微網(wǎng)繼電保護(hù)與協(xié)調(diào)控制理論及應(yīng)用研究.pdf

1、將分布式新能源和就地負(fù)荷組成微網(wǎng)接入系統(tǒng)，是提高分布式新能源利用率、保障電網(wǎng)運(yùn)行安全和提高供電可靠性的有效方式。與傳統(tǒng)的大型公共電網(wǎng)相比，微網(wǎng)中包含有大量不同類型的分布式電源，其功率輸出和故障特性復(fù)雜，且具有并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行等不同工作模式，給微電網(wǎng)保護(hù)與運(yùn)行控制帶來了許多新的問題。常規(guī)電網(wǎng)的繼電保護(hù)策略和運(yùn)行控制方法已難以滿足微電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，制約了微電網(wǎng)的推廣應(yīng)用。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及國網(wǎng)重點(diǎn)科研項(xiàng)目，圍繞交

2、流微網(wǎng)故障特性分析、保護(hù)原理和實(shí)現(xiàn)方案研究、運(yùn)行協(xié)調(diào)控制以及適用于交流微電網(wǎng)的保護(hù)與控制設(shè)備的研制等方面開展了系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究工作。
　　本文從不同類型分布式電源（微電源）的故障特性分析以及組網(wǎng)后的微電網(wǎng)故障特性分析兩方面開展了相關(guān)的研究工作。根據(jù)分布式電源的構(gòu)成特點(diǎn)和并網(wǎng)方式，將微網(wǎng)內(nèi)部電源分為雙饋風(fēng)力發(fā)電電源、逆變型電源及小型同步發(fā)電機(jī)電源等三種基本形式。通過理論分析、故障仿真和試驗(yàn)等方法，重點(diǎn)研究了雙饋和逆變型兩類新型電

3、源的故障特性，分析了分布式電源低電壓穿越能力對微網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。研究表明，與傳統(tǒng)同步電機(jī)電源相比，分布式電源饋出的短路電流在其基本組成、衰減速率以及幅值特征等方面均存在較大差異，將對微網(wǎng)保護(hù)性能帶來直接影響。結(jié)合分布式電源故障特性分析結(jié)果，根據(jù)某微電網(wǎng)示范工程組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，建立了一個(gè)典型微電網(wǎng)的故障特性仿真分析平臺(tái)。以此為基礎(chǔ)，對微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行、以儲(chǔ)能設(shè)備為支撐的孤網(wǎng)運(yùn)行、以同步電源為支撐的孤網(wǎng)運(yùn)行等三種典型方式下微電網(wǎng)的故障特性進(jìn)行了系統(tǒng)

4、的仿真研究。結(jié)果表明，由于微網(wǎng)內(nèi)多電源多點(diǎn)分布，使得短路電流分布更為復(fù)雜，特別是在并網(wǎng)和離網(wǎng)不同運(yùn)行方式下，部分保護(hù)安裝處的短路電流大小差異很大，使得傳統(tǒng)電流保護(hù)的性能嚴(yán)重劣化，難以兼顧靈敏度和選擇性的要求。論文給出了微網(wǎng)在不同故障條件下短路電流的仿真結(jié)果和基本變化特點(diǎn)。在上述研究工作的基礎(chǔ)上，對微電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的配置方案和實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文分析了傳統(tǒng)過流保護(hù)、距離保護(hù)、突變量類保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)方向保護(hù)等在微網(wǎng)中的適用性

5、及存在的主要問題。根據(jù)微網(wǎng)的規(guī)模、重要性提出了廣域差動(dòng)保護(hù)、分布式保護(hù)和僅配置并網(wǎng)點(diǎn)保護(hù)等三種典型保護(hù)配置方案。文中詳細(xì)介紹了各保護(hù)方案的具體構(gòu)建方式和適用范圍。在微電網(wǎng)保護(hù)原理研究方面，提出了一種集中式廣域差動(dòng)保護(hù)新方案及基于矩陣消元法的實(shí)現(xiàn)算法。該方案以電流差動(dòng)保護(hù)為基礎(chǔ)構(gòu)成，不受微電網(wǎng)復(fù)雜故障特性的影響，且具有良好的適應(yīng)性。此外，通過基本差動(dòng)環(huán)和擴(kuò)展差動(dòng)環(huán)相結(jié)合，可集成實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)、母線保護(hù)以及斷路器失靈保護(hù)等功能，具有良好的適應(yīng)

6、性；通過將采樣值差動(dòng)和快速相量差動(dòng)保護(hù)相結(jié)合，可在保證保護(hù)快速性的同時(shí)有效提高保護(hù)的可靠性。微網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制是保證其穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，也是微網(wǎng)研究的核心問題之一，涉及微網(wǎng)內(nèi)部協(xié)調(diào)控制以及微網(wǎng)與主網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)控制等不同層面。論文分析了微網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的主要目標(biāo)，提出了一種基于分層控制策略的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制體系架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，對微網(wǎng)儲(chǔ)能電源協(xié)調(diào)控制方法、微網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行方式下的內(nèi)部協(xié)調(diào)控制策略以及微網(wǎng)與主網(wǎng)的切換控制模式等進(jìn)行了研究分析，給出了相關(guān)實(shí)現(xiàn)