,建立了不同故障性质下特征频率所对应的阻抗特征。通过对不同线路阻抗和各种剩余负荷的分析,研究了基于阻抗测量的故障性质判别的依据及其整定值的确定,同时,分析了该电压源信号发生的电力电子变换器装置中储能电容电压在不同故障下的波动幅值,进而设计了基于储能电容放电方式下的判据整定。 其次,对产生特征频率电压源型逆变器的控制策略进行了设计,建立了三相全桥逆变器主电路数学模型,引入了电压电流双环的解耦控制,设计了控制器参数。针对配电网发生不对称故障,若要电压源型逆变器产生三相平衡电压,需设计正负序分离控制。因此,阐述了延时相消正负序分离控制方法,使输出电压中负序分量得到有效抑制,从而使输出的特征频率信号始终保持三相平衡。 最后,在MATLAB/Simulink环境中搭建了系统仿真模型,通过改变故障位置、剩余负荷容量等多种工况,对所设计的两种不同的故障识别判据进行了相应的仿真验证并对所得进行分析。同时也搭建了产生特征频率电压源信号的实验样机。通过样机对不同工况进行了测试,仿真和实验结果表明了所设计的控制方案具有可行性和适用性。