微電網故障分析及保護配置開題報告

1、某某 大 學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告課題名稱：微電網保護開題 學院（系）： 年級專業(yè)： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 一、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義如今化石能源逐漸枯竭及環(huán)境污染問題也日趨嚴重，尋找新的能源問題已經成為無可阻擋的事實。就電力行業(yè)而言，隨著國家電網公司關于做好分布式電源并網服務工作的意見的發(fā)布，分布式發(fā)電相關政策密集出臺1。分布式發(fā)電具有投資省、發(fā)電方式靈活且不污染環(huán)境等優(yōu)點，然而分布式電源( Distributed Generation，DG) 具有間歇性、隨機性等特點，大量并網將會給電網帶來諸多不利影響3。微電網是一種將分布式電源、負荷、儲能裝置

2、、變流器以及監(jiān)控保護裝置有機整合在一起的小型發(fā)配電系統。憑借微電網的運行控制和能量管理等關鍵技術，可以實現其并網或孤島運行、降低間歇性分布式電源給配電網帶來的不利影響13。但微電網的不斷接入極大地改變了原來配電網的結構，必須對微電網的電能質量、控制方式以及保護方法等諸多問題進行深入研究。國內關于微電網保護的研究對于微電網的保護系統來說，其在并網和孤島兩種不同運行模式下故障電流存在巨大差異，這已成為保護整定和配置的一個難題。為此，有必要針對不同運行模式下的微電網開展精確的故障分析，從而為建立完整的微電網繼電保護系統提供基礎6。 目前國內對于微電網研究主要有以下幾個方面11：1.在微電網并網模式和

3、孤島模式中采用相同的保護策略，通過相鄰保護單元之間相互交換帶方向的故障信息，確定故障范圍，快速動作切除故障。2.對配電網中常見的反時限過電流保護原理進行改進，在故障判據中加入低電壓加速動作因子，實現無需借助通信的低電壓反時限過電流微電網保護。3.提出開發(fā)智能繼電器測量線路兩端的同步信息，實現微電網線路的差動保護。4.設計了一種以工業(yè)控制計算機為核心的微電網保護系統，保護方案為利用采集到的電壓參數和故障方向信息進行矩陣運算，通過運算結果判定并隔離故障區(qū)域。 5.采用以樹圖描述微電網的思想，將斷路器看作圖的邊，以網絡化數字保護為手段，提出了基于圖模型的微電網邊方向變化量矩陣保護算法。6.針對微電網

4、外部故障時正序分量、負序分量和零序分量關系實現故障選相，提出了基于故障分量和 dq 變換的微電網單相接地故障識別方案。7.從微電網作為一個小型發(fā)、配電系統的角度出發(fā)，提出了將微電網進行分級或分區(qū)保護的方案。8.以連接有 DG 和負荷的母線為分區(qū)依據，建立微電網的二叉樹模型，同時引入功率不平衡度的概念，形成故障決策樹實現微電網的分區(qū)保護。國外關于微電網的研究1.提出在不需要大規(guī)模改造配電網保護裝置的前提下，通過改進保護裝置的性能實現微電網保護技術的提升。2.針對微電網并網運行和孤島運行的不同模式，通過改造相量測量單元( PMU) 等檢測裝置來更好地實現微電網的保護與控制14。3.通過隔離算法檢測

5、微電網的運行模式，提出針對不同模式適用不同保護算法的自適應保護原理。4.對饋線末端的繼電器增加通信模塊，通過對繼電器的改造解決繼電器之間的相互配合問題12。5.提出基于微電網中央保護單元的集中式系統保護方案。6.根據 IEC61850 通信協議的標準，提出在微電網中設立一個中央微電網保護單元實現全網的檢測與保護。7.根據微電網控制的需要，在每條饋線的終端廣泛設置微電網控制器(MC)，通過眾多的 MC 保護信息匯集到微電網中央控制器(MCC),將保護算法集成到 MCC 的保護模塊中實現微電網保護與控制的結合15。8.通過對分布于微電網中的眾多繼電器安裝通信裝置，實時監(jiān)測和更新流過繼電器的故障電流

6、信息，根據故障電流的變化確定微電網的故障區(qū)域。二、研究的基本內容，擬解決的主要問題此次對于微電網故障分析與保護裝置的研究主要內容包括：了解微電網結構及控制策略；建立微電網模型；分析微電網孤島和并網運行時的故障特性；微電網孤島運行時保護方案分析；微電網并網運行時保護方案分析；提出微電網在孤島運行和并網運行時均有效的保護方案。最終給出理論分析和Matlab仿真分析結果。對于此次項目最主要的問題有 2 點13:1. 如何提取故障特征;2. 在不同模式、不同故障點情況下，如何為微電網提供充分的保護。三、研究步驟、方法及措施 項目開始首先需要進行資料的查找，通過網絡、書籍、學術期刊等途徑了解當今的發(fā)展形

7、勢，以及面臨的問題并找出解決的突破口，掌握微電網結構及其故障電流特征，建立微電網模型。然后學習研究相關知識，對比各種不同的控制方法，選擇最優(yōu)的控制策略。由于在并網條件下，微電網內發(fā)生故障時的故障特性與傳統故障特性類似。但由于多分布式電源的存在，使得故障點存在雙端電源向故障點供電的情況，所以并網條件下保護配置方案應考慮短路電流方向及大小的改變。同時在并網條件下發(fā)生故障時，不論是微電網側還是配網側故障，都以斷開微電網為先，以避免由于微電網的加入使故障特性復雜化，影響重合閘的策略等。在孤島離網條件下，由于分布式電源的特殊性，其短路容量較小，當系統發(fā)生故障時，故障點的短路電流相對較小，對稱故障下保護安

8、裝處的相電壓跌落明顯，不對稱故障下保護安裝處測得的負序電壓和負序電流將會明顯增大。所以，在孤島條件下饋線上的保護配置必須做出相對調整。由于微電網在并網和孤島條件下不同的故障特性，微電網保護必須依據微電網運行狀態(tài)改變保護策略9。尋求微電網在孤島及并網等不同運行方式下的故障分析方法是很必要的，通過不同運行方式下的故障分析提出合理的孤島運行保護方案并分析，提出合理的并網運行保護方案并分析。最終通過對孤島和并網兩種不同的運行方式下的分析提出一種能夠在孤島與并網時均有效的保護方案，其中主要在以下幾個方面進行更系統、深入的探討：(1)微電網的繼電保護必需與其控制結合起來，通過研究微電網的運行特性、控制原理

9、以及對故障的響應特性來指導微電網繼電保護的研究。(2)無論是系統級保護還是單元級保護，都要求微電網各個單元之間能實現通信。必須尋求一種穩(wěn)定不易被干擾的通信和信號的處理方式。(3)微電網的保護要有系統性，單元級保護要求微電網孤網運行模式和并網運行模式下要有一致。不僅要保護微電網安全穩(wěn)定運行，還要盡可能減少微電網并網對公共電網的不利影響10。并最終通過Matlab進行仿真驗證其可行性。完成畢業(yè)設計論文。研究方法：文獻分析法、對比研究法、定性分析法、模擬法。四、研究工作進度 1-2周熟悉微電網研究背景、工作原理及保護目的；3-4周掌握微電網結構及故障電流特性完成開題報告；5-8周建立微電網模型，對孤

10、島及并網兩種不同的運行狀態(tài)提出不同的控制方法；9-11周根據不同的運行狀態(tài)及控制策略確定故障特性分析方法；12-13周設計能夠在孤島及并網兩種運行狀態(tài)下均符合的保護方法；14-15周進行Matlab仿真模擬，驗證保護方法；16-17周論文撰寫答辯準備。五、主要參考文獻 1 沈沉,吳翔宇,王志文.微電網實踐與發(fā)展思考J.電力系統保護與控制,2014,42(5):1-11.2 楊新法,蘇劍,呂志鵬.微電網技術綜述J.中國電機工程學報,2014,34(1):57-70.3 左文霞,李澍森,吳夕科.微電網技術及發(fā)展概括J.中國電力,2009,42(7):26-30.4 Mirsaeidi S, Sai

11、d D M, Wazir Mustafa M, et al. An analytical literature review of the available techniques for the protection of micro-gridsJ. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2014:300306.5 呂婷婷,段玉兵,龔宇雷.微電網故障暫態(tài)分析及抑制方法研究J.電力系統保護與控制,2011,39(2):102-107.6 曾德輝,潘國清,王鋼.含 V/f 控制 DG 的微電網故障分析方法J

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13、探討J.電力系統保護與控制,2010,38(18):204-209.11 牟龍華,姜斌,童榮斌.微電網繼電保護技術研究綜述J.電器與能效管理技術,2014，（12）:1-7.12 SORTOMME E,VENKATA,MITRA J D.Microgrid protection using communication-assited digital relaysJIEEE Transactions on Power Delivery，2010，25(4):2789-2796.13 李澍森.微電網核心技術體系研究J.電器與能效管理技術,2014,（10）:18-25.14 VENKATA S S,SORTOMME.Using advanced measurement systems for microgrid protectionCConference on innovative smart grid Technologies，201215 USTUN T S，OZANSOY C，ZAYEGH A.Fault current coefficient and time delay assignment for microgrid pr