含分布式电源配电网和微电网故障分析与保护新原理研究

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为了应对一次化石能源的危机、环境的恶化以及提高电力系统运行的安全稳定性和供电可靠性,以风力发电和光伏发电为代表的分布式清洁能源发电技术在我国得到了大力发展,已成为我国电力和能源领域的重点发展战略之一。分布式电源(Distributed Generator,DG)的波动性和间歇性以及其接入造成的电网结构和运行方式的复杂化,改变了电网的故障特性,给电网的故障分析与继电保护带了来挑战。由于DG广泛采用逆变型接入方式并网,因此本文主要针对含逆变型接口的分布式电源(Inverter Interface Distribution Generator,IIDG)配电网和微电网的故障分析和继电保护开展如下研究工作:1、建立了具有消除负序电流控制和故障穿越控制能力的PQ控制IIDG故障等值模型,提出了具有自适应电压支撑能力的IIDG故障穿越控制策略。该控制策略通过在逆变器输出短路电流尚未达到最大值时采用自适应电压支撑系数,能够使IIDG在电网故障时输出最大无功电流,在保证安全的前提下充分实现其电压支撑能力。基于RTDS的仿真,验证了该控制策略的有效性和实用性。2、在建立含多PQ控制IIDG配电网故障电流迭代求解方程组的基础上,提出了适用于含PQ控制IIDG的配电网故障分析方法,并采用不动点定理证明了迭代求解的收敛性。提出了含PQ控制IIDG的配电网自适应电流保护新原理,该自适应保护原理是通过IEC61850中的MMS通信实时获取IIDG的功率参考值,在线计算当被保护线路末端发生不同类型金属性短路的相电流,实现保护定值的自适应,能以较小的经济代价确保自适应电流保护在不同的DG出力条件下具有固定的保护范围。基于RTDS和所研发的保护测控装置,验证了所提故障分析方法的准确性和快速性以及保护原理的有效性。3、针对小电阻接地系统的特点,提出了含PQ控制IIDG的小电阻接地系统故障分析方法和自适应零序电流保护新原理,其技术路线与上述的故障分析方法和自适应电流保护相同。基于RTDS和所研发的保护测控装置,验证了所提故障分析方法的准确性和快速性以及保护原理的有效性。4、通过分析V/f控制IIDG的控制特性,推导出不同控制目标的V/f控制IIDG故障等值模型,仿真结果验证了V/f控制IIDG故障等值模型的正确性。通过建立含V/f控制和PQ控制IIDG的微电网故障电流计算的迭代求解方程组,提出了含V/f控制和PQ控制IIDG的微电网故障分析方法和自适应电流保护定值计算方法,并利用不动点定理证明了迭代求解方法的收敛性。基于RTDS和所研发的保护测控装置,验证了所提故障分析方法的准确性和快速性以及保护原理的有效性。5、研发了两套适用于含分布式电源配电网和微电网的保护测控装置。其中一套保护测控装置采用DSP+ARM双核处理器,具有模数转换模块和跳合闸回路以及MMS变电站层通信,因此也可适用于变电站层为IEC61850通信规约的传统变电站;另一套保护测控装置采用2DSP+2ARM四核处理器,具有2路1000M和2路100M以太网,支持SV、GOOSE和MMS通信,适用于全数字化变电站。两套装置均具有可靠性高、运算能力强、成本低、灵活性好等特点,能很好地满足含DG配电网和微电网对保护测控装置的性能要求。
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