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摘要因为能源危机和不断扩大电压等级的大电网的自身缺陷，利用新能源的分布式电源和微电网被广泛研究。论文首先介绍了几种热门的分布式电源和微电网的概念；接着分析了逆变器恒压恒频控制方式和恒功率控制方式的控制原理，理论研究了不同控制方式下的逆变型分布式电源，在单独为线路和负载供电时，发生故障后的输出特性；最后利用 MATLAB 的 simulink 对不同控制方式下的电源建模仿真，验证其控制策略的正确性，并建立微网简易模型，进行故障仿真，通过数据分析，综合单个分布式电源的故障特性的理论研究，验证了微电网在发生故障后的保护有其特殊性，不同于传统的配电网。在孤岛运行时，针对微网内部的保护，提出简要的保护策略。30921
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毕业论文关键词 分布式电源 微电网 逆变器控制策略 孤岛运行 故障分析 微网保护
Title Fault analysis of micro gridwith distributed generation
Abstract Because of energy crisis and the self detect of the large power system gridincreasingly expanding the voltage, the distributed generation taking advantageof the new energy resources and micro grid are widely studied. Firstly, This paperintroduces several popular distributed generation and the concept of micro grid.Secondly, this paper analyzes the inverter control principles of constant voltageconstant frequency control mode and constant power control mode and does thetheoretical research on the inverter-based distributed generation underdifferent control strategies. When they supply power for line and loadseparately, this paper finds the output characteristics after thefailure.Lastly,this paper uses MATLAB/Simulink to establish and simulate themodels of inverter-based distributed generation under different controlstrategies to verify the correctness of them, this paper also establishes a simplemodel of micro grid and takes a fault simulation,through data analysis and thetheoretical study on fault characteristics of single distributedgeneration,this paper confirms that the micro grid in the fault protection hasits particularity, is different from the traditional distribution network . Underthe islanding operation condition, for the protection inside the micro grid, thispaper puts forward briefly conservation strategies.
Keywords inverter-based distributed generation micro grid invertercontrol strategy islanding operation Fault analysis micro grid protection
目次
1绪论1
1.1研究的背景及意义1
1.2国内外研究现状3
1.3论文的主要工作4
2分布式电源与微电网5
2.1分布式电源5
2.2微电网6
2.3本章小结8
3分布式电源两种控制策略下故障后的输出特性9
3.1分布式电源接口技术9
3.2逆变型分布式电源的控制策略10
3.3逆变型分布式电源故障输出特性12
3.4本章小结20
4微网的故障仿真分析21
4.1逆变型分布式电源的建模21
4.2微网的建模与故障分析27
4.3微电网的保护35
4.4本章小结36
结论37
致谢38
参考文献39
1 绪论1.1 研究的背景及意义能源一直是保证、促进经济发展坚实的基础，化石能源，像天然气、石油、煤炭等等，它们的大批量使用，一度使得经济在快速的腾飞，可以说，是化石能源造就了当今经济，实现了当代社会的雏形。然而，由于过于追求经济的发展，人类对于能源的使用已经达到一种过度的状况，而且很多能源的利用率也不高，这便大大加快了能源的枯竭。有专家学者曾估算过现如今的能源储量，根据现在的能源储量以及人类消耗能源的速度，他们估算出石油储量可能会在2050 年左右面临枯竭；天然气储备估计会在 57 到 65 年内开采光；煤的储量估计还可以供给169 年；铀的开采预计可文持到 2030 年左右。从以上的种种论述可以看出，综合能源存储量、人类的使用速度以及能源使用率，一方面，在不远的将来，人类将面临矿物能源资源的枯竭；另一方面，由于能源的大量消耗，赖以生存的各种行业都会受到限制，经济必然出现问题，社会发展的制约也日益突出，对人们生活的自然环境的影响也越来越大。因此，为实现能源可持续的利用，为经济发展提供持续的动力，为社会稳定提供强有力的支撑，为人类提供最纯净的生活环境，调整产业结构、开发和利用清洁、环保的的可再生能源成为能源发展的必然选择。能源，有很多的分类方式，用的较多的方式是分为可以直接通过自然界得到的一次能源和可以经过一次能源转换得来的二次能源。电能，一直以来都是二次能源中较为重要的，早已成为当今社会最方便的能源。电能，虽然难以储存，但是优点很多，它可以较为方便的转化为其他形式的能源，如化学能、机械能、光能、热能等；其分配和输送易于实现；它的应用也灵活多变。因而，现在的各国都已经建立起各自的电力系统网络，以保证各自国家的电力供应，文系社会经济大发展。随着科学技术的进步和对电力需求的增长，要求输送功率更大、距离更远、供电更为可靠。于是，输电电压的等级就变得越来越高，这样的结果就是，原本分散在各地的局部电网会逐级的互联，不断提高输电电压等级，形成超高压甚至特高压的大电网，我想这也是各个国家的电力系统发展的主要趋势。随着电网的规模不断扩大，主干网架电压等级的不断提高，传输容量一直在增大，的确从一方面改善了我国分布不平衡的能源状况，但同时也凸显出传统大电网本身固有的缺陷。其中最为突出的便是大电网的运行成本高，运行可靠性差，抗干扰能力不足，历史上，出现过多次因电力系统中的一个小部件出现一个小的故障或者外部对电力网络产生了小小的干扰，导致了整个电力网络的瘫痪，造成严重的大规模停电事故，给国家带来了不可估量的损失。例如，2008年冬季，我国南方发生雪灾，大雪堆积过厚从而压坏了多条高压线路，导致多个省市停电[8]；2011年巴西的大规模停电事件，起因仅仅是 500KV变电站的一条出线与母线间的断路器失灵，导致保护装置误动，从而母线与线路保护均跳闸，检查故障时又因运行操作人员操作失误，线路重合闸的过程中又因为线路与备用母线间的断路器失灵造成保护装置误动，导致该变电站两条母线和三回 500KV 出线停运，而且又无法切换备用电源来使用，最终导致机组全部停运引发整个电力网络的瘫痪[5]；2012 年印度北部的一条400KV线路发生了短路故障，引起电压崩溃，最终造成大规模停电事故[5]。鉴于能源储量的短缺及其不当的使用而造成的环境污染和传统大电网自身的缺陷，都无不给当今社会经济的发展造成了巨大的影响。就在不断探索的过程中，小型低压电网的单独运行走进了大家的视线。可以成为集中式发电的传统大电网强有力的后备力量，以风力发电、地热发电、光伏电池发电、生物质能发电、海洋能发电、燃料电池发电等可再生能源发电为代表的分布式发电技术得以快速发展，该技术利用的是清洁能源，因而具有高可靠性、少污染和能源利用率高等方面的优点，高效地解决了部分大电网潜在的问题[2]。然而，分布式电源存在输出功率有较大的波动性、调控难度大等固有缺陷，其容量的不同以及大量的接入给传统大型电网的潮流、电能质量、供电可靠性和继电保护产生了诸多不利影响。近年来，分布式发电技术得到日益广泛的应用，其系统控制技术也趋向成熟，微电网的概念应运而生[7]。微电网能够有效的解决传统的分布式电源并网问题，微电网能对分布式发电进行有效的整合以及灵便的控制。美国的CERTS 提出了微网的概念，将负荷、分布式电源、控制装置、储能元件等形成小型的低压电力网络， 既能并网运行， 也能脱离大电网独自运行 （即孤岛运行） ，形成了“即插即用”和“对等”的设计理念和控制思想[8]。