風(fēng)電直流微網(wǎng)的控制與保護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于以可再生能源發(fā)電為主的微網(wǎng)系統(tǒng)，直流微網(wǎng)以其顯著優(yōu)勢(shì)成為微網(wǎng)技術(shù)新的研究方向。論文以風(fēng)電直流微網(wǎng)為研究對(duì)象，首先提出電壓分層協(xié)調(diào)控制策略以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該控制策略根據(jù)直流電壓的變化量來(lái)使各端變流器自動(dòng)對(duì)直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后根據(jù)交流主網(wǎng)故障下直流微網(wǎng)的運(yùn)行特性，提出直流微網(wǎng)在不同工作條件下的交流故障穿越控制方案。最后根據(jù)直流短路故障下電壓源變流器及直流微網(wǎng)系統(tǒng)的故障特性，提出電流差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)的直流故障保護(hù)方案。充分利用各端

2、直流電流特性，確保短路故障時(shí)保護(hù)系統(tǒng)能夠根據(jù)線(xiàn)路差動(dòng)電流值做出快速響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了直流微網(wǎng)系統(tǒng)的直流短路故障保護(hù)。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.提出風(fēng)電直流微網(wǎng)的三種運(yùn)行模式，為風(fēng)電直流微網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)控制策略的研究奠定基礎(chǔ)。分析直流微網(wǎng)的典型構(gòu)成及各單元功能，并在此基礎(chǔ)上研究永磁風(fēng)電機(jī)組、蓄電池儲(chǔ)能單元、聯(lián)網(wǎng)變流器以及交直流負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步分析各單元的控制策略。
　　2.提出適用于直流微網(wǎng)的直流電壓分

3、層協(xié)調(diào)控制策略，以確保在風(fēng)速或負(fù)荷變化等各種工作狀態(tài)下風(fēng)電直流微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。分析直流電壓下垂控制的基本工作原理，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)電直流微網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式和工作特點(diǎn)以及直流電壓的工作范圍，提出直流電壓分層協(xié)調(diào)控制策略，并分析各層控制下各端變流器的控制方法，使聯(lián)網(wǎng)變流器、儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷都參與到系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中，并根據(jù)它們的優(yōu)先級(jí)別實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，滿(mǎn)足直流微網(wǎng)在不同工況下的運(yùn)行要求。該方法不依賴(lài)于通訊，控制系

4、統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活可靠。
　　3.提出交流故障下直流微網(wǎng)內(nèi)有功剩余和有功不足兩種工作條件下系統(tǒng)的故障穿越控制方案。在分析交流主網(wǎng)故障擾動(dòng)對(duì)直流微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的影響和工作特性的基礎(chǔ)上，以直流電壓的迅速抬升或下降作為交流主網(wǎng)故障的判據(jù)，提出直流微網(wǎng)的交流故障穿越控制方案，充分發(fā)揮系統(tǒng)多個(gè)直流端的有功調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，尤其是儲(chǔ)能系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組。通過(guò)合理調(diào)節(jié)故障擾動(dòng)后蓄電池的充放電電流和風(fēng)電機(jī)組的有功輸出可有效緩解直流微網(wǎng)系統(tǒng)的不平衡功率，使風(fēng)電

5、直流微網(wǎng)在交流主網(wǎng)故障時(shí)具備更強(qiáng)的穿越能力。
　　4.提出環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)電直流微網(wǎng)的直流輸電線(xiàn)路雙極短路故障的保護(hù)方案。對(duì)比分析風(fēng)電直流微網(wǎng)的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提出直流微網(wǎng)的一種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);分析電壓源變流器和直流微網(wǎng)系統(tǒng)在直流線(xiàn)路短路故障時(shí)的暫態(tài)特性，提取短路電流故障特征，得出電路參數(shù)與故障電流及反并聯(lián)二極管過(guò)流時(shí)間的定性關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)的電壓電流故障特性提出以電流差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)、欠電壓保護(hù)作為后備保護(hù)的保護(hù)方案，以快