基于全网信息的分布式发电系统自适应保护研究

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分布式发电(Distributed Generation,DG)目前已经公认是一种高效率、可以大幅度改善电网质量的新能源技术。在分布式发电带来了大量的经济利益的同时,也将配电网从辐射状的网络变成了多电源的互联网络。电网运行状况的改变使配网的继电保护机理也必须进行改变才能适应分布式发电系统的需求。根据IEEE1547,一旦在配电网中发生故障,DG首先被切除,以保证保护能够正确动作。然而,这不仅损害了DG发电商的利益,而且降低了电力系统的可靠性。为了缩小停电范围,实现对故障点的准确定位,研究多电源区域的新型电流保护的任务是非常紧迫的。面对配网很少具有PT,无法获得功率方向,无法快速获得短路阻抗的条件下,如何可靠的切除故障,并具有切实的实际意义,是本文的关注焦点。 本文在对配电系统的结构特点和传统保护了解的基础上分别分析了DG接入数量、接入位置、接入方式以及DG容量对配电网的影响。据此提出了分布式发电系统的新型保护应该满足故障时DG不切除、保护通信系统要和分布式网络相适应、新的保护算法尽量只利用容易获得的量、新的保护在满足“三性”的基础上要满足经济性的要求、避免大范围使用差动等要求。在分析了分布式发电系统的特点后,将新一代的电力系统通信规约IEC61850变电站通信体系应用到其中。给出了分布式发电保护通信系统的结构,在在IEC61850的基础上给出了分布式保护的信息通信模型。使分布式发电系统内部和分布式系统之间的无缝连接环境得到改善,便于其推广。 IEC61850应用到分布式系统中之后,其应用的空间范围突破了变电站,其工作环境较变电站也更加复杂,报文传输的同步性受剑挑战。本文提出将IEEE1588同步协议应用到构建好的基于IEC61850的分布式发电系统中去,该协议的特点也适合在成熟的以太网中应用,以太网以其成熟的技术,低廉的成本,将其应用到分布式保护系统中有着无可比拟的优势。采用FPGA构建时标生产装置,给出了符合IEEE1588协议的时钟同步方案的软硬件模型,总结了GOOSE的优化方案。并在实验室环境下对其同步精确度进行了验证。 根据部分母线节点在故障发生时可以只通过电流量就可以判断故障方向的特点,提出了符合本文所述的分布式发电保护通信系统的保护算法。首先基于故障方向搜索算法完成故障相关区域划分;然后在故障相关区域内的IED根据实际情况采用幅值判据、向量判据、相位比较判据来完成故障隔离。对基于故障相关区域划分保护算法给出了数学模型,完成网络描述、生成故障信息矩阵、故障搜索矩阵、完成故障隔离。给出了在本文所述的通信系统中该算法实现过程中的信息交互流程,并分析了二者结合的优势和应用局限。最终证明在采用IEEE1588协议的分布式保护系统中应用故障相关区域划分算法可以可靠的解决DG接入后配网的故障问题,具有非常好的实际意义。
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