计及风电分布式电源的配电网分区保护方案研究

【摘要】：随着全球能源危机、环境污染等问题的出现以及传统集中式大电网发电模式自身缺陷的暴露,分布式发电技术得到了飞速发展。分布式发电技术包括风力发电技术、光伏发电技术、燃料电池技术及生物质能发电技术等。分布式电源,尤其是风电分布式电源的接入,改变了传统配电网辐射状的结构、潮流分布,可能会导致传统保护不能正确动作。本文将研究风电DG接入对配电网电流保护的影响与分区保护方案。 首先,建立了风电DG的模型,对其运行特性进行了仿真分析。用PSCAD/EMTDC仿真软件完成了单个风电DG系统模型的建立,将其接入一个无穷大电力系统,通过仿真实验,分析了在风速扰动下和系统侧故障下该风电DG系统的运行输出特性,得到风电DG的出力具有随机性,不能用恒定电源串联阻抗的形式来等效。 其次,研究了风电DG接入对配电网电流保护的影响及对策。推导了含风电DG配电网在不同故障下短路电流的计算公式,并就公式进行了分析,风电DG的接入对流过下游保护的电流会产生助增作用,对上游保护会提供反向电流及分流作用。仿真分析了风电DG的接入容量、布置地点、风类型、故障持续时间对故障电流的影响。 在保证风电DG接入后各保护之间仍能正确配合的前提下,风电DG的接入容量必须有一个限制值。这需要考虑两个方面,一是,由于DG的助增作用导致其下游保护的速断保护范围扩大,为了使该速断保护范围不延伸到下级线路,造成与下级保护失去选择性,DG的接入容量有一个限制值；二是,当DG上游发生故障时,DG向其上游保护提供反向电流,为了使该反向电流不超过上游保护的II段整定值,DG的接入容量又有一个限制值,选择这两个限制值中较小的一个作为DG的最大允许接入容量。针对一个含风电DG的10kV配电网进行建模,仿真获得了DG的最大允许接入容量,并表明DG分散布置式比集中接入式对故障电流的影响较小,可提高DG总的接入容量。 研究了一种含风电DG配电网的分区保护方案。该方案根据风电DG的接入位置、容量及配电网负荷的分布情况,将整个系统分为若干个区域。借助配电自动化系统和智能测控保护装置的实时监测与在线分析等功能,研究了基于网形结构矩阵的含风电DG配电网故障定位算法,它先形成网络关联描述矩阵、故障区间判定矩阵,再依据故障定位判据完成故障区域的定位,给出了含DG配电网的故障隔离与恢复策略。通过算例验证了故障定位及故障隔离与恢复策略的有效性。 【关键词】：分布式发电 风电DG 配电网 分区保护 故障定位
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM77
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题相关研究背景及意义11-12
• 1.2 分布式发电技术及其接入对配电系统的影响12-15
• 1.2.1 分布式发电技术简介12-14
• 1.2.2 分布式发电接入对配电系统的影响14-15
• 1.3 含DG配电网保护的国内外研究现状15-17
• 1.4 论文的目标与主要内容17-18
• 1.5 论文的章节组织18-19
• 第2章 风电DG及其运行特性19-35
• 2.1 引言19-20
• 2.2 风电DG的类型及其特点20-21
• 2.3 风电DG的模型21-30
• 2.3.1 风速模型21-24
• 2.3.2 风轮机模型24-27
• 2.3.3 发电机模型27-30
• 2.4 风电DG的运行输出特性仿真30-34
• 2.4.1 风速扰动下风电DG的运行输出特性仿真31-33
• 2.4.2 系统侧故障下风电DG运行输出特性的仿真33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 风电DG接入对配电网电流保护影响的分析35-49
• 3.1 配电网结构及其传统保护的配置35-36
• 3.2 含DG配电网故障时短路电流计算公式的推导与分析36-38
• 3.2.1 DG所在馈线上不同点发生故障时短路电流计算公式的推导与分析37-38
• 3.2.2 DG所在馈线的相邻馈线发生故障时短路电流计算公式的推导与分析38
• 3.3 风电DG布置地点与容量对配电网电流保护影响的分析38-45
• 3.3.1 研究思路38-39
• 3.3.2 仿真模型的构造39-41
• 3.3.3 集中接入式风电DG容量对配电网保护影响的分析41-43
• 3.3.4 分散布置式风电DG位置与接入容量对配电网保护影响的分析43-45
• 3.4 对影响故障电流的其它因素的仿真分析45-47
• 3.4.1 风类型与DG接入容量对故障电流影响的分析45-46
• 3.4.2 多种因素对含DG配电网故障电流影响的仿真分析46-47
• 3.5 含风电DG配电网保护配置方案改进的探讨47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 含风电DG的配电网分区保护方案49-64
• 4.1 配电自动化系统简介49-50
• 4.2 含风电DG配电网分区保护方案的总体思路50-51
• 4.3 含风电DG配电网的分区方法51-52
• 4.4 含风电DG配电网分区保护方案的算法流程52-55
• 4.4.1 故障检测与故障类型的辨识52-53
• 4.4.2 基于网形结构矩阵的含风电DG配电网故障定位方法53-55
• 4.4.3 故障隔离与恢复策略55
• 4.5 算例分析55-63
• 4.5.1 故障定位算例55-59
• 4.5.2 故障隔离与恢复算例59-63
• 4.6 本章小结63-64
• 结论64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目72

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