風電直流微網(wǎng)的控制與保護技術(shù)研究.pdf

1、對于以可再生能源發(fā)電為主的微網(wǎng)系統(tǒng)，直流微網(wǎng)以其顯著優(yōu)勢成為微網(wǎng)技術(shù)新的研究方向。論文以風電直流微網(wǎng)為研究對象，首先提出電壓分層協(xié)調(diào)控制策略以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。該控制策略根據(jù)直流電壓的變化量來使各端變流器自動對直流電壓進行調(diào)節(jié)。然后根據(jù)交流主網(wǎng)故障下直流微網(wǎng)的運行特性，提出直流微網(wǎng)在不同工作條件下的交流故障穿越控制方案。最后根據(jù)直流短路故障下電壓源變流器及直流微網(wǎng)系統(tǒng)的故障特性，提出電流差動保護作為主保護的直流故障保護方案。充分利用各端

2、直流電流特性，確保短路故障時保護系統(tǒng)能夠根據(jù)線路差動電流值做出快速響應，從而實現(xiàn)了直流微網(wǎng)系統(tǒng)的直流短路故障保護。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.提出風電直流微網(wǎng)的三種運行模式，為風電直流微網(wǎng)的整體協(xié)調(diào)控制策略的研究奠定基礎(chǔ)。分析直流微網(wǎng)的典型構(gòu)成及各單元功能，并在此基礎(chǔ)上研究永磁風電機組、蓄電池儲能單元、聯(lián)網(wǎng)變流器以及交直流負荷的數(shù)學模型，并進一步分析各單元的控制策略。
　　2.提出適用于直流微網(wǎng)的直流電壓分

3、層協(xié)調(diào)控制策略，以確保在風速或負荷變化等各種工作狀態(tài)下風電直流微網(wǎng)的穩(wěn)定運行。分析直流電壓下垂控制的基本工作原理，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)風電直流微網(wǎng)的組成結(jié)構(gòu)、運行模式和工作特點以及直流電壓的工作范圍，提出直流電壓分層協(xié)調(diào)控制策略，并分析各層控制下各端變流器的控制方法，使聯(lián)網(wǎng)變流器、儲能系統(tǒng)、風力發(fā)電機組和負荷都參與到系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中，并根據(jù)它們的優(yōu)先級別實現(xiàn)對直流電壓的自動調(diào)節(jié)，滿足直流微網(wǎng)在不同工況下的運行要求。該方法不依賴于通訊，控制系

4、統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活可靠。
　　3.提出交流故障下直流微網(wǎng)內(nèi)有功剩余和有功不足兩種工作條件下系統(tǒng)的故障穿越控制方案。在分析交流主網(wǎng)故障擾動對直流微網(wǎng)系統(tǒng)運行的影響和工作特性的基礎(chǔ)上，以直流電壓的迅速抬升或下降作為交流主網(wǎng)故障的判據(jù)，提出直流微網(wǎng)的交流故障穿越控制方案，充分發(fā)揮系統(tǒng)多個直流端的有功調(diào)節(jié)優(yōu)勢，尤其是儲能系統(tǒng)和風電機組。通過合理調(diào)節(jié)故障擾動后蓄電池的充放電電流和風電機組的有功輸出可有效緩解直流微網(wǎng)系統(tǒng)的不平衡功率，使風電

5、直流微網(wǎng)在交流主網(wǎng)故障時具備更強的穿越能力。
　　4.提出環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)的風電直流微網(wǎng)的直流輸電線路雙極短路故障的保護方案。對比分析風電直流微網(wǎng)的三種拓撲結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提出直流微網(wǎng)的一種通用拓撲結(jié)構(gòu);分析電壓源變流器和直流微網(wǎng)系統(tǒng)在直流線路短路故障時的暫態(tài)特性，提取短路電流故障特征，得出電路參數(shù)與故障電流及反并聯(lián)二極管過流時間的定性關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)的電壓電流故障特性提出以電流差動保護作為主保護、欠電壓保護作為后備保護的保護方案，以快