微電網的故障定位及其安全性分析

1、國內圖書分類號： 工學碩士學位論文 微電網的故障定位及其平安生分析 碩士研究生：霍光 導 師：韋琦 申請學位級別：工學碩士 學科、專業(yè)：信號與信息處理 所在單位：電氣與電子工程學院 辯論日期：年月 授予學位單位：哈爾濱理工大學 ： ： ： ： ： ： ， ： 哈爾濱理工大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文?微電網的故障定位及其平安性分析?，是本人在導師指導下，在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除已注明局部外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文研究工作做出奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結果

2、將完全由本人承當。 作者張嚯幻 日期弓年月戶 哈爾濱理工大學碩士學位論文使用授權書 ?微電網的故障定位及其平安性分析?。系本人在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間在導師指導下完成的碩士學位論文。本論文的研究成果歸哈爾濱理工大學所有，本論文的研究內容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了解哈爾濱理工大學關于保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保存并向有關部門提交論文和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權哈爾濱理工大學可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文，可以公布論文的全部或局部內容。 本學位論文屬于 保密口， 在 年解密后適用授權書。 不保密回。 請在以上相應方框內打 作者簽名： 書扎 日期：

3、虜年 月 夕日 導師簽名牛嘭 日期弓年·鄉(xiāng)月日 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 微電網的故障定位及其平安性分析 摘 要 過去數(shù)十年里，大電網通過其優(yōu)勢得到快速的開展，但是集中式供電的特點導致其弊端日益明顯，難以滿足用戶的平安性和可靠性的要求。近年來，高效環(huán)保的分布式發(fā)電技術獲得了迅速的開展。小容量分布式電源構成的微電網的研究成為一個熱點。微電網既可與大電網并網運行，也可在大電網故障時與主網斷開單獨運行。微電網的開展將提高電力系統(tǒng)的可靠性，自身的平安性及其故障處理能力是至關重要的。 本文介紹了微電網的概念，以微電網的保護系統(tǒng)這一熱點問題來展開的研究。針對微電網中的分布式電源導致傳統(tǒng)的電

4、流保護無法正常工作的問題，深入分析微電網的運行特點。當微電網發(fā)生故障時，除了系統(tǒng)側向故障點提供故障電流外，分布式電源也將向故障點提供故障電流，使得潮流變?yōu)殡p向流動，因而影響微電網的運行。本研究針對這一問題，將微電網劃分為多電源多端供電系統(tǒng)和多電源單端供電系統(tǒng)，針對不同的系統(tǒng)分別用基爾霍夫電流定律和蟻群算法對其進行定位。 故障定位能力是微電網平安性的最直觀表達。微電網與外界環(huán)境的緊密聯(lián)系以及自身問的相互關系，都會影響到微電網的平安運行。微電網作為一個復雜系統(tǒng)，其平安性問題是不容無視的。將故障定位能力作為微電網的平安性評估的一個重要指標，從宏觀上把握微電網的平安性。將平安性評估分為兩個局部：系統(tǒng)級

5、平安性評估微電網和外部環(huán)境要素和單元級平安性評估微電網各個子系統(tǒng)間。本文主要運用復雜系統(tǒng)脆性理論中的熵原理，將負熵應用于系統(tǒng)級評估，脆性聯(lián)系熵應用于單元級評估，建立評估指標體系與評估方法。 在的平臺上搭建標準的節(jié)點微電網模型，對故障定位問題和平安性問題進行模擬仿真，仿真結果驗證本文所采用方法的可行性。關鍵詞微電網；故障定位；平安性；脆性熵 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 目 錄摘要第章緒論 從分布式發(fā)電到微電網 分布式發(fā)電 微電網的根本介紹 微電網的開展現(xiàn)狀 微電網存在的重要意義 微電網的保護技術及其平安性

6、 微電網保護技術及其研究現(xiàn)狀 微電網的平安性 本文研究的主要內容和創(chuàng)新點第章微電網故障定位的研究方法 基爾霍夫電流定律 蟻群算法 蟻群算法的根本原理 人工蟻和真實蟻 蟻群優(yōu)化算法 蟻群算法的優(yōu)缺點 蟻群算法的應用 蟻群算法的展望 本章小結第章微電網故障定位仿真分析 微電網仿真模型 微電網的故障定位 多電源多端網絡的故障定位 多電源單端網絡的故障定位 本章小結第章微電網平安性研究方法 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 復雜系統(tǒng) 復雜系統(tǒng)的根本概念 復雜系統(tǒng)的性質 復雜系統(tǒng)的脆性 復雜系統(tǒng)脆性的定義 復雜系統(tǒng)的脆性過程 脆性關聯(lián)形式 脆性的特性 復雜系統(tǒng)的脆性熵 ?常備紅亍? 脆性聯(lián)系熵 本章小結第

7、章微電網平安性仿真 微電網仿真模型 微電網平安性分析 單元級平安性評估 系統(tǒng)級平安性評估 本章小結結論參考文獻一攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文致射 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 第章緒論從分布式發(fā)電到微電網 近年來，在經濟開展的主旋律下，為了實現(xiàn)以智能電網為核心的低碳能源，以電力作為中心的能源革命已經展開。從而給電網的開展帶來了機遇和挑戰(zhàn)。智能電網的重要標志是電網和可再生能源的有機結合。分布式發(fā)電的環(huán)保、供電可靠、投資小、發(fā)電靈活等特點使其得到快速的開展。隨著分布式電源的滲透率的提高，其弊端也顯現(xiàn)出來，微電網應運而生。分布式發(fā)電 世界經濟在快速的開展，對能源的需求也越來越大，煤炭等不可再生能

8、源在同益枯竭。電網的規(guī)模正在不斷的擴大，幾次大面積的停電事故提醒人們要找尋新的方法來滿足用戶的可靠性。目前，分布式發(fā)電在世界范圍內已經取得了相當快速的開展，多個國家將其作為重點的研究內容。由于各個國家的研究側重點不同，導致分布式發(fā)電技術的定義還沒有得到一個統(tǒng)一的標準。從當前的形勢來看分布式發(fā)電最根本的定義為：分布式發(fā)電裝置相對于電網這個的供電系統(tǒng)來講是小型的系統(tǒng)以下，為了滿足用用戶的需求而布置在其附近，與環(huán)境可以兼容，可獨立輸出電能的發(fā)電方式。通過將電能和熱能的有效結合來提高能量的利用率，還可以提高電能質量和供電可靠性。在科學開展觀的主體思想上，我國也非常重視這一技術的研究，為了保證技術得至叮

9、長期的開展，將其列為年規(guī)劃綱要¨。 分布式發(fā)電的核心局部是一系列的小型的分布式電源，其定義為：作為一個獨立的電源，在能夠更好的滿足用戶的一些特定的需求的同時還能夠支持配電網系統(tǒng)平安、有效、經濟的運行，而分散的布置在需求用戶的附近。¨。分布式電源的特點是功率低、裝置小型且能夠模塊化。分布式發(fā)電主要包括風力發(fā)電技術、燃氣輪機微型燃氣輪機內燃機發(fā)電技術、生物質能發(fā)電技術、光伏發(fā)電技術、燃料電池發(fā)電技術及儲能技術。¨。其中，燃料電池發(fā)電技術、風力發(fā)電技術、光伏發(fā)電技術是分布式發(fā)電技術中最具有代表性的。風力發(fā)電技術最早出現(xiàn)在歐洲，目前在歐洲有著應用廣泛，風中蘊含的能量是十分

10、巨大的，我國風能在內蒙和西北地區(qū)的內陸風力資源很高。由于國家的鼎力支持，近年來我國風電產業(yè)開展迅速。光伏發(fā)電技術一直是研究的熱點。世博園區(qū)成為我國制造的光伏發(fā)電示范工程。燃料電池效率高、負荷響應快，多應用于汽車領域。“。 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文 我國分布式發(fā)電工程開展很快，但相關技術的開發(fā)和研究還相對落后，未來對分布式發(fā)電技術的研究重點為：分布式發(fā)電的數(shù)學模型及其仿真的研究、控制和保護技術的研究、電力電子技術的研究、并網的研究等等。目前，分布式發(fā)電技術在我國的應用較少，但是可以肯定的是隨著技術的不斷提高，其應用范圍會不斷的擴大，并在能源綜合、有效的利用上占舉足輕重的地位。微電網的根本介

11、紹 從世界范圍內的研究進展來看，分布式發(fā)電的優(yōu)勢還是很明顯，但也有無法否認的缺點，不同類型的分布式電源必然有相對不同的特性，這導致了不同分布式電源的控制技術不同，從而使得接入配電網的標準無法統(tǒng)一，相對復雜、困難的技術必然會增加本錢，這也是大量的分布式電源難以直接也大電網并網運行的原因。國內外的專家學者迸一步的分析研究，提出了微電網，有效的解決了這一問題。 微電網將發(fā)電單元微源、儲能裝置、負荷及控制裝置結合起來，形成一個單一的可控的單元，向用戶提供電能和熱能【川。對大電網來說，微電網可以快速動作以滿足外部配電網的需求，對于用戶來說，微電網作為分布式發(fā)電技術的有效補充必然能夠滿足用戶的特定的需求。

12、微電網與分稚式發(fā)電最大的區(qū)別是它將系統(tǒng)中的分布式電源整合，對外的表達是一個統(tǒng)一的小型網絡，這就使得配電網不用考慮那些分稚式電源的困難的控制方式和復雜的工作特性。從另一個層面來理解微電網的對外表現(xiàn)是一個整體，并且是可控的。微電網有兩種運行方式，可以與大電網并網運行，也可以單獨運行。并網運行時，微電網可以起到削峰填谷的作用，當大電網出現(xiàn)問題難以滿足要求時可以使其得到有效的補充，緩解其一定的壓力，從而提高系統(tǒng)供電的可靠性；單獨運行時，微電網有可以起到和大電網相同的作用單獨對本地一些重要負荷進行供電，增強供電穩(wěn)定性。 世界各地對微電網研究的側重點不同，所以對微電網的定義也各不相同。美國是最早提出了微電

13、網的國家，美國的組織電力可靠性技術解決方案協(xié)會以下簡稱給出的微電網的概念是微電網是由負荷和微型電源共同組成的系統(tǒng)，可同時提供熱能和電能；微電網內部的電源見的能量轉換主要由電力電子器件負責；相對于大電網來講，微電網表現(xiàn)為單一受控單元，并能同時滿足用戶對供電平安和電能質量的要求。 圖是提出的微電網結構示意圖： 第章緒論 一變電站 荷 微型燃氣輪機 圖微電網結構圖 微電網的根底是微電源，微電源的類型主要有光伏電池、燃料電池、微型燃氣輪機、風力發(fā)電機等等。不同的微電源特性不相同，跟隨的負荷反響特性也不相同捌。根據(jù)發(fā)出電能的類型，可將微電源分為三類：工頻交流電源、直流電源、交直交電源。由于微電源的特殊性

14、，微電網的自動調度有一定的難度，從而促進了微電網的根底性研究。 微電網的負荷主要有敏感負荷、非敏感負荷和可調節(jié)負荷。當網絡發(fā)生故障時微電網應切斷非敏感負荷，保證敏感負荷的供電，在網絡恢復正常是再對全局進行供電。 微電網中包括假設干條饋線，圖中有三條饋線、，整個網絡呈放射狀。、線上連接微電源，為了能夠更好的對負載進行供電，微電源會根據(jù)負載的需求而相應的安裝在系統(tǒng)中的不同位置，保證饋線上電能的質量。饋線在系統(tǒng)中處于次要地位，上面只接有一些非敏感負載，而沒有微電源，當大電網出現(xiàn)故障而單獨運行時，微電網的控制管理系統(tǒng)會考慮重要敏感負荷實際需要和系統(tǒng)中微電源的實際的供電能力，假設能夠穩(wěn)定運行饋線上的負荷

15、也得到相應的供給；假設不能穩(wěn)定運行，那么饋線會被切除以保證其他饋線上重要敏感負荷的用電平安。同時必須調整各個微電源的控制策略。 微電網的通信技術也是其中的重點，先進的通信技術可以實現(xiàn)微電網管理系統(tǒng)的自動化，可分為微電網與大電網的通信和微電網內部的通信兩種類型。微電網的開展現(xiàn)狀 世界各地對微電網研究各不相同。 美國在幾次大面積的停電事故之后，其供電系統(tǒng)的弊端日益明顯，開展微電網的研究就是要解決供電可靠性和提高電能質量的問題，得到了美國能源部 哈爾濱理工大學工學碩士學位論文的支持。在威斯康辛大學建立了一個微電網的實驗示范工程，相當于實驗室規(guī)模。 日本在微電網的研究處于領先地位，由于其國土面積小，國

16、內資源稀少，能源的有效提供越來越低，所以日本很早就著重于新能源的開發(fā)和利用，為此專門成立了新能源產業(yè)技術綜合開發(fā)機構以幫助國內的企業(yè)和高校對新能源的開發(fā)利用進行研究【。在愛之、京都和青森分別建立了示范工程。其定義認為：微電網是指在一定區(qū)域內利用可控的分布式電源，根據(jù)用戶需求提供電能的小型系統(tǒng)【。 歐盟科技框架方案給出的定義是微電網可以在并網模式下或者孤網模式下運行，使用微型電源進行發(fā)電，與傳統(tǒng)的供電方式不同，其要求是可以進行冷、熱、電三聯(lián)供；系統(tǒng)中含有儲能裝置，將多余的能量進行存儲；并且使用電力電子技術進行控制。歐洲建立典型的實驗示范工程有英國曼徹斯特大學，希臘，德國實驗室，法國礦業(yè)大學。 加

17、拿大同樣對微電網相關概念展丌了討論，其研究主要面向中壓等級。并建立了系統(tǒng)，例外在島上，還建立了孤島運行方式的微電網。 另外，在其他國家和地區(qū)也開始了微電網的研究。新加坡的南洋理工大學、韓國的眾多高校和科研機構對微電網也有其自己的認識。 參照眾多國家對微電網的特點，結合我國的國情、開展現(xiàn)狀和趨勢，對微電網進行了如下定義：微電網是通過本地的一些可以利用的分布式電源組成一個供電網絡，可以向它附近的負荷提供電能、熱能的特殊網絡。在充分地保證周圍用戶的用電質量以及供電平安的根底上，通過技術實現(xiàn)微電網的并網運行或者獨立自治運行，對配電網來說，微電網既可以充當負載又可以充當供電者的角色。在國內，合肥工業(yè)大學的建