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分布式发电系统接地保护与无功补偿技术研究

作　者: 夏云峰
导　师: 曾祥君
学　校: 长沙理工大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 分布式发电系统 单相接地保护 发电机定子接地保护 风力发电 无功优化补偿
分类号: TM862
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 442次
引　用: 2次
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内容摘要


小水电和风力发电是重要的分布式发电(Distributed Generation,DG)技术,近年来发展迅速。配电网接入DG后,其结构和故障后的故障电流及电压分布发生改变。小水电一般采用多台发电机并列运行;定子绕组单相接地故障是发电机最常见的故障类型,现有保护方法难以有选择性地检测故障点位置,判断故障发电机。风电场一般处于比较薄弱的电网末端,有功出力随风速随机变化,输电电缆和输变电设备消耗的无功功率也随之变化,影响风电场和互联电网的无功潮流和电压稳定。论文研究了分布式发电系统接地保护与无功补偿技术。针对配电网接入DG后的单相接地保护问题,通过分析接入DG的配电网各相电流故障分量特征,提出了基于对地计算电阻的单相接地保护方法,由故障相电压和相间差电流故障分量计算接地故障电阻。EMTP仿真分析结果表明该保护方法不受中性点接地方式和DG容量及接入位置的影响,具有较高的保护精度,灵敏度和鲁棒性。针对并列运行发电机定子单相接地保护问题,利用对地泄漏电流的基波和三次谐波故障分量相间差检测故障点,判断故障发电机,实现100%定子接地保护。EMTP仿真分析表明该保护方法适用于各种中性点接地方式且不受发电机运行工况影响,具有灵敏度高和鲁棒性强等优点。针对风电场无功-电压稳定问题,建立风电场多目标无功优化补偿模型,提出适用风电场内部电网的潮流计算方法,利用模态电压法确定风电场无功补偿点,运用改进遗传算法求解无功优化补偿模型,确定各补偿点最优补偿容量。理论分析和MATLAB仿真计算表明无功优化补偿模型及其求解模式的合理性和正确性。该无功补偿技术在合理的投资范围内降低了风电场网损,提高了风电场电压稳定水平。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 课题的目的和意义  11-12
  1.2 DG 并网情况下配电网接地保护的国内外研究现状  12-13
    1.2.1 现有配电网单相接地保护研究现状  12-13
    1.2.2 DG 并网情况下配电网接地保护方法研究现状  13
  1.3 发电机定子绕组单相接地保护的国内外研究现状  13-14
    1.3.1 基于稳态量的定子单相接地保护研究状况  13-14
    1.3.2 基于暂态量的定子单相接地保护研究状况  14
  1.4 风电场无功优化补偿的国内外研究现状  14-19
    1.4.1 风电场无功补偿装置研究现状  14-16
    1.4.2 风电场无功补偿方式研究现状  16-17
    1.4.3 风电场无功优化补偿算法研究现状  17-19
  1.5 本文研究的主要内容  19-21
第二章 DG 并网情况下配电网单相接地保护研究  21-34
  2.1 DG 并网情况下配电网单相接地线路相电流故障分量特点  21-23
  2.2 DG 并网情况下配电网单相接地保护原理  23-25
    2.2.1 保护启动  24
    2.2.2 保护判据  24-25
  2.3 仿真分析  25-29
  2.4 保护原理的可行性分析  29
  2.5 保护原理的实现  29-33
    2.5.1 保护装置的硬件设计  30-31
    2.5.2 保护软件实现  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章 基于电流故障分量的发电机定子接地保护研究  34-49
  3.1 对地泄漏电流基波故障分量分析  34-36
    3.1.1 外部故障时对地泄漏电流基波故障分量分析  34-35
    3.1.2 内部故障时对地泄漏电流基波故障分量分析  35-36
  3.2 对地泄漏电流三次谐波故障分量分析  36-39
    3.2.1 外部故障时对地泄漏电流三次谐波故障分量分析  37-38
    3.2.2 内部故障时对地泄漏电流三次谐波故障分量分析  38-39
  3.3 对地泄漏电流故障分量定子接地保护原理  39-40
    3.3.1 保护启动  39
    3.3.2 保护判据  39-40
    3.3.3 保护实现  40
  3.4 仿真及动作特性分析  40-48
  3.5 基于电流故障分量的发电机定子接地保护可行性分析  48
  3.6 本章小结  48-49
第四章 基于改进遗传算法的风电场无功优化补偿研究  49-68
  4.1 风电场数学模型  49-52
    4.1.1 风速模型  49-50
    4.1.2 风力机模型  50-51
    4.1.3 异步发电机模型  51
    4.1.4 变压器模型  51-52
    4.1.5 线路模型  52
  4.2 风电场内部潮流计算  52-53
  4.3 基于模态分析的风电场内部网络无功补偿点的确定  53-55
  4.4 风电场多目标无功优化补偿模型  55-57
    4.4.1 目标函数  55-56
    4.4.2 约束条件  56
    4.4.3 风电场多目标无功优化补偿模型转化为单目标模型  56-57
  4.5 基于风电场无功优化补偿的改进遗传算法  57-61
    4.5.1 利用灾变调整遗传算法的种群规模  57-58
    4.5.3 优化编码方式，采用十进制编码  58-60
    4.5.4 随机数发生器生成初始解群  60
    4.5.5 设置保留算子  60
    4.5.6 采用变化的交叉率和变异率  60-61
    4.5.7 适应值的计算  61
    4.5.8 用遗传算法进行风电场无功优化补偿模型求解的步骤  61
  4.6 风电场无功优化补偿算例  61-67
  4.7 本章小结  67-68
第五章 全文总结及展望  68-70
  5.1 全文总结  68
  5.2 展望  68-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
附录 攻读学位期间发表的论文及获得的成果  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 高电压技术 > 过电压及其防护 > 过电压保护装置
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