光伏微电网故障特性和保护控制研究

【摘要】：微电网及其保护控制是目前智能电网的重要研究方向，也是未来电力系统中重要的组成部分。随着全球能源危机的逐步加重，光伏发电由于具有光照资源丰富、不受地域限制、安全和无污染等特点而越来越受到人们的重视。以微电网形式接入公共电网的分布式光伏发电系统，对于公共电网的冲击和影响小，利于提高可再生能源的利用率。 论文以光伏发电、微电网、光伏建筑一体化（Building IntegratedPhoto Voltaic,BIPV）应用为研究背景，研究光伏微电网出现内、外部故障时的故障特性及其保护控制策略，主要内容包括以下两个方面： 第一，当外部公共电网发生故障时，微电网的电源特性改变了公共电网单电源、辐射型、单向潮流的特性，从而对公共电网原有的继电保护造成了影响；并且外部故障时微电网所产生的逆功率会对连接公共电网的机器设备造成损坏，严重时甚至危害故障检修人员的人身安全； 第二，当微电网发生内部故障时，微电网在不同的运行模式下、光伏微电源在不同的控制方式下都会表现出不同的故障特性，常规的电流保护基于大故障电流动作，因此不再适用于微电网内部故障。 针对微电网外部故障，本文提出了一种防逆流保护控制方法，通过采集、比较光伏功率和负载功率大小，结合储能装置电量、以及微电网运行模式等状态量，运用双阈值判定方法，合理地进行微电网能量管理，从而实现光伏微电网系统的防逆流控制。同时，在此基础上针对目前国家实行的余电上网政策，提出了相应的改进方案，即在不切除分布式电源的前提下，通过投入额外负载将多余电力出售给公共电网，从而在避免对公共电网造成影响的同时，最大化地利用可再生能源、清洁能源发电。论文采用Matlab/Simulink软件对上述防逆流控制方法进行仿真验证，并设计搭建了防逆流硬件测试平台，实验验证了本文的防逆流控制方法。 针对微电网内部故障，论文对距离保护进行了改进，通过实时改变整定阻抗值，以抵消光伏电源提供的电流对测量阻抗值的影响，使其能够适用于微电网的不同运行模式。采用Matlab/Simulink仿真，结果显示虽然在微电网接入后测量阻抗值变大，但是距离保护的整定值能够及时更新，修正了保护范围，从而能够正确保护线路。 【关键词】：微电网 故障特性 BIPV 防逆流装置 距离保护
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM727;TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 目录10-12
• 图录12-14
• 表录14-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 课题的背景和意义15-17
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 研究意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.3 论文主要研究工作19-20
• 第二章 微电网建模及故障特性分析20-35
• 2.1 微电网建模20-25
• 2.1.1 微电网的结构20-21
• 2.1.2 微电网的控制方式21-25
• 2.2 微电网外部故障特性分析25-28
• 2.2.1 非计划性孤岛对公共电网的影响25-26
• 2.2.2 微电网对公共电网保护的影响26-28
• 2.3 微电网内部故障特性分析28-33
• 2.3.1 微电源故障特性30-31
• 2.3.2 微电网线路故障特性31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 光伏微电网防逆流控制35-59
• 3.1 光伏微电网防逆流控制策略35-43
• 3.1.1 光伏微电网防逆流控制逻辑36-37
• 3.1.2 双阈值判定方法37-41
• 3.1.3 针对余电上网的改进措施41-43
• 3.2 基于 Matlab/Simulink 的仿真验证43-49
• 3.3 基于 DSP 的实验平台设计49-57
• 3.3.1 硬件设计50-51
• 3.3.2 软件设计51-54
• 3.3.3 实验结果54-57
• 3.4 本章小结57-59
• 第四章 光伏微电网线路保护算法研究59-70
• 4.1 微电网内部整体保护配置59-60
• 4.2 自适应距离保护算法60-69
• 4.2.1 微电源对距离保护的影响62-64
• 4.2.2 整定计算64-66
• 4.2.3 仿真验证66-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 主要研究成果及结论70-71
• 5.2 需进一步开展的工作71-72
• 参考文献72-75
• 谢辞75-76
• 在学期间发表的论文、获奖76-77
• 附录77-83
• 附件83

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