微电网的故障定位及其安全性分析

1、国内图书分类号： 工学硕士学位论文 微电网的故障定位及其平安生分析 硕士研究生：霍光 导 师：韦琦 申请学位级别：工学硕士 学科、专业：信号与信息处理 所在单位：电气与电子工程学院 辩论日期：年月 授予学位单位：哈尔滨理工大学 ： ： ： ： ： ： ， ： 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文?微电网的故障定位及其平安性分析?，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明局部外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果

2、将完全由本人承当。 作者张嚯幻 日期弓年月户 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 ?微电网的故障定位及其平安性分析?。系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保存并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或局部内容。 本学位论文属于 保密口， 在 年解密后适用授权书。 不保密回。 请在以上相应方框内打 作者签名： 书扎 日期：

3、虏年 月 夕日 导师签名牛嘭 日期弓年·乡月日 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 微电网的故障定位及其平安性分析 摘 要 过去数十年里，大电网通过其优势得到快速的开展，但是集中式供电的特点导致其弊端日益明显，难以满足用户的平安性和可靠性的要求。近年来，高效环保的分布式发电技术获得了迅速的开展。小容量分布式电源构成的微电网的研究成为一个热点。微电网既可与大电网并网运行，也可在大电网故障时与主网断开单独运行。微电网的开展将提高电力系统的可靠性，自身的平安性及其故障处理能力是至关重要的。 本文介绍了微电网的概念，以微电网的保护系统这一热点问题来展开的研究。针对微电网中的分布式电源导致传统的电

4、流保护无法正常工作的问题，深入分析微电网的运行特点。当微电网发生故障时，除了系统侧向故障点提供故障电流外，分布式电源也将向故障点提供故障电流，使得潮流变为双向流动，因而影响微电网的运行。本研究针对这一问题，将微电网划分为多电源多端供电系统和多电源单端供电系统，针对不同的系统分别用基尔霍夫电流定律和蚁群算法对其进行定位。 故障定位能力是微电网平安性的最直观表达。微电网与外界环境的紧密联系以及自身问的相互关系，都会影响到微电网的平安运行。微电网作为一个复杂系统，其平安性问题是不容无视的。将故障定位能力作为微电网的平安性评估的一个重要指标，从宏观上把握微电网的平安性。将平安性评估分为两个局部：系统级

5、平安性评估微电网和外部环境要素和单元级平安性评估微电网各个子系统间。本文主要运用复杂系统脆性理论中的熵原理，将负熵应用于系统级评估，脆性联系熵应用于单元级评估，建立评估指标体系与评估方法。 在的平台上搭建标准的节点微电网模型，对故障定位问题和平安性问题进行模拟仿真，仿真结果验证本文所采用方法的可行性。关键词微电网；故障定位；平安性；脆性熵 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 目 录摘要第章绪论 从分布式发电到微电网 分布式发电 微电网的根本介绍 微电网的开展现状 微电网存在的重要意义 微电网的保护技术及其平安性

6、 微电网保护技术及其研究现状 微电网的平安性 本文研究的主要内容和创新点第章微电网故障定位的研究方法 基尔霍夫电流定律 蚁群算法 蚁群算法的根本原理 人工蚁和真实蚁 蚁群优化算法 蚁群算法的优缺点 蚁群算法的应用 蚁群算法的展望 本章小结第章微电网故障定位仿真分析 微电网仿真模型 微电网的故障定位 多电源多端网络的故障定位 多电源单端网络的故障定位 本章小结第章微电网平安性研究方法 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 复杂系统 复杂系统的根本概念 复杂系统的性质 复杂系统的脆性 复杂系统脆性的定义 复杂系统的脆性过程 脆性关联形式 脆性的特性 复杂系统的脆性熵 ?常备红亍? 脆性联系熵 本章小结第

7、章微电网平安性仿真 微电网仿真模型 微电网平安性分析 单元级平安性评估 系统级平安性评估 本章小结结论参考文献一攻读硕士学位期间发表的学术论文致射 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 第章绪论从分布式发电到微电网 近年来，在经济开展的主旋律下，为了实现以智能电网为核心的低碳能源，以电力作为中心的能源革命已经展开。从而给电网的开展带来了机遇和挑战。智能电网的重要标志是电网和可再生能源的有机结合。分布式发电的环保、供电可靠、投资小、发电灵活等特点使其得到快速的开展。随着分布式电源的渗透率的提高，其弊端也显现出来，微电网应运而生。分布式发电 世界经济在快速的开展，对能源的需求也越来越大，煤炭等不可再生能

8、源在同益枯竭。电网的规模正在不断的扩大，几次大面积的停电事故提醒人们要找寻新的方法来满足用户的可靠性。目前，分布式发电在世界范围内已经取得了相当快速的开展，多个国家将其作为重点的研究内容。由于各个国家的研究侧重点不同，导致分布式发电技术的定义还没有得到一个统一的标准。从当前的形势来看分布式发电最根本的定义为：分布式发电装置相对于电网这个的供电系统来讲是小型的系统以下，为了满足用用户的需求而布置在其附近，与环境可以兼容，可独立输出电能的发电方式。通过将电能和热能的有效结合来提高能量的利用率，还可以提高电能质量和供电可靠性。在科学开展观的主体思想上，我国也非常重视这一技术的研究，为了保证技术得至叮

9、长期的开展，将其列为年规划纲要¨。 分布式发电的核心局部是一系列的小型的分布式电源，其定义为：作为一个独立的电源，在能够更好的满足用户的一些特定的需求的同时还能够支持配电网系统平安、有效、经济的运行，而分散的布置在需求用户的附近。¨。分布式电源的特点是功率低、装置小型且能够模块化。分布式发电主要包括风力发电技术、燃气轮机微型燃气轮机内燃机发电技术、生物质能发电技术、光伏发电技术、燃料电池发电技术及储能技术。¨。其中，燃料电池发电技术、风力发电技术、光伏发电技术是分布式发电技术中最具有代表性的。风力发电技术最早出现在欧洲，目前在欧洲有着应用广泛，风中蕴含的能量是十分

10、巨大的，我国风能在内蒙和西北地区的内陆风力资源很高。由于国家的鼎力支持，近年来我国风电产业开展迅速。光伏发电技术一直是研究的热点。世博园区成为我国制造的光伏发电示范工程。燃料电池效率高、负荷响应快，多应用于汽车领域。“。 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 我国分布式发电工程开展很快，但相关技术的开发和研究还相对落后，未来对分布式发电技术的研究重点为：分布式发电的数学模型及其仿真的研究、控制和保护技术的研究、电力电子技术的研究、并网的研究等等。目前，分布式发电技术在我国的应用较少，但是可以肯定的是随着技术的不断提高，其应用范围会不断的扩大，并在能源综合、有效的利用上占举足轻重的地位。微电网的根本介

11、绍 从世界范围内的研究进展来看，分布式发电的优势还是很明显，但也有无法否认的缺点，不同类型的分布式电源必然有相对不同的特性，这导致了不同分布式电源的控制技术不同，从而使得接入配电网的标准无法统一，相对复杂、困难的技术必然会增加本钱，这也是大量的分布式电源难以直接也大电网并网运行的原因。国内外的专家学者迸一步的分析研究，提出了微电网，有效的解决了这一问题。 微电网将发电单元微源、储能装置、负荷及控制装置结合起来，形成一个单一的可控的单元，向用户提供电能和热能【川。对大电网来说，微电网可以快速动作以满足外部配电网的需求，对于用户来说，微电网作为分布式发电技术的有效补充必然能够满足用户的特定的需求。

12、微电网与分稚式发电最大的区别是它将系统中的分布式电源整合，对外的表达是一个统一的小型网络，这就使得配电网不用考虑那些分稚式电源的困难的控制方式和复杂的工作特性。从另一个层面来理解微电网的对外表现是一个整体，并且是可控的。微电网有两种运行方式，可以与大电网并网运行，也可以单独运行。并网运行时，微电网可以起到削峰填谷的作用，当大电网出现问题难以满足要求时可以使其得到有效的补充，缓解其一定的压力，从而提高系统供电的可靠性；单独运行时，微电网有可以起到和大电网相同的作用单独对本地一些重要负荷进行供电，增强供电稳定性。 世界各地对微电网研究的侧重点不同，所以对微电网的定义也各不相同。美国是最早提出了微电

13、网的国家，美国的组织电力可靠性技术解决方案协会以下简称给出的微电网的概念是微电网是由负荷和微型电源共同组成的系统，可同时提供热能和电能；微电网内部的电源见的能量转换主要由电力电子器件负责；相对于大电网来讲，微电网表现为单一受控单元，并能同时满足用户对供电平安和电能质量的要求。 图是提出的微电网结构示意图： 第章绪论 一变电站 荷 微型燃气轮机 图微电网结构图 微电网的根底是微电源，微电源的类型主要有光伏电池、燃料电池、微型燃气轮机、风力发电机等等。不同的微电源特性不相同，跟随的负荷反响特性也不相同捌。根据发出电能的类型，可将微电源分为三类：工频交流电源、直流电源、交直交电源。由于微电源的特殊性

14、，微电网的自动调度有一定的难度，从而促进了微电网的根底性研究。 微电网的负荷主要有敏感负荷、非敏感负荷和可调节负荷。当网络发生故障时微电网应切断非敏感负荷，保证敏感负荷的供电，在网络恢复正常是再对全局进行供电。 微电网中包括假设干条馈线，图中有三条馈线、，整个网络呈放射状。、线上连接微电源，为了能够更好的对负载进行供电，微电源会根据负载的需求而相应的安装在系统中的不同位置，保证馈线上电能的质量。馈线在系统中处于次要地位，上面只接有一些非敏感负载，而没有微电源，当大电网出现故障而单独运行时，微电网的控制管理系统会考虑重要敏感负荷实际需要和系统中微电源的实际的供电能力，假设能够稳定运行馈线上的负荷

15、也得到相应的供给；假设不能稳定运行，那么馈线会被切除以保证其他馈线上重要敏感负荷的用电平安。同时必须调整各个微电源的控制策略。 微电网的通信技术也是其中的重点，先进的通信技术可以实现微电网管理系统的自动化，可分为微电网与大电网的通信和微电网内部的通信两种类型。微电网的开展现状 世界各地对微电网研究各不相同。 美国在几次大面积的停电事故之后，其供电系统的弊端日益明显，开展微电网的研究就是要解决供电可靠性和提高电能质量的问题，得到了美国能源部 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文的支持。在威斯康辛大学建立了一个微电网的实验示范工程，相当于实验室规模。 日本在微电网的研究处于领先地位，由于其国土面积小，国

16、内资源稀少，能源的有效提供越来越低，所以日本很早就着重于新能源的开发和利用，为此专门成立了新能源产业技术综合开发机构以帮助国内的企业和高校对新能源的开发利用进行研究【。在爱之、京都和青森分别建立了示范工程。其定义认为：微电网是指在一定区域内利用可控的分布式电源，根据用户需求提供电能的小型系统【。 欧盟科技框架方案给出的定义是微电网可以在并网模式下或者孤网模式下运行，使用微型电源进行发电，与传统的供电方式不同，其要求是可以进行冷、热、电三联供；系统中含有储能装置，将多余的能量进行存储；并且使用电力电子技术进行控制。欧洲建立典型的实验示范工程有英国曼彻斯特大学，希腊，德国实验室，法国矿业大学。 加

17、拿大同样对微电网相关概念展丌了讨论，其研究主要面向中压等级。并建立了系统，例外在岛上，还建立了孤岛运行方式的微电网。 另外，在其他国家和地区也开始了微电网的研究。新加坡的南洋理工大学、韩国的众多高校和科研机构对微电网也有其自己的认识。 参照众多国家对微电网的特点，结合我国的国情、开展现状和趋势，对微电网进行了如下定义：微电网是通过本地的一些可以利用的分布式电源组成一个供电网络，可以向它附近的负荷提供电能、热能的特殊网络。在充分地保证周围用户的用电质量以及供电平安的根底上，通过技术实现微电网的并网运行或者独立自治运行，对配电网来说，微电网既可以充当负载又可以充当供电者的角色。在国内，合肥工业大学的建