逆变型分布式电源接入配电网的故障分析及保护原理的研究

随着能源短缺、环境恶化问题的日益突出,传统集中供电模式缺陷的逐渐暴露,大量利用可再生能源发电的逆变型分布式电源接入配电网,成为配电网的重要组成部分,配电网由传统的单电源辐射状网络变为多端电源供电的复杂网络。然而逆变型分布式电源的故障输出特性受其控制策略影响,不同于传统电源,其接入使得配电网的故障特性发生改变,传统配电网所采用的三段式电流保护可能发生不正确动作,从而影响配电网运行的安全可靠性。为此,本文对逆变型分布式电源接入配电网的故障特性及保护方案进行了研究,以解决逆变型分布式电源接入配电网所带来的问题。本文首先研究了单个逆变型分布式电源在不同控制策略下的故障特性,并由此得到了逆变型分布式电源的压控电流源等效模型。该模型中,逆变型分布式电源的输出电流与并网点电压具有非线性关系,无法使用传统的基于配电网线性模型的故障分析方法对逆变型分布式电源接入的配电网进行故障分析。为解决这一问题,本文建立了适用于不同控制策略的逆变型分布式电源的近似线性化故障模型,并在此基础上提出了逆变型分布式电源接入配电网的故障分析方法。针对在工程实际中应用最为广泛的采用正序电压控制的逆变型分布式电源,利用戴维南定理将前述故障分析模型进一步简化,得到了基于正序电压控制的逆变型分布式电源接入配电网的简化等效模型,该模型是后续研究的基础。基于正序电压控制的逆变型分布式电源接入配电网的故障分析模型,指出了影响逆变型分布式电源所接入配电网故障特性的因素,并研究得到不同因素变化对配电网故障特性的影响规律。基于研究所得规律,提出了在不改变传统电流保护定值的条件下,逆变型分布式电源接入容量及接入位置的选择方法,以及适用于不同容量逆变型分布式电源接入配电网的电流保护整定方案。根据逆变型分布式电源接入配电网的故障特性,分析了逆变型分布式电源接入配电网后,传统方向元件发生误动作的原因。并在研究不同控制策略的逆变型分布式电源接入配电网时电压、电流相位关系的基础上,提出了适用于不同控制策略的方向元件判据。最后给出了含逆变型分布式电源配电网方向性过电流保护及方向比较式纵联保护的保护原理及整定方案。上述逆变型分布式电源接入配电网的故障模型、故障分析方法及保护方案等,为逆变型分布式电源技术的进一步发展提供了理论基础。