论文中文题名: | 基于电流频率特征差异性的微电网线路保护方法研究 |
姓名: | |
学号: | 20206227109 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085207 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 电气工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 电力系统及其自动化 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-14 |
论文答辩日期: | 2023-06-01 |
论文外文题名: | Research on Micro-grid Line Protection Method Based on Differences in Current Frequency Characteristics |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Micro-grid ; Current 1-mode component ; Distributed Generation ; Frequency variability ; Line protection ; Difference hash algorithm |
论文中文摘要: |
为了高效且可靠地利用分布式电源,微电网技术应运而生,但其多源且分散的网络结构及分布式电源的特点,导致传统配电网的线路故障检测方法与继电保护方案无法继续适用。因此,为满足微电网安全、可靠运行的要求,本文将基于分布式电源的暂态输出特性对其线路保护方法进行研究。 首先,对单个分布式电源的暂态输出特性进行理论研究及仿真分析。针对逆变型分布式电源不同的控制方式分别建立详细模型,考虑其电流输出的约束条件,并结合不同故障类型,分析得出各控制方式下分布式电源输出的暂态电流表达式及特征。通过仿真验证了不同控制方式下分布式电源暂态电流特征分析的准确性。 其次,对系统级微电网不同运行模式下发生故障时各区段两端电流特征的差异性进行分析推论及仿真验证。提出并建立单一模量可涵盖所有故障类型的微电网一模分量网络模型,进一步对系统级下分布式电源的暂态电流一模分量特征进行分析及推论,在考虑其运行模式、故障位置的情况下,得出检测点电流一模分量表达式及频率特征,提出仅在故障发生区段两端获取的电流一模分量频率特征存在差异性。仿真验证了其差异性分析结果的正确性,为后续所提微电网线路保护方法在理论上提供了支撑。 最后,提出了基于暂态电流一模分量的频率特征差异性的微网线路保护方法。以电流突变量作为保护启动量,提取了各保护监测点的电流一模分量,利用小波变换将时域一维信号转化为频域二维图像信号,根据差异哈希算法计算区段两侧的时频图汉明距离,通过判断差异性比较结果是否大于动作阈值,确定保护是否动作。通过在MATLAB软件中搭建仿真模型对该方法的有效性进行了验证,结果表明在不同运行条件、不同拓扑结构下,均能够实现保护的可靠动作,具有自适应性以及较高的灵敏性。 |
论文外文摘要: |
In order to efficiently and reliably utilize distributed power sources, micro-grid technology has emerged. However, its multi-source and decentralized network structure, as well as the characteristics of distributed power sources, make traditional power grid fault detection methods and relay protection schemes no longer applicable. Therefore, in order to meet the requirements for safe and reliable operation of micro-grids, this paper will study its line protection method based on the transient output characteristics of distributed power sources. First, theoretical research and simulation analysis are conducted on the transient output characteristics of a single distributed power source. Detailed models are established for different control methods of inverter-type distributed power sources, taking into account the constraints on their current output, and combined with different types of faults, the transient current expressions and characteristics of distributed power source output under each control method are analyzed. The accuracy of the analysis of transient current characteristics of distributed power sources under different control methods is verified through simulation. Secondly, the differences in the current characteristics at both ends of each section in the event of a fault in different operating modes of a system-level micro-grid are analyzed and verified through simulation. A single module network model that can cover all types of faults is proposed and established for the micro-grid system with transient current 1-mode components. Furthermore, the transient current 1-mode component characteristics of distributed power sources in the system-level are analyzed and deduced, and considering the operating mode and fault location of the micro-grid, the 1-mode component expression and frequency characteristics of the detection point current are obtained. It is suggested that the frequency characteristics of the 1-mode component current obtained at both ends of the fault zone differ. The accuracy of the difference analysis results is verified through simulation, providing theoretical support for the subsequent micro-grid line protection methods proposed. Finally, a micro-grid line protection method based on the frequency characteristic differences of transient current 1-mode components is proposed. The protection start-up quantity is the current surge amount, and the 1-mode components of the current for each protection monitoring point are extracted. The wavelet transform is used to convert the one-dimensional signal in time domain into a two-dimensional image signal in frequency domain. The Hamming distance of the time-frequency spectrum on both sides of the zone is calculated based on difference hash algorithm. By comparing the difference comparison results with the action threshold, the protection action is determined. The effectiveness of this method is verified through a simulation model built in MATLAB software. The results show that under different operating conditions and different topologies, the protection can be reliably activated with adaptability and high sensitivity. |
参考文献: |
[1]李晖, 刘栋, 姚丹阳. 面向碳达峰碳中和目标的我国电力系统发展研判[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(18): 6245-6259. [4]夏天昊. 分布式电源并网对电能质量的影响分析[J]. 通信电源技术, 2021, 38(03): 59-61. [5]马喜平, 贾嵘, 梁琛等. 高比例新能源接入下电力系统降损研究综述[J]. 电网技术, 2022, 46(11): 4305-4315. [6]GB/T 51341-2018, 微电网工程设计标准[S]. 北京: 中国计划出版社出版, 2019. [7]赵嘉琦, 李瑞.微电网技术研究进展[J].山西电力, 2022, 236(05): 10-13. [8]郭建勇, 李瑞生, 李献伟, 杨红培. 微电网继电保护的研究与应用[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(10): 135-140. [9]陶以彬, 李官军, 柯勇, 吕振华, 白恺. 微电网并/离网故障特性和继电保护的配置研究[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(11): 95-100. [10]戴明, 贾科, 方煜, 杨哲, 毕天姝, 张弛. 独立运行微电网的故障特性分析及其线路保护研究[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(04): 133-140. [11]高杰, 谷雨, 潘祎希, 汤耀景, 王林海, 周林, 王晓卫. 基于经验小波变换和高频分量的微电网保护方法[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(19): 50-56. [12]GB/T 38953-2020, 微电网继电保护技术规定[S]. [13]王成山, 李琰, 彭克. 分布式电源并网逆变器典型控制方法综述[J]. 电力系统及其自动化学报, 2012, 24(02): 12-20. [14]贾健飞,李博通,孔祥平等. 计及逆变型分布式电源输出特性的配电网自适应电流保护研究[J]. 高压电器, 2019, 55(02): 149-155. [15]吴争荣, 王钢, 李海锋等. 计及逆变型分布式电源控制特性的配电网故障分析方法[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(18): 92-96+108. [16]孔祥平, 张哲, 尹项根, 王菲, 何茂慧. 含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(34): 65-74+13. [17]张长久, 邬小波, 谢小英. 基于GB/T33593标准的DG低电压穿越输出特性研究[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47(24): 76-83. [18]戴志辉, 李川, 焦彦军. IIDG低压穿越模型及其在配网故障分析中的应用[J]. 电力系统及其自动化学报, 2018, 30(07): 16-23. [19]毕天姝, 刘素梅, 薛安成, 杨奇逊. 逆变型新能源电源故障暂态特性分析[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(13): 165-171. [20]常仲学, 杨忠礼, 宋国兵等. 正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析[J]. 电力自动化设备, 2018, 38(01): 44-51. [21]赵俊瑞, 王占山, 王继东等. 微网故障特性分析及保护方法[J]. 上海交通大学学报, 2015, 49(06): 913-922. [22]郭建勇, 李瑞生, 李献伟等. 微电网继电保护的研究与应用[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(10): 135-140. [23]丁婧, 王欣, 郑淑文等. DG接入对微电网电流保护的影响[J]. 发电技术, 2019, 40(01): 22-27. [24]戴明, 贾科, 方煜等. 独立运行微电网的故障特性分析及其线路保护研究[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(04): 133-140. [25]罗玲童, 杨明玉, 孟航. 微电网线路保护方案优化研究[J]. 电测与仪表, 2019, 56(02): 47-51. [26]李永丽, 金强, 李博通等. 低电压加速反时限过电流保护在微电网中的应用[J]. 天津大学学报, 2011, 44(11): 955-960. [27]王颖. 微电网故障检测方法及保护原理研究[D]. 浙江大学, 2017. [30]和敬涵, 王紫琪, 张大海. 基于图论及模糊评价的广域后备保护分区方法[J]. 电力自动化设备, 2017, 37(02): 75-82. [31]马腾飞,高亮. 含多微网的主动配电网故障区段定位算法[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45(07): 64-68. [32]蒋原,李擎,冯茜等. 基于BP神经网络的直流电网故障定位与保护方法[J]. 高压电器, 2020, 56(08): 23-28. [33]魏东辉, 于舜尧, 房俊龙. 基于综合序电流的含光伏电源配电网纵联保护方案[J]. 太阳能学报, 2021, 42(07): 185-192. [35]朱妍, 陆于平. 含DG配网充分式优选制综合电流幅值差动保护[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(01): 68-74. [36]许轩, 陆于平. 含DG配网电流幅值差异化保护方案[J]. 电工技术学报, 2015, 30(18): 164-170. [37]周石金, 何晋, 杨凡, 骆通, 管恩齐. 基于改进电流相差保护的微电网保护方案[J/OL]. 电测与仪表: 1-7[2023-04-21]. [39]李娟. 有源配电网电流差动保护原理与实现技术研究[D]. 山东大学, 2016. [40]李文立. 含分布式电源配电网的故障特性分析与保护方案研究[D]. 北京交通大学, 2018. [42]孙鸣, 程杰. 微电网继电保护中特殊性问题解决方案的探讨[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(19): 137-141+148. [44]翁利国, 练德强, 谭卓强, 汤霄. 基于多智能体的交流微网电流保护研究[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45(15): 146-151. [46]朱愉田, 李华强. 基于深度强化学习的孤岛微电网故障区域判定[J]. 计算机仿真, 2021, 38(07): 78-82. [47]李瀚霖, 靳维, 梁睿, 刘心瑜. 基于故障信息自同步的有源配电网纵联保护[J]. 电力工程技术, 2021, 40(06): 121-126+133. [48]张丹, 王杰. 国内微电网项目建设及发展趋势研究[J]. 电网技术, 2016, 40(02): 451-458. [49]中国南方电网电力调度控制中心. 电力系统广域智能控制保护技术及应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2016. [50]江玲, 刘邦银, 段善旭. 电网对称短路故障时分布式电源功率注入对并网点电压的支撑作用[J]. 电网技术, 2014, 38(03): 669-674. [51]段玉兵, 龚宇雷, 谭兴国等.基于蒙特卡罗模拟的微电网随机潮流计算方法[J]. 电工技术学报, 2011, 26(S1): 274-278. [52]金强. 分布式电源故障特性分析及微电网保护原理的研究[D]. 天津大学, 2012. [53]王湘女. 智能配电网短路故障特征分析及提取方法[D]. 山东大学, 2019. [57]徐海亮, 张禹风, 聂飞等. 微电网运行控制技术要点及展望[J]. 电气工程学报, 2020, 15(01): 1-15. [58]李佼洁, 刘毅力. 基于电流相角变化量的含DG配网保护方案研究[J]. 国外电子测量技术, 2021, 40(09): 6-12. [59]刘素梅, 毕天姝, 王晓阳, 杨国生, 薛安成, 杨奇逊. 具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(03): 66-73. [62]王成山, 肖朝霞, 王守相. 微网中分布式电源逆变器的多环反馈控制策略[J]. 电工技术学报, 2009, 24(02): 100-107. [63]张莹, 孟润泉, 王子昂等. 一种基于一致性算法的改进下垂控制策略[J]. 电力系统保护与控制, 2021, 49(14): 104-111. [64]王成山. 微网分析与仿真理论[M]. 北京: 科学出版社, 2013: 141-143. [65]范文超. 微电网保护策略研究[D]. 东南大学, 2019. [66]周石金, 何晋, 杨凡等. 基于改进电流相差保护的微电网保护方案[J/OL]. 电测与仪表: 1-7[2023-04-17]. [67]宋国兵, 李森, 康小宁, 周德生, 杨忠礼, 索南加乐. 一种新相模变换矩阵[J]. 电力系统自动化, 2007(14): 57-60. |
中图分类号: | TM773 |
开放日期: | 2023-06-14 |