含分布式电源配电网故障时空特征及保护新原理研究

The distributed generation technology based on renewable energy sources has been widely used all over the world in recent years. However, with the integration of large quantities of distributed generations (DGs), the distribution network has changed from a radial network with single source to a nonlinear coupling complex power system with multi distributed generations. And with the integration of the DGs, the protection based on the fault characteristic of the traditional distribution network is not applicable any more. Therefore, this project plans to build the nonlinear models of the DGs with different control strategies and the space-time multi-scale fault analysis model of the distribution network. Using the space-time multi-scale analysis method, the space-time multi-scale fault characteristic is investigated, and a practical method is proposed for fault analysis of the distribution network with DGs based different control strategies. Based on adaptive theory and system control theory, a novel principle and scheme of the high-speed main protection and corresponding backup protection (such as pilot protection, distance protection and area protection)is proposed to adapt to the flexible access of DGs. And based on the advanced protection platform already developed and real time digital system(RTDS), the close-loop test will be made for verifying proposed protection principle. The above study will break through the limitations of the current fault analysis method and protection principle, and form important theory basis for the engineering application of the protection technology for distribution network with DGs.

近年来，可再生能源分布式发电技术在世界范围内得到了广泛应用。但是，随着分布式电源(DG)大量接入配电网，传统的以单电源辐射状为主要特征的配电系统将变成一个具有分散多电源非线性耦合的复杂电力系统，基于传统配电网故障特征的继电保护原理在DG大量接入的新环境下显然已不再适用。为此，本项目拟在建立不同控制策略DG非线性模型的基础上，建立含不同控制策略DG配电网的时空关联分析模型，基于时空多尺度分析方法，揭示其不同尺度下的时空关联故障特征,提出实用的故障分析方法；基于自适应理论和系统控制理论，提出适应于DG灵活接入的配电网全线速动自适应纵联保护、自适应距离保护和自适应区域保护新原理和配置方案，利用自主研发的保护控制平台和实时数字仿真系统（RTDS）实现保护新原理的闭环测试。上述研究将突破现有含DG配电网的故障分析与继电保护的局限性，为含DG配电网继电保护技术的发展和工程应用奠定重要的理论基础。

随着分布式电源(DG)的大量接入，以单电源辐射状为主要特征的传统配电系统变成了一个具有分散多电源非线性耦合的复杂电力系统。基于传统配电网故障特征的继电保护原理在DG大量接入的新环境下显然已不再适用。因此，本项目围绕含分布式电源配电网的故障等值建模、故障分析方法、保护原理以及保护方案涉及的IEC61850网络安全性等科学技术问题，开展了广泛系统的探索性研究工作，主要贡献如下：.1、建立了v/f控制和PQ控制策略的逆变型分布式电源（IIDG）多时间尺度故障等值模型；提出了计及IIDG控制策略的配电网相间故障分析方法、接地故障分析方法以及微电网在孤岛运行方式下的故障分析方法；提出了IIDG输出电流实时估算方法。所提故障分析方法适用于含不同控制策略IIDG配电网的故障分析计算和在线故障电流估算，具有计算精度高和计算速度快等特点，具有工程实用价值。.2、提出了含DGs配电网自适应电流保护原理、自适应零序电流保护原理、虚拟多端电流差动保护原理、基于正序电压差的纵联保护原理以及基于负序电流的纵联保护原理；提出了含多T接逆变型分布式电源配电网的故障定位方法。所提保护原理能够适应于不同控制策略多DG灵活接入的配电网，形成了具有全线速动能力的主保护和基于电流/零序电流的后备保护等功能的一套完整的保护方案。基于自主研发的保护测试系统软硬件平台和电力系统实时仿真系统（RTDS），对所提保护方案的性能指标进行了闭环测试，表明了研究成果具有很好的工程应用前景。.3、建立了适用于所提保护新原理的远动通信IEC61850模型；提出了基于HMAC的GOOSE报文改进认证方法、高效的GOOSE报文完整性认证方法、基于域含义的GOOSE报文加解密方法以及IEC61850密钥管理方法。测试结果表明，所提认证方法和加解密方法等计算速度快，适用于所提依赖于网络通信的保护方案。