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随着可再生能源的推广,分布式发电(Distributed Generation,DG)已成为一种重要的电力电源形式。本论文围绕如何在DG接入条件下,设计一种适用于开放系统不同运行方式的智能保护策略展开研究。首先分析了传统的配电网保护控制系统在DG接入时受到的各种影响,总结了现有的DG保护控制措施,然后提出了分布式发电智能保护系统的概念。系统的设计基于对不同采样点实时数据的采集和分布式处理,以集中式信息综合分析形成全局性最优保护策略,并通过分布式智能终端加强了策略执行的灵活性,从而实现了适用于开放式系统不同运行方式的智能保护策略。详细研究了该系统的功能原理及其实现方式,从原理上解决了分布式发电条件下传统保护控制方式的诸多难题。
基于传统电流保护原理,对接有分布式电源的配电网保护配合性进行了分析,从保护配合性及供电可靠性角度初步探讨了DG注入容量问题,利用单位电流法和多端口网络法对分布式电源DG接入配电网后的等效电路进行了计算和分析,理论和仿真证明了:单一DG对保护灵敏度的影响规律是由DG短路阻抗和接入位置决定的二次型;多DG接入系统对保护分支电流的影响特性近似看作各DG影响特性曲线的叠加:在系统阻抗中点向两侧,按DG短路容量由小到大全序接入对保护分支电流的影响最小。对反时限过流保护的动作特性曲线进行正向修正和反向校核,使其保持正确的配合关系和配合裕度,从而消除DG对配电网对过流保护的影响。提出了基于Petri网的多Agent行为协进化过程帮助完成在线保护的协调配合策略,及其实现方法。
基于DG接入配电网后故障电流特点的分析结果,得出任意电源输出短路电流的单调性不变的结论,由此可以利用各DG及系统电源作为故障判断主体,根据自身短路电流进行故障区段判断。利用其各个电源提供短路电流的大小及其单调连续变化规律,提出了一种基于对分布在分支线路中的短路电流量进行软件计算和查询匹配操作的,理论上完备的配网分布短路电流故障定位新原理。同时,对于不同的网络结构,由于不同容量和接入位置的DG提供的故障电流不同,也可以利用其各个电源提供短路电流的大小及其单调连续变化规律,通过多个电源故障判断区的重叠交叉区域将故障锁定于具体的故障线路段上,将故障进行隔离。这两种保护方案可以保证尽可能多的DG在故障发生时持续供电,而不需要将其退出运行;建立于传统的过流保护方式基础上,保证了DG作为分布式电源提高系统供电可靠性方面的特点。
考察多DG故障状态下的等效网络,其故障状态具有单电源、辐射状的特点。由故障点到各个电源点,不论是电流还是电压的变化都是单调的,以此为导向沿区内拓扑结构进行搜索,就可以对故障进行定位。本文详细地给出了三种电流故障方向搜索判据:即故障分量模值、负序故障电流标积I2SP以及电流综合幅值,并给出相关区域自适应划分的矩阵算法。保护装置只需要该区域内的故障数据即可实现正确动作,实现了快速性和选择性,并给出了故障相关区域自适应划分算法的数学模型;鉴于分布式发电系统节点众多的特点,分析了分布式保护系统中各个元件发生故障后电力系统的特点,并且给出了相应“N-1”的对策。
在故障搜索区域中,负荷电流对于任意一段线路两端而言都是穿越性的,而故障电流则不同。提出了一种基于故障电流正序分量与负荷电流相位间关系比较的差动保护原理,可实现对故障线段的准确定位。对于故障段来说,其故障电流正序分量与负荷电流之间的相位间关系均是为同一方向(即为同“超前”或同“滞后”)。提出了基于启发式算法的孤岛融合及形成策略,给出了基于智能Agent的故障隔离后的孤岛形成方案。
搭建了基于多智能代理(Agent)的变电站保护控制系统模型,构建了针对分布式发电系统的自主性实时(DART)系统和基于多Agent的分布式智能保护系统。给出了不同功能Agent的组织结构以及分布式保护系统的分层架构,包括故障区域定位、故障隔离及基于孤岛运行方式的系统重构。最后根据该标准配置语言的定义,对保护装置进行了初步配置。提出了一个完整的基于多Agent系统的配网保护协调控制系统,为了便于Agent之间的高效率的通信,选择IEC61850/GOOSE作为Agent的通信模型,并以此为基础对系统的各种Agent进行建模,最后设计了一个跨平台的实验模型以验证该保护协调控制系统的作用。
本文提出的基于软实时通信的数据同步方案为:设置一个时间同步服务器,时间同步服务器直接从外来高精度时钟源获取时间,采用IEC1588协议或SNTP协议定时对网络的每个节点进行时间同步。以简化参考相量法作为辅助同步方法,以进一步提高同步精度。
本文的研究结果可以完成对DG接入配电网短路故障的准确定位,有助于缩小停电范围,提高供电可靠性。