【摘 要】
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柔性直流配电系统凭借其可以高效连接分布式电源和直流负荷的优势,在配电系统中存在广阔的应用前景。然而,一旦发生双极短路故障,电流上升迅速且峰值高,系统的故障特征多变,保护速动性要求使得有效的数据窗短,线路保护整定配合困难。为保障柔性直流配电系统的安全运行,论文分析了柔性直流配电系统的故障暂态特性,并在此基础上,提出了适用于柔性直流配电系统的保护及定位技术。首先,揭示了柔性直流配电系统的故障暂态特性。
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于故障暂态波形时频特征的柔性直流配电网保护与故障定位（51777071）”； 国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目“新能源电力系统的弹性运行与保护控制（52061635102）”； 国家重点研发计划项目“含高比例分布式光伏的直流配电系统控制,保护和运行技术（2018YFB0904104）”；
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柔性直流配电系统凭借其可以高效连接分布式电源和直流负荷的优势,在配电系统中存在广阔的应用前景。然而,一旦发生双极短路故障,电流上升迅速且峰值高,系统的故障特征多变,保护速动性要求使得有效的数据窗短,线路保护整定配合困难。为保障柔性直流配电系统的安全运行,论文分析了柔性直流配电系统的故障暂态特性,并在此基础上,提出了适用于柔性直流配电系统的保护及定位技术。首先,揭示了柔性直流配电系统的故障暂态特性。基于典型的AC/DC和DC/DC换流器基本单元,分析了工作原理及闭锁后故障电流通路,揭示了 DC/DC换流器解锁后的放电过程,得出了可以通过主动注入衍生丰富暂态信息的结论。根据故障电流通路,推导了换流器的等值阻抗表达式,并通过引入故障源建立了故障等效电路,解析了复频域下故障暂态电流表达式,以此对双极短路故障的暂态特性进行表征。上述故障特性分析为后续保护及定位技术的研究奠定了基础。其次,提出了基于电流暂态量的柔性直流配电系统保护方法。基于故障等效电路,分析了 DC/DC换流器阻抗模值在高频下显著减小的特点,揭示了 DC/DC换流器对故障电流高频分量的边界阻滞效应。利用离散小波变换提取电流高频量,给出了保护Ⅰ段、Ⅱ段的整定计算公式,制定了定值整定配合策略。通过整定动作时延、配置启动判据和方向性判据,形成了完整的保护方案,实现了故障线路的快速、准确切除。最后,提出了基于主动注入的柔性直流配电系统故障定位方法。结合DC/DC换流器的主动注入信号,分析了故障线路类型不同以及故障类型不同所造成的注入电流回路差异。给出了通过关键测点确定故障所在线路类型和故障类型的检测方法,并以此构造了不同的故障区段识别判据,通过推导得到的高频阻抗与故障距离的固有表达式实现了故障定位,验证了该定位方法对于不同故障位置、不同故障类型均有较高定位精度。
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