發(fā)布時間：2020-08-24 09:21

【摘要】：隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展,傳統(tǒng)交流電網(wǎng)難以滿足可再生能源的接入要求與用戶對更高電能質(zhì)量的需求。低壓直流微電網(wǎng)由于能更好地兼容分布式能源、具有更好的供電質(zhì)量及更低的傳輸損耗等優(yōu)點(diǎn)獲得了研究學(xué)者們的關(guān)注。低壓直流微電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)作為低壓微電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),其發(fā)展一直受到缺乏實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和直流系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備落后等原因的制約。故障特性分析是保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)和重要前提�，F(xiàn)有的直流保護(hù)研究大多針對高壓直流輸電等應(yīng)用場合,而低壓直流微電網(wǎng)則缺乏相應(yīng)的故障特性研究及故障保護(hù)方案及設(shè)備�；诖�,本文以低壓直流微電網(wǎng)為研究對象,分析了典型故障的過程及特性,針對極間短路故障設(shè)計了基于碳化硅(Silicon Carbide,SiC)結(jié)型場效應(yīng)管(Junction Field Effect Transistor,JFET)的新型固態(tài)直流斷路器,針對單極接地故障提出了基于小波變換(Wavelet Transformation,WT)的故障定位方法。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)針對低壓直流微電網(wǎng)缺乏故障特性研究的問題,通過理論分析及故障仿真探究其典型故障的特點(diǎn)。首先,對極間短路故障和單極接地故障的過程及特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,深入探討了故障暫態(tài)時經(jīng)歷的不同階段,在Matlab/Simulink中搭建了直流微電網(wǎng)模型進(jìn)行故障仿真;根據(jù)理論分析和仿真結(jié)果,提出了低壓直流微電網(wǎng)故障及保護(hù)的特殊性,為設(shè)計低壓直流微電網(wǎng)保護(hù)方案提供了理論基礎(chǔ)。(2)基于低壓直流微電網(wǎng)極間短路故障的特殊性和直流系統(tǒng)缺乏有效斷路設(shè)備的現(xiàn)狀,提出了基于耗盡型SiC JFET的新型固態(tài)直流斷路器,該斷路器具有快速分?jǐn)�、控制簡單等突出�?yōu)點(diǎn)。首先,對新型直流斷路器的拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計,介紹其工作原理并進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計了斷路器上下游之間的配合實(shí)現(xiàn)方案;在PLECS中搭建了斷路器仿真模型進(jìn)行仿真,并制作斷路器樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了所提新型固態(tài)直流斷路器的有效性。(3)針對低壓直流微電網(wǎng)單極接地故障定位困難的問題,提出了一種基于小波變換的單極接地故障定位方法。首先,基于單極接地故障發(fā)生時系統(tǒng)對地電容的放電現(xiàn)象,提出以暫態(tài)共模電流(Common Mode Current)作為接地故障定位的原始信號;然后選取合適的小波函數(shù)對原始信號進(jìn)行小波分解提取故障特征量,并設(shè)定合適的判據(jù)以區(qū)分不同的接地故障點(diǎn);最后,提出了該接地故障定位方法的算法流程并通過修改接地電阻對方法進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM721.1
【圖文】：

Fig.2.9 Equivalent circuit of single-pole to ground fault during steady stage2.3.3 典型故障仿真及結(jié)果分析為了驗(yàn)證前節(jié)的理論推導(dǎo)過程，本文在 Matlab/Simulink 仿真軟件中搭建了詳細(xì)的直流微電網(wǎng)線路故障仿真模型，其主電路結(jié)構(gòu)如圖 2.10 所示，圖 2.11 中展示了 VSC 變流器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中交流電源電壓有效值為 230V，頻率為 60Hz，交流線路等效電阻為 0.2 ，等效電抗為 2mH；直流側(cè)母線電壓為 340V，直流線路等效電阻為 0.1 ，等效電抗為 0.6mH，由于變流器直流側(cè)出口處并聯(lián)有較大的穩(wěn)壓電容，因此忽略直流線路的對地電容；VSC 變流器采用基于 PI 反饋的電壓、電流雙閉環(huán)控制。為簡化分析，直流系統(tǒng)使用阻值為 10 的電阻進(jìn)行等效，即直流系統(tǒng)正常運(yùn)行電流為 34A，功率為 11.56kW。在 VSC 變流器直流側(cè)分別設(shè)置了極間短路故障和單極接地故障，故障設(shè)置在仿真開始后 4s，此時系統(tǒng)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。如前文所述，為了簡化故障分析過程，不考慮 VSC 變流器自身過電流等保護(hù)，認(rèn)為在直流線路發(fā)生故障時變流器中所有的 IGBT 瞬間閉鎖。

圖 2.11 Matlab/Simulink 中直流微電網(wǎng)線路故障仿真模型控制部分Fig.2.11 Control system of DC microgrid line faults simulation model in Matlab/Simulink① 極間短路故障仿真結(jié)果及分析極間短路故障電阻 Rf的阻值為 0.01 。圖 2.12 是極間短路故障出現(xiàn)后直流線路的電壓和電流波形。從仿真結(jié)果中可以看出，系統(tǒng)首先處于正常工作狀態(tài)，直流線路電壓為 340V，電流 idc為 34A；在故障發(fā)生后首先進(jìn)入穩(wěn)壓電容放電階段，帶內(nèi)容快速放電導(dǎo)致直流線路電壓 udc快速下降，idc快速上升。通過前節(jié)中推導(dǎo)的電容放電階段電流電壓表達(dá)式(2.10)和(2.11)可以計算得出在故障發(fā)生后 0.001s 時，直流線路電壓 udc為 167.36V，電流 idc為 1509.21A；仿真中得到的 udc為 163V，idc為 1503A，計算結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。同時，在此階段故障電流峰值為 1514A，約為正常工作時的 50 倍。

要短路故障保護(hù)設(shè)備。密爾沃基直流社區(qū)微電網(wǎng)中包含 12 棟建筑，其中 1 棟公寓樓，5 棟私人家庭住宅以及 6 個車庫，其結(jié)構(gòu)如圖 3.13 所示。該直流微網(wǎng)中每個車庫和公寓樓的屋頂都裝有太陽能電池板，并且車庫內(nèi)裝有電池儲能單元以保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。直流微電網(wǎng)通過可以雙向流動的并網(wǎng)逆變器與 230V 交流電網(wǎng)進(jìn)行連接。該直流社區(qū)微電網(wǎng)的直流母線額定電壓為 340V，各建筑之間通過地下電纜進(jìn)行連接，其中公寓樓和其所帶車庫中安裝了為電網(wǎng)能量管理系統(tǒng) MEMS（Microgrid EnergyManagementSystem），作為直流微電網(wǎng)的主要控制單元；居民住宅中裝有家庭能量管理系統(tǒng) HEMS（Home Energy Management System）來幫助用戶監(jiān)測并管理家中用電情況。此外，家庭住宅中還額外安裝了終端變流器 PLC（Point of LoadConverter），能夠?yàn)橛脩籼峁╇妷簽?12V、24V 和 48V 的直流輸出，滿足用戶對各種電壓等級的電子設(shè)備的使用需求。文獻(xiàn)[80-82]中對該直流社區(qū)微電網(wǎng)的詳細(xì)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹及論證，本文中便不再一一贅述。3.4.2 仿真模型搭建

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉路輝;莊勁武;王晨;江壯賢;;燃弧時間對混合型直流真空斷路器分?jǐn)嗵匦缘挠绊慬J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年24期

2 周龍;齊智平;;微電網(wǎng)保護(hù)研究綜述[J];電力系統(tǒng)保護(hù)與控制;2015年13期

3 李智誠;和敬涵;王小君;Tony Yip;;直流微電網(wǎng)的故障分析與保護(hù)配置研究[J];北京交通大學(xué)學(xué)報;2015年02期

4 張明達(dá);;變電站直流系統(tǒng)接地故障及環(huán)網(wǎng)危害分析處理研究[J];山東工業(yè)技術(shù);2015年01期

5 薛士敏;陳超超;金毅;蘇劍;韋濤;賀家李;王瑩;;直流配電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)研究綜述[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2014年19期

6 胡競競;徐習(xí)東;裘鵬;陸翌;黃曉明;;直流配電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)研究綜述[J];電網(wǎng)技術(shù);2014年04期

7 趙斌;秦海鴻;馬策宇;袁源;鐘志遠(yuǎn);;SiC功率器件的開關(guān)特性探究[J];電工電能新技術(shù);2014年03期

8 吳錫斌;;直流微電網(wǎng)技術(shù)概述[J];中國科技信息;2013年18期

9 雍靜;徐欣;曾禮強(qiáng);李露露;;低壓直流供電系統(tǒng)研究綜述[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2013年07期

10 盧繼平;徐兵;;基于小波包能量相對熵的配電網(wǎng)單相接地故障區(qū)段定位[J];電力系統(tǒng)保護(hù)與控制;2012年20期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 黃文燾;微電網(wǎng)保護(hù)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 程璞;基于粒子群算法的配電網(wǎng)故障定位研究[D];安徽理工大學(xué);2017年

2 熊正斌;1.2kV碳化硅器件開關(guān)性能比較與應(yīng)用研究[D];湖南大學(xué);2016年

3 陳可;限流式混合直流斷路器優(yōu)化設(shè)計及樣機(jī)研究[D];浙江大學(xué);2016年

4 高一波;直流配電系統(tǒng)接地故障分析與接地方式研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 胡競競;直流配電系統(tǒng)故障分析與保護(hù)技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2014年

6 林園園;微電網(wǎng)并網(wǎng)換流器和直流微網(wǎng)控制的研究[D];山東大學(xué);2011年

7 任曉棟;基于小波變換的直流系統(tǒng)接地故障檢測方法研究[D];天津大學(xué);2004年

8 車偉;基于小波分析的小電流接地系統(tǒng)單相接地故障定位研究[D];河海大學(xué);2003年

本文編號：2802278