基于广域保护的光伏并网的配电网保护方案

【摘要】：在全球化石燃料资源不断匮乏、环境污染日益严重的背景下,随着我国智能电网的建设和国家相关政策扶植力度的不断加大,光伏以其可再生和清洁安全的优势受到广泛重视。光伏并网虽然能够缓解供电紧张的压力,符合电力行业的节能环保目标,但是却改变了配电网的单电源结构,常规的继电保护装置将不能可靠动作。因此,为避免对配电网造成的不利影响,使光伏并网能够在我国顺利推广,寻找适用于光伏并网的配电网保护方案是十分必要的。本文首先概述了光伏发电系统的分类及主要构成,在Matlab/Simulink仿真软件中建立了光伏发电系统,仿真验证了光伏电池在外界环境变化下的光伏特性和电导增量算法的最大功率跟踪效果;然后介绍了配电网中常规的继电保护装置,运用Matlab/Simulink仿真软件建立了含光伏并网的10kv配电网模型,研究了光伏并网对三段式电流保护的影响,对比了光伏并网前后电网中短路电流仿真波形的变化,并仿真了光伏并网的短路电流和主保护整定值之间的关系,仿真结果表明光伏并网后的三段式电流保护受到故障位置和并网容量的影响,不能可靠动作。接下来本文设计了适用于含光伏并网配电网的广域保护方案。阐述了广域保护的通信系统,以及广域保护方案的基本构架和整体流程,分析了广域决策系统和智能电子设备(IED)的功能,改进了矩阵保护算法,并以含光伏并网的典型配电网作为算例验证了方案的有效性。该方案简化了矩阵算法,采用了对中间节点和边缘节点统一修订的方法,减小了计算量,但是算法不具有容错性能。最后本文考虑了保护系统的容错性能,设计了基于图论的广域保护方案。介绍了图论的基本知识,结合图论定义了电气元件的表示方法和IED联络组的分组方法,阐述了配电网可能出现的异常情况,分析了互联组和后备互联组中故障电流的关系,得出了故障定位的判据,并以IEEE33节点的配电网作为算例验证了方案的正确性。该方案的保护算法原理简单,具有容错性,提高了保护系统的可靠性。 【关键词】：光伏并网 电流保护 故障定位 矩阵算法 图论
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM77
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 选题背景与意义8-9
• 1.2 保护方案研究现状9-10
• 1.3 本论文的主要工作10-11
• 1.4 本论文的创新点11-12
• 2 光伏发电系统概述12-26
• 2.1 光伏发电系统的构成及分类12-13
• 2.2 光伏电池13-14
• 2.3 最大功率跟踪算法14-18
• 2.3.1 DC-DC升压电路14-16
• 2.3.2 MPPT算法16-18
• 2.4 光伏发电系统的功率调整系统18-19
• 2.4.1 单级式控制结构18-19
• 2.4.2 双级控制结构19
• 2.5 光伏发电系统的仿真模型及分析19-25
• 2.6 本章小结25-26
• 3 光伏并网对配电网继电保护的影响26-40
• 3.1 配电网的继电保护26-29
• 3.1.1 瞬时电流速断保护26-27
• 3.1.2 定时限电流速断保护27-28
• 3.1.3 定时限过电流保护28-29
• 3.1.4 自动重合闸装置29
• 3.2 光伏并网对继电保护的影响29-39
• 3.2.1 光伏并网的位置和故障位置关系29
• 3.2.2 光伏并网后故障位置对电流保护的影响29-35
• 3.2.3 光伏并网容量对电流保护的影响35-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 基于矩阵算法的广域保护方案40-51
• 4.1 广域保护方案的基本构架40-41
• 4.2 广域保护的通信系统41-42
• 4.2.1 通信系统的物理介质41-42
• 4.2.2 通信数据模型42
• 4.2.3 通信服务模型42
• 4.3 含PV配电网网络中节点的分类42-43
• 4.4 故障区域定位的矩阵保护算法43-45
• 4.4.1 网络关联描述矩阵43
• 4.4.2 故障区域搜索判据43-44
• 4.4.3 故障区域搜索反方向矩阵44
• 4.4.4 故障区域判别矩阵44
• 4.4.5 故障区域定位判据44-45
• 4.5 故障区段定位的矩阵保护算法45
• 4.6 基于矩阵算法的广域保护流程及特点45-47
• 4.7 算例分析47-49
• 4.8 本章小结49-51
• 5 基于图论的广域保护方案51-61
• 5.1 图论在含PV配电网中的应用51-52
• 5.2 基于图论广域保护算法的基本原理52-55
• 5.2.1 互联组与后备互联组的划分52
• 5.2.2 互联组故障电流关系的分析52-53
• 5.2.3 后备互联组故障电流关系的分析53-55
• 5.3 基于图论的保护算法的容错性能55-56
• 5.3.1 IED拒动的判据及容错算法55
• 5.3.2 IED信息丢失的判据及容错算法55-56
• 5.4 基于图论的保护算法对网络结构变化的适应性56-57
• 5.5 基于图论的保护算法的流程及特点57
• 5.6 算例分析57-60
• 5.7 两种保护方案的对比评估60
• 5.8 本章小结60-61
• 6 结论61-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果66-67
• 致谢67-68

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