分布式發(fā)電接入電網(wǎng)故障穿越控制及短路電流計算方法.pdf

1、分布式發(fā)電（DG）接入電網(wǎng)的短路計算是電力系統(tǒng)設備選型和保護整定的基礎。電網(wǎng)故障時 DG不脫網(wǎng)運行控制和保護決定了機組注入電網(wǎng)的短路電流大小及持續(xù)時間，而傳統(tǒng)等值電壓源模型未計及 DG不脫網(wǎng)運行特征，無法準確及精細化地計算 DG接入電網(wǎng)的短路電流。本文在國家自然科學基金（51277184）和國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）（2011AA05A107）的支持下，系統(tǒng)地開展了定速感應發(fā)電機、逆變型分布式電源和雙饋感應發(fā)電機的故障穿越特性

2、、控制方案的研究，建立了計及故障穿越（不脫網(wǎng)運行）特征的 DG接入電網(wǎng)短路計算模型，提出了迭代及實用計算方法。論文主要工作如下：
　　①針對電網(wǎng)故障中感應發(fā)電機不脫網(wǎng)運行的暫態(tài)失穩(wěn)過程，建立一種確定多臺感應發(fā)電機臨界轉速及切除時間的方法；結合電網(wǎng)發(fā)生短路故障后感應發(fā)電機定、轉子繞組的磁鏈以及轉子轉速動態(tài)過程，推導其電流解析式以形成感應發(fā)電機短路電流計算模型。在單臺感應發(fā)電機穩(wěn)定判別基礎上，定義多感應發(fā)電機暫態(tài)穩(wěn)定域和臨界切除時間；

3、根據(jù)改進的感應發(fā)電機靜態(tài)等效電路，以及故障后電網(wǎng)的網(wǎng)絡約束和轉速增量的估算，建立確定多臺機組接入電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定解析方法；研究不對稱故障時發(fā)電機定子、轉子磁鏈的關聯(lián)性，形成由發(fā)電機端電壓決定的電流源模型以獲得感應發(fā)電機的短路電流，分析轉速變化時和不同并網(wǎng)規(guī)模下多機系統(tǒng)的故障特性，探索多感應發(fā)電機故障輸出電流與電網(wǎng)的交互作用。
　　②分析電網(wǎng)不對稱故障下電流控制逆變型分布式電源的瞬時功率特性，提出電流控制逆變型分布式電源不脫網(wǎng)運行的改

4、進功率控制，在此基礎上，建立短路計算模型以確定其短路電流。推導電網(wǎng)故障擾動下逆變型分布式電源的電流總諧波畸變率、相電流峰值、直流電壓波動與指令電流調節(jié)系數(shù)的解析式，考慮前述約束提出機組不脫網(wǎng)運行的改進功率控制策略；對比采用無差拍、比例積分和比例諧振電流控制時逆變型分布式電源的短路電流差異，建立無差拍電流控制的逆變型分布式電源短路計算模型；利用閉環(huán)傳遞函數(shù)等值，建立比例積分和比例諧振電流控制的逆變型分布式電源短路計算模型。
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5、導電網(wǎng)不對稱故障時電壓控制逆變型分布式電源的電壓輸出特性，設計逆變型分布式電源不脫網(wǎng)運行的電壓控制內環(huán)改進方案，建立電壓控制逆變型分布式電源的短路計算模型。研究電壓控制逆變型分布式電源的下垂控制以及考慮線路阻抗不匹配的改進方案，通過引入負序和三次諧波電壓控制環(huán)節(jié)，設計逆變型分布式電源不脫網(wǎng)運行的電壓控制內環(huán)改進方案；根據(jù)電壓控制逆變型分布式電源的故障響應特性，分析電網(wǎng)不對稱故障時逆變型分布式電源輸出功率與正負序網(wǎng)功率的耦合關系，建立電壓

6、控制逆變型分布式電源的短路計算模型。
　?、芡茖щ娋W(wǎng)不對稱故障下雙饋感應發(fā)電機不脫網(wǎng)運行的轉子三相電流指令值的通用計算式，設計雙饋感應發(fā)電機的不脫網(wǎng)運行靈活功率控制策略，針對撬棒投入和未投入時雙饋感應發(fā)電機的暫態(tài)特性差異，建立雙饋感應發(fā)電機的短路計算模型。以有功和無功功率波動設定值為目標，計及轉子電流峰值限制設計雙饋感應發(fā)電機不脫網(wǎng)運行的靈活功率控制策略；針對撬棒投入和未投入時雙饋感應發(fā)電機的暫態(tài)特性差異，以轉子電流峰值為轉子撬棒

7、投入的判據(jù)，分析撬棒動作與故障后雙饋感應發(fā)電機端電壓的關系；考慮轉子勵磁調節(jié)和撬棒電阻動作延時，分別針對電網(wǎng)三相短路和不對稱短路兩種故障情況，建立雙饋感應發(fā)電機的短路計算模型。
　　⑤在前述不同類型DG短路計算模型基礎上，建立基于DG短路電流解析的多DG接入電網(wǎng)短路計算統(tǒng)一數(shù)學模型，研究采用節(jié)點分裂的多DG系統(tǒng)的短路電流迭代求解方法。通過比較不同容量DG系統(tǒng)的故障電流響應特性，揭示DG短路電流與電網(wǎng)以及自身不脫網(wǎng)運行持續(xù)時間的關系

8、；針對多DG接入不平衡配電網(wǎng)，提出計及不脫網(wǎng)運行控制和時序的多 DG電網(wǎng)短路電流的對稱分量迭代算法。通過多感應發(fā)電機、逆變型分布式電源系統(tǒng)的算例測試，利用PSCAD/EMTDC軟件仿真驗證該短路電流迭代算法的正確性。
　?、逓榱双@得滿足工程應用的短路電流實用算法，將短路電流周期分量的運算曲線法擴展至運算曲面；分析常規(guī)電源對DG的電壓支撐作用，將DG接入點以外的系統(tǒng)進行戴維南等值，利用 DG短路電流周期分量與計算阻抗、開路電壓的關系