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面向智能配电网的快速故障检测与隔离技术研究

作　者: 康文文
导　师: 赵建国
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 分布式发电故障检测与隔离纵联保护功率方向元件光纤通信
分类号: TM773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

智能配电网发展的目标之一就是解决大量分散的分布式电源(Distributed Generation, DG)在配电网中的运行问题。为提高分布式电源运行的安全性和可靠性,一般都将其并入电网运行。为充分发挥系统故障时DG对重要负荷供电的支持作用,故障时不再使所有DG退出运行,而是允许DG带一部分负荷继续运行。这样传统的配电网将由单电源辐射型结构变为多电源结构,致使传统配电系统中保护设备之间建立起来的配合关系被打破,保护的动作行为和性能都将受到较大的影响。可能会出现内部故障灵敏度降低、缓动或拒动、外部故障误动以及动作次序混乱等严重情况,无法起到应有的保护作用。因此开展面向智能配电网的继电保护问题研究,在分析智能配电网对继电保护功能要求的基础上,研究相应的保护原理,提出相应的保护算法是十分必要的,对于智能配电网的发展有着重要的意义。本文在总结和借鉴前人研究工作的基础上,面向智能配电网,提出了一种“主从式”变电站级区域纵联比较保护方案。该方案以包含DG在内的变电站及所有馈出线为保护区域,在变电站中设置一个站级保护主机,在具有切断短路电流能力的开关处均安装保护从机,从机借助光纤通信通道与主机实现快速可靠的信息交互。在配网系统发生故障时,保护从机基于本地电气量信息计算安装点处的故障方向,保护主机依靠通信系统完成对故障方向信息的收集,并通过故障检测与隔离算法对所收集的信息进行运算处理,判断出故障区段和需要跳开的开关信息,向对应的保护从机下发跳闸指令,最终完成故障的隔离。其中,故障方向检测元件的性能验证、故障检测与隔离算法的研究、故障检测与隔离功能软件的开发和通信系统的搭建及其性能测试是主从式区域纵联保护系统的关键技术,也是本文的主要研究内容。为验证区域纵联保护系统中方向检测元件的性能,采用DIgSILENT软件进行了建模仿真。其中,分布式电源模型采用风电机组模拟,需要验证的故障方向元件采用90。接线的相位比较式和正序故障分量两种方向元件。对系统发生短路故障的情况进行仿真分析,得到网络各节点线电压和相应支路的相电流数据,通过Matlab编程对数据进行处理和计算,验证方向元件在系统各种故障条件下是否能准确、可靠的判断出故障方向。由于分布式电源接入配网后,改变了配网原有的短路电流流向,使原有的故障检测和隔离算法不再适用。针对包含分布式电源的智能配电网,提出了一种基于故障过流信息和故障方向信息的故障检测和隔离算法。对网络结构改变、通信系统故障和故障测量点信息错误或丢失的情况,提出了相应的修正算法,使算法具有了更好的适用性。该算法不仅适用于包含DG的网络,同时也适用于传统配网,有效解决了原有算法的局限性。依据研究算法,开发了一套用于主机的面向智能配电网的故障检测及隔离系统软件。该软件以VS.NET为开发平台,引入了SQL Server数据库系统,采用了面向对象的编程设计思想。程序可实现故障模拟、故障结果查询和主机与从机通信等功能。为保证故障处理时,保护主机和从机间可靠的通信,本文基于单模光纤通信系统搭建了通信平台,保证了系统通信的快速实现。并通过搭建现场实验平台和制定相应的测试方案,对整套系统进行了测试,验证了主从式区域纵联方案在分布式电源接入后实现正确、快速的配网故障检测与隔离的可行性,同时也验证了本文所提故障检测及隔离算法在包含DG配网中的实用性。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 本文所做的主要工作  15-17
第二章智能配电网快速故障检测和隔离原理  17-43
  2.1 区域纵联保护原理  17-22
    2.1.1 区域纵联保护原理的研究背景  17-18
    2.1.2 区域纵联保护基本原理  18-20
    2.1.3 具体工作流程  20-22
  2.2 故障方向元件  22-24
    2.2.1 故障正方向定义  22
    2.2.2 故障方向元件  22-24
  2.3 方向元件性能仿真分析  24-42
    2.3.1 DIgSILENT软件简介  24-26
    2.3.2 仿真模型  26-29
    2.3.3 方向元件仿真结果分析  29-42
  2.4 本章小结  42-43
第三章快速故障检测及隔离算法  43-53
  3.1 故障检测及隔离算法  43-46
    3.1.1 故障检测算法  43-45
    3.1.2 故障隔离算法  45-46
  3.2 考虑网络拓扑结构变化的修正算法  46-48
    3.2.1 切除线路导致网络结构改变时算法的修正  47-48
    3.2.2 增加部分线路导致网络结构改变时算法的修正  48
  3.3 算法的容错性能  48-50
    3.3.1 故障信息出错时的容错方法  49-50
    3.3.2 故障信息缺失时的容错方法  50
  3.4 本章小结  50-53
第四章通信系统及性能测试  53-67
  4.1 通信系统构建  53-59
    4.1.1 光纤通信系统基本构成  53-54
    4.1.2 组网方式  54-56
    4.1.3 通信系统具体配置  56-58
    4.1.4 通信性能  58-59
  4.2 通信系统性能测试  59-64
    4.2.1 测试内容  60
    4.2.2 测试方案  60-62
    4.2.3 测试结果分析  62-64
  4.3 本章小结  64-67
第五章面向智能配电网的故障检测及隔离系统软件设计  67-79
  5.1 系统总体设计与系统构建  67-68
  5.2 软件功能介绍  68-78
    5.2.1 登陆  68-70
    5.2.2 基本信息管理  70-71
    5.2.3 故障模拟  71-76
    5.2.4 故障结果查询  76-78
  5.3 本章小结  78-79
第六章结论与展望  79-81
参考文献  81-87
致谢  87-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-89
学位论文评阅及答辩情况表  89

面向智能配电网的快速故障检测与隔离技术研究

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