基于故障电流变化率的直流微网母线反时限保护研究

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1、硕士学位论文基于故障电流变化率的直流微网母线反时限保护研究RESEARCHONINVERSETIMEPROTECTIONOFDCMICROGRIDBUSBASEDONFAULTCURRENTDERIVATIVE马慧芳哈尔滨工业大学2018年1月国内图书分类号：TM77学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于故障电流变化率的直流微网母线反时限保护研究硕士研究生：马慧芳导师：和军平副教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM77U.D.

2、C:621.3AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONINVERSETIMEPROTECTIONOFDCMICROGRIDBUSBASEDONFAULTCURRENTDERIVATIVECandidate：MaHuifangSupervisor：Asso.Prof.HeJunpingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：El

3、ectricalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要直流微电网作为电力系统的一种新的网络形态，因其具有明显的技术和成本优势而成为微电网研发的重要方向。然而，因微电网系统存在孤岛和并网两种运行模式，传统单一运行工况的保护设计会出现不能在两种运行模式下均能正常工作的情景。此外，由于直流微电网中电力电子设备限流作用，这些设备故

4、障电流最大值仅为电力电子器件额定电流的两到四倍左右。在故障电阻较大时，这些设备的故障电流数值还会更小，从而传统的根据故障电流数值判断故障发生及定位的方法将不再有效。以上问题导致直流微电网目前尚缺乏统一的保护规范，成为阻碍直流微电网技术发展和应用的一个重要问题。本文即在分析直流微电网故障时典型故障特征量的基础上，提出了基于故障电流变化率的反时限保护。该保护方法在直流微电网并网、孤岛运行状态下均可可靠动作，并可使保护的平均动作时间最短，同时还可实现故障定位。直流微电网包含大量的分布式电源，本文对典型分布式电源的故障特性分别进行了分析。对于经AC/DC变换器并网的交流部分，分析

5、了直流侧故障时变换器电容放电阶段、二极管续流阶段、电网侧电流馈电阶段的等效回路和故障电流、电压特性。对于光伏、储能DC/DC直流部分，分析了高压侧故障时变换器滤波电容放电和故障稳态时电源经反并联二极管向故障侧供电的过程。由于直流微电网存在并网和孤岛两种运行状态，所以本文分别对直流微电网系统两种运行状态的典型故障及其特性进行了分析。分析发现，并网与孤岛两者故障的总体特征有相似之处，但孤岛时故障电流会有较大程度的减小，特别是稳态故障电流的数值更小。分析也发现，无论是并网还是孤岛，故障时都存在很大的故障电流变化率，其数值大小不受电力电子器件限流和故障电阻的影响。为了实现保护的自

6、适应性，本文提出了基于故障电流变化率的反时限保护。通过分析并网状态下故障电流变化率的数值及微电网保护时间要求，对保护中的参数进行了选取。由于保护同时要满足保护的上下级之间协调性的要求，对保护中部分参数进行了进一步优化和整定。在孤岛状态时，故障特性与并网时相似，所以只对并网状态保护的个别参数做了适当的调整。在Matlab软件中搭建了一套600V的低压直流微型电网模型。通过仿真，考察和验证了本文故障判据的准确性，验证了所提基于故障电流变化率的反时限保护的性能优点。关键词：低压直流微网；直流故障分析；暂态电流变化率；反时限保护-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstract

7、Asanewnetworkformofpowersystem,DCmicrogridhasbecomeanimportantdirectionofmicrogridresearch.However,becausetherearetwooperationmodesinthemicrogridsystem,whichareislandingandgridconnection.Theprotectiondesignoftraditionalsingleoperationmodewillnotworknormallyundertwoo