含高渗透率分布式电源的智能配电网保护方案研究

智能配电网包含了分布式发电、负荷与储能装置，微网则是智能配电网的重要表现形式。对用户来说，智能配电网可以满足其对电能质量和供电安全等的需求，例如增加本地供电可靠性、降低馈线损耗、保持本地电压、通过利用余热提供更高的效率等。然而智能配电网具有与传统配电网完全不同的故障特征，因此研究改进保护系统，以令其适应智能配电网，对于配电网的安全可靠运行具有重要意义。本文主要针对分布式电源接入对配电网保护带来的影响开展研究。 论文首先对分布式电源中的光伏发电技术进行研究，针对光伏发电系统最大功率点跟踪控制中结构复杂度与控制效果难以得兼的问题，从阻抗适配角度分析解决方案，论证最大功率传输理论应用于光伏系统控制的正确性，并提出了一种具备快速自寻优能力的光伏系统最大功率点跟踪控制方法。通过与几种常见的典型最大功率点跟踪控制方法相比，利用MATLAB/Simulink软件验证了新算法的有效性。 本文其后对智能配电网中的分布式电源进行了深入分析，研究其呈现出异于传统电源的故障特征，以及其接入对保护系统造成的具体影响。并根据分析结论，提出一种基于GOOSE的自适应级联方向闭锁保护原理。新原理能够根据故障位置自适应改变闭锁方向，利用GOOSE在保护之间交换方向闭锁信号，并通过上下游保护的协同配合快速切除故障。新原理能够适应含多微网的闭环配电网，允许配电网工作于孤岛、并网两种模式。 论文对所提出保护方案中的起动元件和方向元件进行了研究。考虑到智能配电网处于孤岛运行模式下具有电源出力随机波动性大、故障时系统频率偏移严重的特点，通过仿真分析论证了现有基于相量保护原理的局限性。提出自适应电流保护原理，对含任意类型分布式电源接入的配电网，均能够实时测量保护背侧系统电源的综合阻抗；提出基于R-L模型的起动和方向元件原理，通过在时域进行求解，以适应频率偏移和分数次谐波给保护带来的不良影响。 最后，论文考虑采用信息物理能源系统架构实现所提出的保护方案。提出以智能组件作为该系统的基本单元，建立了智能配电网信息物理能源系统的通用模型；根据所设计的保护原理，分别基于IEC61131-3和IEC61850标准，详细建立了断路器智能组件的物理模型和信息模型，提出了基于规则的智能组件模型映射方案；建立了系统的配置过程，给出了实现信息和物理模型融合的技术方案。利用RTDS仿真了断路器智能组件，进而通过其能量和信息接口组成了智能配电网信息物理能源系统的仿真模型，通过对各种配电网线路和母线故障以及异常情况进行仿真，验证了所提出保护方案的技术可行性、适用性与可靠性。