微电网开题报告

1 / 17 微电网开题报告 某某 大 学 本科毕业设计开题报告 课题名称：微电网保护开题 学院： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 如今化石能源逐渐枯竭及环境污染问题也日趋严重，寻找新的能源问题已经成为无可阻挡的事实。就电力行业而言，随着国家电网公司关于做好分布式电源并网服务工作的意见的发布，分布式发电相关政策密集出台 1。分 布式发电具有投资省、发电方式灵活且不污染环境等优点，然而分布式电源 具有间歇性、随机性等特点，大量并网将会给电网带来诸多不利影响 3。微电网是一种将分布式电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统。凭借微电网的运行控制和能量管理等关键技术，可以实现其并网或孤岛运行、降低间歇性分布式电源给配电网带来的不利影响 13。但微电网的不2 / 17 断接入极大地改变了原来配电网的结构，必须对微电网的电能质量、控制方式以及保护方法等诸多问题进行深入研究。国内关于微电网保护的研究对于微电网的保护系统 来说，其在并网和孤岛两种不同运行模式下故障电流存在巨大差异，这已成为保护整定和配置的一个难题。为此，有必要针对不同运行模式下的微电网开展精确的故障分析，从而为建立完整的微电网继电保护系统提供基础 6。 目前国内对于微电网研究主要有以下几个方面 11： 1.在微电网并网模式和孤岛模式中采用相同的保护策略，通过相邻保护单元之间相互交换带方向的故障信息，确定故障范围，快速动作切除故障。 2.对配电网中常见的反时限过电流保护原理进行改进，在故障判据中加入低电压加速动作因子，实现无需借助通信的低电压反时限过电流微电网保护。 3.提出开发智能继电器测量线路两端的同步信息，实现微电网线路的差动保护。 4.设计了一种以工业控制计算机为核心的微电网保护系统，保护方案为利用采集到的电压参数和故障方向信息进行矩阵运算，通过运算结果判定并隔离故障区域。 5.采用以树图描述微电网的思想，将断路器看作图的边，以网络化数字保护为手段，提出了基于图模型的微电网边方向变化量矩阵保护算法。 3 / 17 6.针对微电网外部故障时正序分量、负序分量和零序分量关系实现故障选相，提出了基 于故障分量和 dq 变换的微电网单相接地故障识别方案。 7.从微电网作为一个小型发、配电系统的角度出发，提出了将微电网进行分 级或分区保护的方案。 8.以连接有 DG 和负荷的母线为分区依据，建立微电网的二叉树模型，同时引入功率不平衡度的概念，形成故障决策树实现微电网的分区保护。 国外关于微电网的研究 1.提出在不需要大规模改造配电网保护装置的前提下，通过改进保护装置的性能实现微电网保护技术的提升。 2.针对微电网并网运行和孤岛运行的不同模式，通过改 造相量测量单元 等检测装置来更好地实现微电网的保护与控制 14。 3.通过隔离算法检测微电网的运行模式，提出针对不同模式适用不同保护算法的自适应保护原理。 4.对馈线末端的继电器增加通信模块，通过对继电器的改造解决继电器之间的相互配合问题 12。 5.提出基于微电网中央保护单元的集中式系统保护方案。 6.根据 IEC61850 通信协议的标准，提出在微电网中设立一个中央微电网保护单元实现全网的检测与保护。 4 / 17 7.根据微电网控制的需要，在每条馈线的 终端广泛设置微电网控制器，通过众多的 MC 保护信息汇集到微电网中央控制器 ,将保护算法集成到 MCC 的保护模块中实现微电网保护与控制的结合 15。 8.通过对分布于微电网中的众多继电器安装通信装置，实时监测和更新流过继电器的故障电流信息，根据故障电流的变化确定微电网的故障区域。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 此次对于微电网故障分析与保护装置的研究主要内容包括：了解微电网结构及控制策略；建立微电网模型；分析微电网孤岛和并网运行时的故障特性；微电网孤岛运行时保护方 案分析；微电网并网运行时保护方案分析；提出微电网在孤岛运行和并网运行时均有效的保护方案。最终给出理论分析和 Matlab 仿真分析结果。 对于此次项目最主要的问题有 2 点 13 : 1. 如何提取故障特征 ; 2. 在不同模式、不同故障点情况下，如何为微电网提供充分的保护。 三、研究步骤、方法及措施 项目开始首先需要进行资料的查找，通过网络、书籍、学术期刊等途径了解当今的发展形势，以及面临的问题并找出解决的突破口，掌握微电网结构及其故障电流特征，5 / 17 建立微电 网模型。 然后学习研究相关知识，对比各种不同的控制方法，选择最优的控制策略。由于在并网条件下，微电网内发生故障时的故障特性与传统故障特性类似。但由于多分布式电源的存在，使得故障点存在双端电源向故障点供电的情况，所以并网条件下保护配置方案应考虑短路电流方向及大小的改变。同时在并网条件下发生故障时，不论是微电网侧还是配网侧故障，都以断开微 电网为先，以避免由于微电网的加入使故障特性复杂化，影响重合闸的策略等。在孤岛离网条件下，由于分布式电源的特殊性，其短路容量较小，当系统发生故障时，故障点的短路电流 相对较小，对称故障下保护安装处的相电压跌落明显，不对称故障下保护安装处测得的负序电压和负序电流将会明显增大。所以，在孤岛条件下馈线上的保护配置必须做出相对调整。 由于微电网在并网和孤岛条件下不同的故障特性，微电网保护必须依据微电网运行状态改变保护策略 9。寻求微电网在孤岛及并网等不同运行方式下的故障分析方法是很必要的，通过不同运行方式下的故障分析提出合理的孤岛运行保护方案并分析，提出合理的并网运行保护方案并分析。 最终通过对孤岛和并网两种不同的运行方式下的分析提出一种能够在孤岛与并 网时均有效的保护方案，其中主6 / 17 要在以下几个方面进行更系统、深入的探讨： 微电网的继电保护必需与其控制结合起来，通过研究微电网的运行特性、控制原理以及对故障的响应特性来指导微电网继电保护的研究。 无论是系统级保护还是单元级保护，都要求微电网各个单元之间能实现通信。必须寻求一种稳定不易被干扰的通信和信号的处理方式。 微电网的保护要有系统性，单元级保护要求微电网孤网运行模式和并网运行模式下要有一致。不仅要保护微电网安全稳定运行，还要尽可能减少微电网并网对公共电网的不利影响 10 。并最终通过 Matlab 进行仿真验证其可行性。完成毕业设计论文。 研究方法：文献分析法、对比研究法、定性分析法、模拟法。 四、研究工作进度 1-2 周熟悉微电网研究背景、工作原理及保护目的； 3-4 周掌握微电网结构及故障电流特性完成开题报告； 5-8 周建立微电网模型，对孤岛及并网两种不同的运行状态提出不同的控制方法； 9-11 周根据不同的运行状态及控制策略确定故障特性分析方法； 12-13 周设计能够在孤岛及并网两种运行状态7 / 17 下均符合的保护方法 ； 14-15 周进行 Matlab 仿真模拟，验证保护方法； 16-17 周论文撰写答辩准备。 五、主要参考文献 1 沈沉 ,吴翔宇 ,王志文 .微电网实践与发展思考J.电力系统保护与控 制 ,2016,42:1-11. 2 杨新法 ,苏剑 ,吕志鹏 .微电网技术综述 J.中国电机工程学 报 ,2016,34:57-70. 3 左文霞 ,李澍森 ,吴夕科 .微电网技术及发展概括 J.中国电 力 ,2016,42:26-30. 4 Mirsaeidi S, Said D M, Wazir Mustafa M, et al. An analytical literature review of the available techniques for the protection of micro-gridsJ. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2016:300 306. 5 吕婷婷 ,段玉兵 ,龚 宇雷 .微电网故障暂态分析及抑制方法研究 J.电力系 统保护与控制 ,2016,39:102-107. 6 曾德辉 ,潘国清 ,王钢 .含 V/f 控制 DG 的微电8 / 17 网故障分析方法 J. 中国 电机工程学报 ,2016,34:2604-2611. 7 HANNU J principles for future microgrids J IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ，25:2910-2918 8 贾清泉 ,孙玲玲 ,王美娟 .基于节点搜索的微电网自适应保护方法 J.中国 电机工程学报 ,2016,34:1650-1657. 9 杨湛晔 ,毛建容 ,马红伟 .微电网多级保护与控制的实现及优化分析 J.电 力系统及其自动化学报 ,2016,34:137-142. 10 张宗包 ,袁荣湘 ,赵树华 .微电网继电保护方法探讨 J.电力系统保护与控 开题报告填写要求 一、开题报告是毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的内容 之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 二、开题报告内容必须用黑色签字笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；三、开9 / 17 题报告内有关“学院”、“专业”等名称的填写，应写中文全称；学生的“学号”要写全，不能只写最后几位数字。 四、学生毕业后开题报告随同毕业设计一同在学院归档。 毕业设计开题报告 课题名称 含多种微电源 的微网的协调控制 课题类别 设计论文课题来源生产科研自拟 专业、班级 学 生 学 号 指导教师 院长系主任 二 0 一三年 二 月 电气工程系毕业设计 开题报告 课题名称：微电网建模及其仿真 姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师： 年 月 10 / 17 微电网建模及其仿真 课题开题报告 日 1课题来源 微电网的应用可就地将新型微电源和负荷结合起来进行协调控制和运行，有效缓解各种分布式电源直接接入电网的影响，并提供了环保、安全、高效、可靠的电能供应。 微电网的优点主要包括能够充分利用了分布式电源的分散性、位置灵活的优点，能够提供冷热电联产，充分挖掘了分布式电源的效率。微电网具有即插即用的特点。微电网可以作为一个可定制的电源，以满足用户多样化的需求，例如，降低网络损耗，增强局部供电可靠性，通过利用废热提高能源利用效率，支持当地电压，提供电压下陷的校 正，或作为不可中断电源等。微电网能够孤网运行，它在特殊情况下能与大电网互为备用，极大地提高了电网的安全可靠性问题。微电网运行具有较强的经济效益。从用户来看极大地提高了能源利用效率使用冷热电联产，能源热效率能从提高到左右从投资者的角度来说微电网更环保、投资成本和运行成本更低，更能适应终端用户能源需求变化。 2国内外的研究现状 国内外微电网的发展 目前国内在微电网应用方面应用最为广泛、前景最11 / 17 为明朗的，应该首推冷热电三联产技术。因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公 用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有发电设备，这些都是冷热电三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。 提高能源利用效率、开发新能源、加强可再生能源的利用，是解决中国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间的矛盾的必然选择。采用微电网技术有助于充分利用各地丰富的清洁和可再生能源，向用户提供“绿色电力”，是实现“节能减排”目标的重要举措。国家中长期科学与技术发展规划纲要一年中明确提出要大力开展“可再生能源低成本规模化开发利用”以及“间歇 式电源并网及输配技术”开展微电网研究符合国家的需求，虽然目前国内对微电网的研究基本还处于起步阶段，但微电网的特点适应中国电力发展的需求与方向，在中国具有广阔的前景。 目前国家多所高校和科研院所已对微电网展开了相关研究，己在微电网的控制策略、储能技术、电力电子技术等方面取得了不错的进展。其中中国科学院电工研究所承担的“计划”、南方电网公司和天津大学等单位承担的“计划”、杭州电子科技大学和合肥工业大学等单位建立的小型微电网实验研究系统等都为微电网技术的发展提供了系统的理论研究和工程实践验证。为微电网 的研究积累了经验。 12 / 17 美国最早提出了微电网概念，近年来，其微电网研究已取得了较大的进展，多项示范工程己经建立。其研究的重点主要集中在提高重要负荷的供电可靠性、满足用户定制的多种电能质量要求、实现智能化和降低成本等方面。美国电气技术可靠性解决方案联合会首次对微电网在经济性、可靠性及其对环境的影响等方面进行了分析研究。其提出了较为完整的微电网概念。所提出的微电网主要考虑了当微电网和主网因为故障突然解列时，微电网能够自动解列转入孤岛运行，并维持对自身内部负荷的电能供应，直到故障排除。的微电网设计理念是 单点并网不上网、不采用快速电气控制、提供多样化的供电可靠性与电能质量、可以无缝 接入的各种分布式电源等。这些突出的特点使它成为世界上所提出的微电网中最权威、认可度最高的一个。为了使得微电网系统具有较好的控制性能和鲁棒性，微电网所接入的微电源都是峰值小于的小型微电源。微电网的可行性研究已经在威斯康星大学麦迪逊分校的实验室得到了初步检验。近期，美国俄亥俄州哥伦布杜兰技术中心已经开始了对微电网的全面测试。 微电源的发展趋势 1、燃料电池 目前，燃料电池按电解质划分有个 种类发展较快，即碱性燃料电池、磷酸盐型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电13 / 17 池、固体氧化物型燃料电池、固体聚合物燃料电池又称为质子交换膜燃料电池及生物燃料电池。按工作温度它们又分为高、中、低温型燃料电池。 燃料电池不经过燃烧，而是以电化学反应的方式将燃料的化学能直接转换为电能，能量转换效率高，一般在左右，如果技术上加以完善或者综合利用热能，效率可高达以上。并且反应产物只有水，因此洁净无污染。作为燃料的氢气，除了能从煤炭、天然气和石油中提取外，一还可以从植物、生物排放物和工业废料等物质中提取。因此，从广义上讲，它是一种真正的再生资源，满足可持续能源发展的要求。燃料电池由于具有诸多优点被认为是新世纪最有前途的清洁能源，是替代传统能源的最佳选择。 2、光伏电池 太阳电池的研究已有很长的历史。早在世纪年代便出现了第一块薄膜硒电池。然而，这些早期的器件和年流行的氧化亚铜器件一样，没有足够的发电效率，只能用于大面积的光电探测。直到世纪年代，随着单晶硅技术的发展才使得太阳电池在能量转换领域的应用成为可能。二十几年来，世界各国对太阳电池的研发投入了大量的人力、物力、财力，对单晶硅、多晶硅、非晶硅、 等不同材料和、叠层等不同结构的电池进行了深入的研究，使太阳电池领域的研究与应用得到了快速的发展。 14 / 17 特别是年以来，一世界光伏产业更是向着在未来能源结构中的战略地位飞速前进。目前，太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，达以上，但价格最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到，每瓦发电小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电源，或是作 为工厂、小区、大型建筑的独立电站都非常合适负荷响应快，运行质量高。燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。 3、风力发电机 风力发电机的种类繁多，根据风力发电机的发电机类型分类，可以分为两大类异步发电机型和同步发电机型，其中异步发电机按其转子结构不同又可分为鼠笼式异步发电机和绕线式双馈异步发电机同步发电机型按其产生旋转磁场的类型又可分为电励磁同步发电机和 永磁同步发电机。目前常用的风力发电机主要有变桨距型鼠笼式感应风力发电机、变速恒频的双馈式风力发电机以及直驱式永磁同步风力发电机。广应用提供了强有力的技术支持。 15 / 17 课题研究的意义 随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电力部门大多把投资集中在火电、水电以及核电等大型集中电源和超高压远距离输电网的建设上。但是随着电网规模的不断扩大，大规模电力系统的弊端也日益凸现，成本高、运行难度大、难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化供电需求。而分布式电源位置灵活、分散的特点极好的适应了分散电力 需求和资源分布，延缓了输、配电网升级换代所需的巨额投资，有效解决了大型集中型电网的许多潜在问题。美国颁布了 IEEE- P1547/D80“对分布式能源的入网标准做出了规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上退出运行。这在很大程度上限制了分布式能源的有效发挥。为了协调大电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益，在本世纪初，学者们提出了微电网的概念 3 。微电网从系统来看，是将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合，形成一个单一可控的单 元，同时向用户供给电能和热能 。与传统集中式能源供电系统相比，微电网接近负荷，可以减少线损，节省输配电建设投资和运行费用；由于兼有发电、供热、制冷等多种服务功能，微电网中分布式能源可以有效的实现能源的梯级利用，达到更高的能源综合利用效率 4-7。 微电网有以下几方面特点，首先由于分布式电源的16 / 17 灵活性可就地供电，解决了电力系统输配电中存在的一些问题提高了供电可靠性。其次，微电网中电源包括风力发电机、光伏电池、小型燃气轮机以及超级电容等，随着微网