分布式發(fā)電技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義2</p><p>　　1.2 分布式發(fā)電技術(shù)及微電網(wǎng)介紹3</p><p>　　1.2.1 分布式發(fā)電技術(shù)概況3</p><p>　　1.2.2 分布式發(fā)電的優(yōu)勢4</p><p&

2、gt;　　1.2.3 分布式發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展5</p><p>　　1.2.4 微電網(wǎng)介紹7</p><p>　　1.3 分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響8</p><p>　　1.4 本文的主要工作9</p><p>　　第2章 配電網(wǎng)保護(hù)10</p><p>　　2.1 配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1

3、0</p><p>　　2.2 電流速斷保護(hù)10</p><p>　　2.2.1 電流速斷保護(hù)原理10</p><p>　　2.2.2 電流速斷保護(hù)定值整定及靈敏性校驗(yàn)11</p><p>　　2.3 限時(shí)電流速斷保護(hù)12</p><p>　　2.3.1 限時(shí)電流速斷保護(hù)原理12</p>

4、<p>　　2.3.2 限時(shí)電流速斷保護(hù)定值整定及，靈敏性校驗(yàn)13</p><p>　　2.4 定時(shí)限過電流保護(hù)14</p><p>　　2.4.1 定時(shí)限過電流保護(hù)定值整定14</p><p>　　2.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)14</p><p>　　2.5 自動重合閘在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用15&l

5、t;/p><p>　　2.6 本章小結(jié)16</p><p>　　第3章 分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響17</p><p>　　3.1 理論分析DG對配電網(wǎng)短路電流的影響17</p><p>　　3.1.1 終端線路引入DG17</p><p>　　3.1.2 DG對相鄰線路保護(hù)K2的影響18<

6、/p><p>　　3.1.3 非終端線路中引入DG19</p><p>　　3.1.4 非終端線路的轉(zhuǎn)供線中引入DG20</p><p>　　3.2 算例分析20</p><p>　　3.2.1 模型參數(shù)選擇20</p><p>　　3.2.2 分布式電源模型的等效22</p><p

7、>　　3.2.3 配電網(wǎng)模型23</p><p>　　3.2.4 仿真驗(yàn)證23</p><p>　　3.3 本章小結(jié)30</p><p>　　第4章 含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案31</p><p>　　4.1 含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)的研究現(xiàn)狀31</p><p>　　4.2配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)

8、方案32</p><p>　　4.2.1 自適應(yīng)保護(hù)簡介32</p><p>　　4.2.2 已有的自適應(yīng)電流速斷保護(hù)方案33</p><p>　　4.2.3 含有DG配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方案34</p><p>　　4.3 仿真驗(yàn)證36</p><p>　　4.3.1 主要功能模塊簡介36</p

9、><p>　　4.3.2 方向判斷模塊38</p><p>　　4.3.3 幅值判斷模塊38</p><p>　　4.3.4 含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)方案仿真39</p><p>　　4.4 本章小結(jié)43</p><p><b>　　結(jié)論44</b></p><

10、;p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝47</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　能源在人類社會的發(fā)展過程中占有極其重要的地位，而依托于能源的

11、電力系統(tǒng)更成為整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會的基石。伴隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，大量的能源被加以利用，而一些急待解決的問題也逐漸顯現(xiàn)出來。例如，以煤為主要燃料的火力發(fā)電會排放大量有害氣體，給大氣造成嚴(yán)重污染；而利用核能發(fā)電的核電站雖不會排放大量的有污染氣體，但會產(chǎn)生核輻射，一旦發(fā)生核泄漏其造成的后果將不堪設(shè)想。另外，能源短缺問題也嚴(yán)重沖擊著電力行業(yè)。仍然以燃煤火電廠為例，其賴以發(fā)電的燃料煤是一種不可再生能源，我國探明可直接利用的煤炭儲量有1886億噸，而人

12、均儲量僅有145噸，居世界第53位，按照人均年消費(fèi)煤炭1.45噸，我國探明煤炭儲量僅供開采100年左右。</p><p>　　環(huán)境的不斷惡化以及常規(guī)一次能源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展，而多件大停電事故的發(fā)生也對傳統(tǒng)發(fā)電模式的安全穩(wěn)定性提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)所采用的主要形式是以集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電為主的傳統(tǒng)大電網(wǎng)形式。這種集中式大電網(wǎng)容量大、冗余性高、穩(wěn)定性強(qiáng)。但隨著人們對電能質(zhì)量以及供電可

13、靠性提出越來越高的要求，大電網(wǎng)自身所固有的缺陷也逐漸顯現(xiàn)出來。例如，大電網(wǎng)中任何一處發(fā)生故障都可能影響到整個(gè)電網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)會引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)大停電甚至全網(wǎng)崩潰，造成無法想象的后果。例如，2003年8月的美加大停電造成了美國八個(gè)州以及加拿大的安大略省的電力中斷。2005年5月24日，莫斯科停電事故覆蓋了莫斯科周邊的25個(gè)城市[1]。2006年11月4日，歐洲大停電事故波及到了德國、法國、西班牙、意大利以及比利時(shí)等幾個(gè)國家[2-

14、3]。2009年11月10日，巴西和巴拉圭發(fā)生大面積停電事故，巴西國內(nèi)6個(gè)州停電近4個(gè)小時(shí)，6000萬人生活工作受到影響[4]。2010年3月14日，智利因一臺主變壓器發(fā)生故障，導(dǎo)致包括圣地亞哥和地震重災(zāi)區(qū)康塞普西翁在內(nèi)的大部分地區(qū)電力供應(yīng)中斷，影響了全國80%的人口。</p><p>　　如上所述，環(huán)境的不斷惡化以及常規(guī)一次能源的短缺已經(jīng)嚴(yán)重制約了當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展，而多次大停電事故的發(fā)生也對傳統(tǒng)發(fā)電模式的安全

15、穩(wěn)定性提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為此，以光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等一批可再生能源發(fā)電為代表的分布式發(fā)電技術(shù)（DG，distributed generation）得到了快速的發(fā)展。新能源的開發(fā)和利用，可以有效地減輕環(huán)境惡化和能源短缺所帶來的種種壓力，而將分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到集中式大電網(wǎng)中，則可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，彌補(bǔ)集中式大電網(wǎng)發(fā)電存在的一些缺陷。DG（分布式電源）與大電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行，具有供電靈活性、可靠性和安全性等社會效益，還具有削峰填谷，

16、降低網(wǎng)損，提高現(xiàn)有設(shè)備利用率等經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　然而，分布式電源接入配電系統(tǒng)后勢必會改變配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向，并有可能變?yōu)槎喽穗娫吹墓╇娤到y(tǒng)。現(xiàn)有的基于單端電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的配電系統(tǒng)保護(hù)裝置必須作出相應(yīng)的調(diào)整，否則分布式電源必將使配電網(wǎng)保護(hù)無法快速、準(zhǔn)確的切除故障，甚至?xí)ε潆娤到y(tǒng)及其設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成破壞。</p><p>　　為了在新情況下保證保護(hù)的正確動作，有必

17、要去研究新的保護(hù)方案，以消除分布式電源的接入對傳統(tǒng)保護(hù)帶來的影響，為分布式發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用掃除技術(shù)上的障礙。</p><p>　　1.2 分布式發(fā)電技術(shù)及微電網(wǎng)介紹</p><p>　　1.2.1 分布式發(fā)電技術(shù)概況</p><p>　　國際大型電力系統(tǒng)委員會將分布式發(fā)電定義為:非經(jīng)規(guī)劃的或中央調(diào)度型的電力生產(chǎn)方式，通常與配電網(wǎng)聯(lián)接，一般發(fā)電規(guī)模在50-l00

18、MW之間[4]。目前，分布式發(fā)電可以理解為在非常靠近終端負(fù)載的地方、在低壓電網(wǎng)中接入小型發(fā)電設(shè)備。分布式發(fā)電中的“分布”兩字，既是相對于過去互不相連的小電源而言，也是相對于集中的大機(jī)組大電網(wǎng)而言。分布式發(fā)電技術(shù)將太陽能發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)、地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)和其他高新科學(xué)技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)能、太陽能等幾種資源、地域之間的互補(bǔ)。</p><p>　　對于電力系統(tǒng)而言，DG可以作為備用發(fā)電容量、

19、削峰容量，也可以承擔(dān)系統(tǒng)的基本負(fù)荷。分布式發(fā)電技術(shù)包括光微型渦輪發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、儲能裝置等。根據(jù)所使用的一次能源類型，DG可分為化石燃料發(fā)電（如內(nèi)燃機(jī)等）、電化學(xué)裝置發(fā)電（如燃料電池等）和可再生能源（如風(fēng)力發(fā)電等）發(fā)電三種類型。分布式發(fā)電機(jī)單機(jī)容量一般在10MW以下。DG技術(shù)的應(yīng)用對開發(fā)可再生能源起著促進(jìn)作用，有利于減少環(huán)境污染，是非常清潔的發(fā)電方式，可以建立在居民區(qū)和商業(yè)中心。</p>

20、<p>　　1.2.2 分布式發(fā)電的優(yōu)勢</p><p>　　分布式發(fā)電技術(shù)以其高效、清潔、方便等特點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注，通過分布式發(fā)電和集中供電系統(tǒng)的配合應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)分布式發(fā)電系統(tǒng)中各電站相互獨(dú)立，用戶由于可以自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性比較高； </p><p>　　(2)分布式發(fā)電可以彌補(bǔ)大

21、電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)繼續(xù)供電，已成為集中供電方式不可缺少的重要補(bǔ)充； </p><p>　　(3)可對區(qū)域電力的質(zhì)量和性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電,可大大減小環(huán)保壓力； </p><p>　　(4)分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，無需建配電站，可降低或避免附加的輸配電成本，同時(shí)土建和安裝成本低； </p&g

22、t;<p>　　(5)可以滿足特殊場合的需求，如用于重要集會或慶典的(處于熱備用狀態(tài)的)移動分散式發(fā)電車； </p><p>　　(6)調(diào)峰性能好，操作簡單，由于參與運(yùn)行的系統(tǒng)少，啟停快速，便于實(shí)現(xiàn)全自動。 </p><p>　　可以說，分布式發(fā)電作為超高壓、遠(yuǎn)距離、大電網(wǎng)供電模式的補(bǔ)充，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。</p><p>　　1.2.3

23、分布式發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展</p><p>　　分布式發(fā)電技術(shù)具有很多優(yōu)勢，因此各國都非常重視分布式發(fā)電技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，其在國內(nèi)外均得到了快速的發(fā)展。</p><p>　　在美國，容量為1kW到10MW的分布式發(fā)電和儲能單元正在成為未來分布式供能系統(tǒng)的趨勢。分布式電源的高可靠性、高質(zhì)量、高效率以及靈活性，可滿足工業(yè)、商業(yè)、居住和交通應(yīng)用等一系列要求。預(yù)計(jì)幾年后，新一代的微汽輪機(jī)(10～

24、250kW)可以完全商業(yè)化，為調(diào)峰和小公司余熱發(fā)電提供了新機(jī)會。美國能源部提出了以下幾個(gè)涉及分布式發(fā)電技術(shù)的計(jì)劃，包括燃料電池、分布式發(fā)電渦輪技術(shù)、燃料電池和渦輪的混合裝置等?？梢灶A(yù)計(jì)，分布式發(fā)電技術(shù)將在美國得到相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。</p><p>　　在我國，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，我國集中式供電網(wǎng)的規(guī)模迅速膨脹。這種發(fā)展所帶來的安全性問題不容忽視。由于各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡，對于廣大經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)來說，特別是農(nóng)牧

25、地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)，要形成一定規(guī)模的、強(qiáng)大的集中式供配電網(wǎng)絡(luò)需要巨額的投資和很長的時(shí)間周期，能源供應(yīng)嚴(yán)重制約了這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而分布式發(fā)電技術(shù)則剛好可以彌補(bǔ)集中式發(fā)電的這些局限。在我國西北部廣大地區(qū)風(fēng)力資源十分豐富，例如內(nèi)蒙古利用風(fēng)力已經(jīng)形成了年發(fā)電量1億千瓦時(shí)的規(guī)模，除自用外還可送往北京地區(qū)，這種無污染綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。在可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)中，除風(fēng)力發(fā)電外還有太陽能光伏電池、中小水電等，都是解決我國偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電的好

26、方法。在我國城鎮(zhèn)，分布式發(fā)電技術(shù)作為集中供電方式技術(shù)不可缺少的重要補(bǔ)充，也將成為未來能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。</p><p>　　在分布式發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、前景最為明朗的，應(yīng)該首推熱電冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，因?yàn)閷τ谥袊蟛糠值貐^(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠來說，都存在供電、供暖和制冷需求，很多都配有備用發(fā)電設(shè)備，這些都是熱電冷三聯(lián)產(chǎn)分布式供能系統(tǒng)的廣闊市場。天然氣進(jìn)京和“西氣東輸”工程為發(fā)展小型熱、電

27、、冷聯(lián)產(chǎn)開創(chuàng)了新的機(jī)遇。燃?xì)饫錈犭娐?lián)產(chǎn)作為合理利用天然氣的最佳方式之一，已經(jīng)在北京、上海、廣州等城市開始發(fā)展，并建立了一批試點(diǎn)項(xiàng)目。</p><p>　　光伏發(fā)電的容量可任意組合，最適合分散使用。由于光伏發(fā)電成本高，大型集中式光伏發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)性比較差，因此主要用于人口分散地區(qū)的離網(wǎng)獨(dú)立發(fā)電和城市與建筑物結(jié)合的并網(wǎng)發(fā)電，最典型的就是屋頂光伏發(fā)電。近年來，歐盟、美國和日本等國家的并網(wǎng)光伏發(fā)電發(fā)展很快。2000年以來，

28、并網(wǎng)光伏發(fā)電的新增容量已經(jīng)超過了離網(wǎng)的分散光伏發(fā)電。目前中國的光伏發(fā)電主要還在遠(yuǎn)離大電網(wǎng)的偏僻地區(qū)作為分散電源應(yīng)用，最近建成了一些城市并網(wǎng)光伏發(fā)電的示范項(xiàng)目，城市建筑光伏發(fā)電的應(yīng)用市場也將逐步擴(kuò)大。光伏發(fā)電小型分散的特點(diǎn)與分布式發(fā)電的特征一致。預(yù)計(jì)到2020年，中國無電地區(qū)分散電源、商業(yè)用途分散電源和城市并網(wǎng)型光伏發(fā)電的總量可達(dá)到100萬千瓦[5]。</p><p>　　我國小水電的容量范圍一般是5萬千瓦以下的小

29、型水電站。小水電資源分布廣泛，有些與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，有些分散獨(dú)立運(yùn)行?；旧弦詽M足當(dāng)?shù)仉娏π枨鬄橹?，大部分屬于分布式發(fā)電。另外許多地區(qū)人口分散，電力消費(fèi)水平低，可以用微水電解決電力供應(yīng)，微水電也是典型的分布式發(fā)電。小水電和微水電供電可節(jié)省大電網(wǎng)供電的遠(yuǎn)距離輸電線路投資，減少電力損耗，提高能源利用效率，對電力消費(fèi)總量很低的偏遠(yuǎn)山區(qū)而言，不失為一種經(jīng)濟(jì)合理的供電方式。我國小水電資源極其豐富，可開發(fā)量約1.3億千瓦，居世界首位。到2002年底

30、，小水電裝機(jī)達(dá)到3104萬千瓦，向邊遠(yuǎn)地區(qū)提供了大量廉價(jià)的電力。2003年啟動的“小水電代燃料”工程，將進(jìn)一步推動我國小水電的發(fā)展。國家計(jì)委于2002年啟動的“送電下鄉(xiāng)”工程,也是利用可再生能源發(fā)電來解決西藏、青海、四川、新疆等西部省(區(qū))邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電問題。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)發(fā)展成為除水力發(fā)電之外最可靠和清潔的發(fā)電方式。它不消耗物質(zhì)資源；不污染環(huán)境；建設(shè)周期短；而且安裝一臺便可投產(chǎn)一臺，裝機(jī)

31、規(guī)模靈活，為籌集資金帶來便利；運(yùn)行簡單，可完全做到無人值守；實(shí)際占地少，機(jī)組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風(fēng)場約1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用；對土地的要求低，在山丘、海邊、荒漠等地形條件下均可建設(shè)。一般作為分布式電源的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是微型或小型的。在小型風(fēng)電機(jī)組的生產(chǎn)和應(yīng)用方面，我國進(jìn)步很快，以15萬臺擁有量居世界首位。</p><p>　　1.2.4 微電網(wǎng)介紹</p><p>　

32、　由于每個(gè)國家的國情和發(fā)展現(xiàn)狀不盡相同，各國對微電網(wǎng)也有不同的定義，其中以美國電氣可靠性技術(shù)解決方案聯(lián)合會（CERTS-Consortium for Electric Reliability Technology Solution）和威斯康辛大學(xué)所提出微電網(wǎng)的概念最具代表性，它也是被廣泛接受的一種定義。具體地，它將微電網(wǎng)定義為是一個(gè)由負(fù)荷和分布式電源（一般小于或等于500kW）共同組成的獨(dú)立可控系統(tǒng)，可以同時(shí)提供電能和熱能，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供

33、；而且微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要有電力電子器件負(fù)責(zé)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制措施；相對于外部大電網(wǎng)，微電網(wǎng)可以看作是一個(gè)單一的受控單元，可以同時(shí)滿足用戶對電能質(zhì)量和供電安全可靠性等方面的要求。另外，歐盟也給出了微電網(wǎng)的定義，它指出微電網(wǎng)是一種充分利用一次能源，可實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供，利用電力電子裝置對微電網(wǎng)中的能量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并連接到低壓配電網(wǎng)的系統(tǒng)。日本則將依賴于傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行供電的獨(dú)立電力系統(tǒng)也并入到微電網(wǎng)的概念當(dāng)中，這使得微電網(wǎng)的定義

34、范圍大大擴(kuò)展。例如日本三菱公司按照規(guī)模的大小將微電網(wǎng)分為三類：發(fā)電容量在1000MW左右的為大規(guī)模微電網(wǎng)，主要以煤和石油作</p><p>　　微電網(wǎng)整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)，其基本組成單元一般為發(fā)電裝置（即一些分布式電源）、儲能裝置、隔離裝置、保護(hù)控制裝置、負(fù)荷以及一些配電線路等。微電網(wǎng)內(nèi)的分布式電源大多是混合的，包括各種各樣的類型；而且其一般通過單點(diǎn)接入電網(wǎng)，對外部電網(wǎng)呈一個(gè)獨(dú)立的可自我控制的個(gè)體。這樣可以利用不同分

35、布式電源之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，使能源利用更加充分，同時(shí)也方便了配電網(wǎng)的運(yùn)行和管理。</p><p>　　微電網(wǎng)有兩種運(yùn)行模式：并網(wǎng)運(yùn)行模式和孤島運(yùn)行模式，即微電網(wǎng)可以作為配電網(wǎng)的一部分，通過電力電子裝置并網(wǎng)運(yùn)行；同時(shí)由于它具備自行管理內(nèi)部能量供求關(guān)系的能力，因此又可以脫離主電網(wǎng)孤島運(yùn)行，從而繼續(xù)維持對微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的供電。通過一定的控制策略，兩種運(yùn)行模式之間可以實(shí)現(xiàn)平滑切換。這是微電網(wǎng)的一個(gè)主要特點(diǎn)，也是其最大優(yōu)勢的體現(xiàn)

36、。</p><p>　　作為分布式發(fā)電技術(shù)的一種發(fā)展，微電網(wǎng)同樣也具備分布式發(fā)電所具有的一些特點(diǎn)和優(yōu)勢，比如可以減少對常規(guī)能源的消耗，提高能源利用的效率，減輕對環(huán)境的污染；可以提高用戶的供電可靠性，并且對電力系統(tǒng)還可以起到調(diào)峰作用等。</p><p>　　正是由于具有上述的一些特點(diǎn)，雖然微電網(wǎng)的概念提出的時(shí)間并不長，但是卻得到了飛速地發(fā)展，世界各國對其研究發(fā)展均表現(xiàn)出了極大的興趣，并已經(jīng)成

37、為許多國家未來電力發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)之一。</p><p>　　微電網(wǎng)不僅很好地解決了分布式電源大規(guī)模并網(wǎng)的問題，而且充分發(fā)揮了分布式電源的效能，同時(shí)也帶來了許多其它的效益?？梢哉f，微電網(wǎng)是利用可再生能源發(fā)電的最佳途徑，代表著電力系統(tǒng)發(fā)展的新方向，未來的配電網(wǎng)將會是大量微電網(wǎng)的組合。需要特別指出的是，在研究故障情況下微電網(wǎng)并網(wǎng)后對配電網(wǎng)的影響以及相應(yīng)的保護(hù)方案時(shí)，由于微電網(wǎng)要向故障點(diǎn)供出短路電流，為了簡化計(jì)算，可以將

38、微電網(wǎng)看作是一個(gè)輸出功率具有一定隨機(jī)性的電源，即可以將其當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的分布式電源來進(jìn)行研究。</p><p>　　1.3 分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響</p><p>　　配電網(wǎng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為單電源輻射狀，這種輻射狀結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)接線簡單，設(shè)備較少，可靠性高，經(jīng)濟(jì)性高。配電網(wǎng)的饋線保護(hù)主要采用電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)組成的三段式電流保護(hù)。通過不同動作定值和動作時(shí)間

39、的配合，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)的保護(hù)。</p><p>　　分布式電源接入配電網(wǎng)，改善了很多問題，但同時(shí)也帶來了很多麻煩。分布式電源接入電網(wǎng)可以改善電能質(zhì)量、提高供電可靠性并能減少負(fù)荷丟失，但是也導(dǎo)致配電網(wǎng)控制、保護(hù)和動作越來越復(fù)雜。分布式電源能量的注入，改變了配網(wǎng)的單電源輻射狀結(jié)構(gòu)。而電流三段式保護(hù)是基于配電網(wǎng)的輻射狀結(jié)構(gòu)而整定的，所以分布式電源的接入必將影響配電網(wǎng)的原有保護(hù)配置。分布式電源接入容量、位置、種類的不同，

40、對配網(wǎng)保護(hù)的影響也不一致，但是嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致配網(wǎng)保護(hù)完全失去配合和保護(hù)功能[6]。</p><p>　　配電網(wǎng)中一般會采用重合閘前加速保護(hù)動作，能夠快速切除瞬時(shí)性故障，提高供電可靠性。含有分布式電源的配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，若系統(tǒng)中的分布式電源不退出運(yùn)行，則分布式電源會持續(xù)向故障點(diǎn)供出電流，導(dǎo)致重合閘失敗，甚至?xí)U(kuò)大故障范圍。目前國內(nèi)外對含分布式電源配電網(wǎng)的保護(hù)多是基于通訊信息[7-8]，此類保護(hù)不僅要求對配電網(wǎng)安裝的較

41、多的新設(shè)備，經(jīng)濟(jì)成本很高，而且過度依賴于通訊設(shè)備，若通訊設(shè)備出現(xiàn)問題，保護(hù)就失去了作用。因而本文提出了一種基于本地信息的保護(hù)配置，并在微機(jī)型保護(hù)裝置平臺上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了該裝置能夠有效保護(hù)含分布式電源的配電網(wǎng)。</p><p>　　1.4 本文的主要工作</p><p>　　本文闡述了分布式電源的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，通過對不同類型分布式電源運(yùn)行方式的分析，對逆變型分布式電源進(jìn)行了模

42、型等效，并對逆變型分布式電源對配電網(wǎng)保護(hù)和自動重合閘裝置的影響進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和仿真驗(yàn)證，最后提出了相應(yīng)的解決方案。論文各章主要內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第1章概述了分布式電源對電網(wǎng)運(yùn)行的意義和它的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，介紹了分布式電源對配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的影響，并闡述了課題的研究意義。</p><p>　　第2章介紹了配電網(wǎng)的單電源輻射狀結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了電流三段式保護(hù)的原理、動作值整

43、定原則及動作時(shí)限的配合，最后介紹了重合閘裝置與保護(hù)裝置兩種不同的配合方式及其使用范圍。</p><p>　　第3章分對布式電源對配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)影響的進(jìn)行了定性分析。首先理論分析了DG以不同接入位置和不同容量接入配電網(wǎng)后對傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。然后通過MATLAB仿真軟件建立簡單的DG并網(wǎng)模型，對不同接入點(diǎn)情況下分布式電源對傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的影響進(jìn)行仿真驗(yàn)證。</p><p>　　第4

44、章針對含有分布式電源的配電網(wǎng)的繼電保護(hù)新特性，提出配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)新方案。首先介紹了自適應(yīng)保護(hù)方案，然后通過MATLAB仿真軟件建立簡單的含DG的配電網(wǎng)模型，驗(yàn)證該方案的可行性。</p><p>　　第2章 配電網(wǎng)保護(hù)</p><p>　　本章首先介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后詳細(xì)介紹了電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的原理及保護(hù)定值和動作時(shí)限的整定，最后介紹了自動重合

45、閘與保護(hù)裝置在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中的配合。</p><p>　　2.1 配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　電力系統(tǒng)的接線方式對于保證安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)地向用戶供電具有舉足輕重的作用。電力系統(tǒng)的接線包括發(fā)電廠的主接線、變電所的主接線和電力網(wǎng)的接線。電力網(wǎng)按其職能可以分為輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)絡(luò)。輸電網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是，將大容量發(fā)電廠的電能可靠而經(jīng)濟(jì)地輸送到負(fù)荷集中地區(qū)。對輸電網(wǎng)絡(luò)接線方式的主要要求是，應(yīng)

46、有足夠的可靠性，穩(wěn)定性，具有對運(yùn)行方式變化和系統(tǒng)發(fā)展的適應(yīng)性，并有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。配電網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是分配電能。配電網(wǎng)絡(luò)采用哪一類接線，主要取決于負(fù)荷的性質(zhì)。對于第一級和第二級負(fù)荷占較大比重的用戶，應(yīng)由有備用網(wǎng)絡(luò)供電，對于第三級負(fù)荷，則可以采用無備用接線。</p><p>　　配電系統(tǒng)在微電網(wǎng)接入前是輻射狀單端電源供電系統(tǒng)，饋線上的保護(hù)不需要安裝方向元件，且多為三段式電流保護(hù)，即電流速斷為電流I段保護(hù)，限時(shí)電

47、流速斷為電流Ⅱ段，定時(shí)限過電流保護(hù)為電流Ⅲ段保護(hù)[9]。</p><p>　　2.2 電流速斷保護(hù)</p><p>　　2.2.1 電流速斷保護(hù)原理</p><p>　　如圖2-1所示的輻射狀配電系統(tǒng)，假設(shè)所有線路上都安裝了電流速斷保護(hù)，以保護(hù)3為例來分析電流速斷保護(hù)的原理。</p><p>　　圖2-1 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)</p>

48、;<p>　　線路AB上發(fā)生故障時(shí)，流過保護(hù)3的電流會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流，當(dāng)故障電流大于保護(hù)3的起動電流時(shí)，該保護(hù)就會起動。若故障在電流速斷的保護(hù)范圍內(nèi)，則保護(hù)3跳閘。</p><p>　　但是，AB線路末端處發(fā)生短路和BC線路出口處發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)3的短路電流的大小幾乎是一樣的，因此，若AB線路末端短路時(shí)速斷保護(hù)3能動作，則BC線路出口處短路時(shí)，保護(hù)裝置3必然也能動作。而在后者發(fā)生故

49、障時(shí)，保護(hù)3是不應(yīng)該動作的。由此可見電流速斷是不能在保護(hù)線路全長的情況下瞬時(shí)動作切除本線路末端故障的，即電流速斷不能同時(shí)滿足選擇性和速動性。</p><p>　　當(dāng)速動性和選擇性產(chǎn)生沖突時(shí)，一般的解決辦法是優(yōu)先保證動作的選擇性，即整定保護(hù)裝置的起動電流時(shí)，保證裝置在下一條線路出口處短路時(shí)不起動。為了保證電流速斷保護(hù)動作的選擇性，所以其起動電流必須大于系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下被保護(hù)線路末端發(fā)生三相短路時(shí)的電流。仍以保護(hù)3

50、為例，其起動電流應(yīng)該滿足。</p><p>　　2.2.2 電流速斷保護(hù)定值整定及靈敏性校驗(yàn)</p><p>　　電流速斷保護(hù)是以電網(wǎng)中發(fā)生相間短路時(shí)流過的短路電流為基礎(chǔ)，來整定計(jì)算保護(hù)裝置的起動電流瓜的。當(dāng)被保護(hù)線路一次側(cè)流過的電流大于或等于起動電流時(shí)，安裝在該處的保護(hù)裝置就可以起動。以圖2-1所示保護(hù)3為例，其起動電流值可由式(2-1)計(jì)算出。</p><p>

51、;<b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中：是可靠系數(shù)，通常取。</p><p>　　電流速斷的動作時(shí)限可以認(rèn)為是機(jī)械機(jī)構(gòu)本身的動作時(shí)間，故其動作時(shí)間是非常小的。電流速斷保護(hù)的靈敏性是用保護(hù)范圍的大小來衡量的，此保護(hù)范圍用線路全長的百分?jǐn)?shù)表示。通常情況下，電流速斷的保護(hù)范圍不小于被保護(hù)線路全長的巧%。保護(hù)范圍的校驗(yàn)應(yīng)按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)的情況

52、來校驗(yàn)。最小保護(hù)范圍可用式(2-2)計(jì)算。</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)通常?。?lt;/p><p>　　：被保護(hù)線路總電阻；</p><p>　?。罕Ｗo(hù)安裝處到最小保護(hù)范圍末端之間的線路阻抗；</p><p>　?。合到y(tǒng)最小運(yùn)行方式下的最大等值

53、阻抗；</p><p>　?。合到y(tǒng)最大運(yùn)行方式下的最小等值阻抗。</p><p>　　由以上分析可以看出，電流速斷保護(hù)的選擇性是靠整定值的選取來滿足的。電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，動作迅速；缺點(diǎn)是保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，并且不能保護(hù)線路的全長。</p><p>　　2.3 限時(shí)電流速斷保護(hù)</p><p>　　由上面的分析知

54、，電流速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長。為了能夠保護(hù)線路全長，同時(shí)也作為電流速斷保護(hù)的后備保護(hù)，饋線上增加了限時(shí)電流速斷保護(hù)。限時(shí)電流速斷保護(hù)在任何情況下都可以保護(hù)線路全長，并具有一定的靈敏度，但是其動作時(shí)限較電流速斷保護(hù)長。假設(shè)圖2-1所示線路中都裝設(shè)了限時(shí)電流速斷保護(hù)，現(xiàn)對其保護(hù)原理進(jìn)行分析。</p><p>　　2.3.1 限時(shí)電流速斷保護(hù)原理</p><p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)要保護(hù)線

55、路全長，其動作范圍不可避免地會延伸到下一條線路中，為了在下一條線路出口動作時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)不誤動，即保證保護(hù)的選擇性，本線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)一定要與下一條線路的電流速斷保護(hù)進(jìn)行配合。以圖2-1所示的保護(hù)3的限時(shí)電流速斷保護(hù)為例，其起動電流應(yīng)滿足 (為保護(hù)2電流速斷保護(hù)的定值)。</p><p>　　2.3.2 限時(shí)電流速斷保護(hù)定值整定及，靈敏性校驗(yàn)</p><p>　　以圖2-1所

56、示的保護(hù)3的限時(shí)電流速斷保護(hù)為例，其起動電流值可按式(2-3)整定。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)，通常?。?lt;/p><p>　?。簽楸Ｗo(hù)2電流速斷保護(hù)的定值。</p><p>　　因?yàn)锳B線路的保護(hù)3的限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍與BC線路的保護(hù)2的電流速斷保護(hù)范圍配合，

57、所以其動作時(shí)限應(yīng)該比電流速斷保護(hù)動作時(shí)限高出一個(gè)時(shí)間階段。但是從提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的角度來看，保護(hù)動作時(shí)間應(yīng)該越小越好;為了保證保護(hù)的選擇性，限時(shí)電流速斷的動作時(shí)限通常取0.5s。</p><p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)是指在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，線路末端發(fā)生兩相故障時(shí)，流過保護(hù)裝置的電流與起動電流的比值。為了滿足在線路末端短路時(shí)保護(hù)裝置一定能有效動作，限時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏系數(shù)應(yīng)滿足。當(dāng)靈敏系數(shù)不滿足要求

58、時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步延伸本線路限時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍，使之與下一條線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)配合，仍以圖2-1中的保護(hù)3為例，此時(shí)起動電流和動作時(shí)限應(yīng)按式(2-4)整定。</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中：：保護(hù)2的限時(shí)電流速斷定值；</p><p>　?。罕Ｗo(hù)2的限時(shí)電流速斷動作時(shí)限。</p><

59、;p>　　一般取，可以看出，定時(shí)限電流速斷保護(hù)范圍的延伸，導(dǎo)致了保護(hù)動作時(shí)限的升高。裝設(shè)了電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)的線路，全線路范圍內(nèi)的任何故障都能夠在0.55的時(shí)間內(nèi)切除，在保護(hù)正常動作時(shí)是可以滿足速動性的要求的。因而電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)稱為線路的“主保護(hù)”。</p><p>　　2.4 定時(shí)限過電流保護(hù)</p><p>　　定時(shí)限過電流保護(hù)是考慮到保護(hù)或者斷路器有拒動的

60、可能性，為了保證保護(hù)的選擇性而裝設(shè)的后備保護(hù)。它既可以作為本線路的近后背保護(hù)，保護(hù)本線路全長；也可以作為遠(yuǎn)后背保護(hù)，保護(hù)相鄰線路的全長。以圖2-1所示系統(tǒng)為例，假設(shè)線路上都裝有定時(shí)限過電流保護(hù)。</p><p>　　2.4.1 定時(shí)限過電流保護(hù)定值整定</p><p>　　定時(shí)限電流保護(hù)的起動電流值是按照躲過線路最大負(fù)荷電流來整定計(jì)算的，如式(2-5)示。</p><

61、p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　式中：為可靠系數(shù)，一般取；</p><p>　　為自啟動系數(shù)，數(shù)值應(yīng)大于1；</p><p>　　為電流繼電器的返回系數(shù)，一般為。</p><p>　　保護(hù)1位于電網(wǎng)最末端，當(dāng)末端線路CD發(fā)生故障時(shí)，它可以瞬時(shí)動作切除故障，因此，保護(hù)1的動作時(shí)間可以整定為保護(hù)

62、裝置的固有動作時(shí)間。為了保證CD線路上短路時(shí)動作的選擇性，保護(hù)2的動作時(shí)限應(yīng)比保護(hù)1高一個(gè)時(shí)間階段。保護(hù)2的時(shí)限整定后，當(dāng)線路BC上發(fā)生短路時(shí)，它會以的時(shí)限切除故障，而為了保證保護(hù)3動作的選擇性，保護(hù)3的動作時(shí)限么應(yīng)該比保護(hù)2的動作時(shí)限高一個(gè)時(shí)間階段。由分析可知，定時(shí)限過電流保護(hù)的動作時(shí)間是呈階梯狀增長的，距離系統(tǒng)末端越遠(yuǎn)，保護(hù)的動作時(shí)間越長。</p><p>　　2.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)<

63、;/p><p>　　定時(shí)限過電流的靈敏性校驗(yàn)應(yīng)該從兩個(gè)方面進(jìn)行：作為線路的主保護(hù)或近后備保護(hù)時(shí)，靈敏系數(shù)凡胡為最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的電流與起動電流之比，一般要求；作為相鄰線路的遠(yuǎn)后背保護(hù)時(shí)，靈敏系數(shù)為最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的電流與起動電流之比，一般要求。</p><p>　　2.5 自動重合閘在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　配電系統(tǒng)

64、中的故障發(fā)生情況可以分為永久性故障和瞬時(shí)性故障，運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)表明架空線瞬時(shí)性故障發(fā)生的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于永久性故障。瞬時(shí)性故障消失后，合上斷開的斷路器就能快速恢復(fù)對用戶的供電。重合閘操作有手動重合閘和自動重合閘兩種，手動重合閘操作時(shí)間較長，會導(dǎo)致停電時(shí)間過長;而自動重合閘裝置則可以在斷路器成功跳開后，自動地將斷路器以較短的時(shí)間重合。配電系統(tǒng)作為單電源輻射狀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，使用的重合閘為三相一次重合閘，即故障發(fā)生后，線路三相全部跳開，經(jīng)一定延時(shí)然后

65、三相重合。重合閘與保護(hù)的配合方式有兩種:重合閘前加速保護(hù)動作和重合閘后加速保護(hù)動作。</p><p>　　2-2 配電網(wǎng)中的重合閘前加速分析圖</p><p>　　2-3 配電網(wǎng)中的重合閘后加速分析圖</p><p>　　重合閘前加速保護(hù)動作的基本思想是:如圖2-2所示，線路L-1上AB、BC和CD任一段發(fā)生故障時(shí)，都有保護(hù)3瞬時(shí)動作切除故障，此時(shí)保護(hù)不是有選擇

66、性地跳開故障線路，而是把故障線路所在饋線直接跳開，相當(dāng)于犧牲了選擇性來滿足速動性。重合閘延時(shí)到，安裝在保護(hù)3處的自動重合閘裝置動作，保護(hù)3重合。若故障為瞬時(shí)性故障且在重合時(shí)已經(jīng)消失，則線路恢復(fù)供電;若為永久性故障，則由電流Ⅲ段定時(shí)限過電流保護(hù)按動作時(shí)限根據(jù)選擇性把故障線路的斷路器跳開。重合閘前加速其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生了瞬時(shí)性故障時(shí)，保護(hù)裝置能夠快速跳開故障，在重合閘成功后迅速恢復(fù)供電，另外只需要在每條饋線上安裝一臺自動重合閘裝置，可用性

67、和經(jīng)濟(jì)性比較高。其缺點(diǎn)是當(dāng)故障為永久性故障時(shí)，故障切除時(shí)間變長。</p><p>　　重合閘后加速保護(hù)動作的基本思想是:如圖2-3示，每個(gè)保護(hù)處都安裝有一套自動重合閘裝置。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)有選擇性地跳開故障線路，然后進(jìn)行自動重合閘操作。若故障是瞬時(shí)性的，則重合成功;若故障是永久性的，則保護(hù)加速動作，立即切除故障。重合閘后加速保護(hù)動作的優(yōu)點(diǎn)是能夠保證有選擇性地切除故障線路，不會擴(kuò)大停電范圍;其缺點(diǎn)是自動重合

68、閘裝置需要安裝在每個(gè)斷路器處，成本較高。經(jīng)由上面的分析比較，可知重合閘前加速保護(hù)主要適用于35kV以下的配電系統(tǒng)，重合閘后加速保護(hù)則比較廣泛用于35kV及以上的系統(tǒng)及對重要負(fù)荷供電的情況下。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了配電網(wǎng)的單電源輻射狀結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)分析了電流三段式保護(hù)的原理、動作值整定原則及動作時(shí)限的

69、配合，接著介紹了重合閘裝置與保護(hù)裝置兩種不同的配合方式及其使用范圍。</p><p>　　第3章 分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響</p><p>　　本章首先進(jìn)行理論分析分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)對配電網(wǎng)保護(hù)的影響，然后利用仿真實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　3.1 理論分析DG對配電網(wǎng)短路電流的影響</p><p>　　分布式電源由于

70、其容量小,在配網(wǎng)中接入位置不確定,我們分別在終端線路和非終端線路的不同位置接入DG，分析不同情況下DG對各電流保護(hù)及其動作行為的影響。</p><p>　　3.1.1 終端線路引入DG</p><p>　　假設(shè)只在終端線路離母線A處(注x<1)引入DG,配電網(wǎng)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1　在終端線路引入DG</p><p

71、>　　DG對所在線路保護(hù)的影響。當(dāng)線路末端發(fā)生兩相短路故障時(shí):設(shè)系統(tǒng)S阻抗為；線路阻抗為；分布式電源和變壓器阻抗為并設(shè)，，速斷保護(hù)整定值按照線路末端短路有靈敏度的方法整定,可靠系數(shù)取,過流保護(hù)整定值按最大負(fù)荷電流整定，此處假定為1/2速斷整定值。在x取不同值時(shí)，線路末端發(fā)生兩相短路故障時(shí)，計(jì)算保護(hù)檢測到的故障電流值。</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

72、<p><b>　　（3-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　由圖3-1所示，當(dāng)終端線路末端點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，對于保護(hù)而言，引入DG后其感受到的故障電流小于引入DG前其感受到的故障電流，保護(hù)動作的靈敏度將降低,尤其在線路的某些位置，速斷保護(hù)根本無法啟動，形成速斷保護(hù)死區(qū),使線路故障不能及時(shí)切除

73、。</p><p>　　當(dāng)線路中間段點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)；當(dāng)線路中任意點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，如圖3-1所示，對于保護(hù)而言,引入DG前后，其感受到的故障電流均只由系統(tǒng)提供而不受DG影響。所以在當(dāng)線路中任意點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，DG對所在線路保護(hù)沒有影響。</p><p>　　相鄰線路任意點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)：繼續(xù)以上的參數(shù)值。若相鄰線路距母線處發(fā)生三相短路故障時(shí)，如圖3-1所示，假設(shè)3條線路具有相同的長度和單位阻抗,分布式

74、電源接在距離母線處，保護(hù)檢測到的故障電流值表達(dá)式為</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　如果故障發(fā)生在同一母線的相鄰線路，由于分布式電源的作用，保護(hù)K檢測到的故障電流值將有可能大于速斷保護(hù)整定值，而引起誤動作，使分布式電源所接線路無故障跳閘。應(yīng)該安裝方向繼電器，避免反方向發(fā)生故障時(shí)誤動作；DG越靠近母線,保護(hù)K檢測到的故障電流值越大，引

75、起誤動作的幾率也越大。</p><p>　　3.1.2 DG對相鄰線路保護(hù)K2的影響</p><p>　　如圖3-1所示，在DG所在線路的任意一點(diǎn)發(fā)生故障，保護(hù)感受不到DG提供的短路電流。當(dāng)線路任意點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)檢測到的故障電流值表達(dá)式為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　對于非終端線

76、路的速斷保護(hù)而言，由于DG的引入，使得其保護(hù)感受到的故障電流變大，在其線路出口處發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)可能誤動作，使停電范圍擴(kuò)大。.所以須校核其瞬時(shí)速斷定值，保證其可靠躲過該線路末端故障產(chǎn)生的最大三相短路電流，以免失去選擇性；若相鄰線路亦為終端線路，當(dāng)其發(fā)生故障時(shí)，其感受到的電流為系統(tǒng)和DG共同提供，其值大于DG引入前只由系統(tǒng)提供的故障電流，保護(hù)更加靈敏；DG的位置對相鄰線路速斷保護(hù)影響很小。</p><p>　　3.

77、1.3 非終端線路中引入DG</p><p>　　假如在非終端線路中的任意位置(含末端)引入DG,配電網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。</p><p>　　圖3-2 非終端線路引入DG</p><p>　　對保護(hù)的影響：當(dāng)在點(diǎn)，，發(fā)生故障時(shí)，DG對其沒有影響；當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),DG對其的影響類似終端線路引入DG時(shí)DG對相鄰線路保護(hù)的影響。</p><p>

78、;　　對保護(hù)的影響：在圖3-2所示所有故障情況下，DG對其的影響類似終端線路引入DG時(shí)DG對所在線路保護(hù)的影響。</p><p>　　對保護(hù)的影響：當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)感受到的故障電流變大，保護(hù)將變得更加靈敏；當(dāng)在點(diǎn)，，發(fā)生故障時(shí)，DG對其沒有影響。</p><p>　　3.1.4 非終端線路的轉(zhuǎn)供線中引入DG</p><p>　　假如在非終端線路的轉(zhuǎn)供線路L3

79、中的任意位置(含末端)引入DG,配電網(wǎng)絡(luò)如圖7所示。</p><p>　　圖3-3 非終端線路的轉(zhuǎn)供線中引入DG</p><p>　　對保護(hù)的影響：當(dāng)在點(diǎn)，，發(fā)生故障時(shí)，DG對其沒有影響；當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，DG對其的影響類似終端線路引入DG時(shí)DG對相鄰線路保護(hù)的影響。</p><p>　　對保護(hù)的影響：當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)感受到的故障電流變小，其過電流保護(hù)的靈敏

80、度降低，甚至拒動；當(dāng)在點(diǎn)，，發(fā)生故障時(shí),DG對其沒有影響。</p><p>　　對保護(hù)的影響：當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)感受到的故障電流變小，其速斷保護(hù)的靈敏度降低，甚至拒動；當(dāng)在點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，DG對其沒有影響；當(dāng)在點(diǎn)和發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)感受到DG提供的反向故障電流，保護(hù)可能誤動作。</p><p><b>　　3.2 算例分析</b></p><p&

81、gt;　　3.2.1 模型參數(shù)選擇</p><p>　　本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)為10kV配電網(wǎng)，其基準(zhǔn)容量為500MVA，基準(zhǔn)電壓</p><p><b>　　為10.5kV。</b></p><p>　　本文需要通過進(jìn)行短路電流計(jì)算來研究DG對配電網(wǎng)保護(hù)包括靈敏性、選擇性、可靠性的影響。而靈敏性主要靠最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路故障</p>

82、<p>　　來確定，保護(hù)范圍的主要靠最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路故障來確定，這兩種故障都沒有零序電流，因此配電網(wǎng)絡(luò)的線路、負(fù)荷參數(shù)只用正序等效阻抗</p><p>　　代替而不需要設(shè)置零序分量。</p><p>　　系統(tǒng)電源、線路、負(fù)荷參數(shù)選取如下：</p><p><b>　　(1)系統(tǒng)電源參數(shù)</b></p>&l

83、t;p><b>　　(2)線路參數(shù)</b></p><p>　　線路選取包括架空線路和電纜線路的混合線路。選取架空線路型號及參數(shù)：LGJ-120/25（鋼芯鋁絞線），R=0.27/km ，X=0.347/km。</p><p>　　選取電纜線路型號及參數(shù)：YJLV22-150/60（銅芯交聯(lián)聚氯乙烯電纜），R=0.259/km ，X=0.093/km。</

84、p><p>　　如圖所示，模型為含分布式電源的兩饋線的配網(wǎng)圖，饋線末端為負(fù)荷。</p><p>　　圖3-4 帶分布式電源的配電網(wǎng)模型圖</p><p>　　饋線1由兩段線路組成，AE為架空線路（4公里），EF為電纜線路（6公里）； AD段即為圖中的饋線2，AB、BC段均為2公里的架空線路， CD為電纜線路，長度為7公里。分布式電源在母線B處接入電網(wǎng)。結(jié)合單位線路參數(shù)

85、，可以得出各段線路參數(shù)表：</p><p>　　表3-3 各段線路阻抗參數(shù)表</p><p><b>　　(3)負(fù)荷參數(shù)</b></p><p>　　單條饋線上所帶負(fù)荷容量約4MW。</p><p>　　3.2.2 分布式電源模型的等效</p><p>　　目前的逆變型DG研究主要集中在負(fù)荷變

86、化時(shí)的輸出特性，包括有功、無功參考值，一般要求比較快速同時(shí)希望維持功率的能力良好。逆變器有電壓型和電流型這兩種控制方式。這兩種控制方式的基礎(chǔ)都是輸出功率保持恒定來建模。文獻(xiàn)[10]指出DG可以用恒功率模型來代替暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過程，在次暫態(tài)過程中有功、無功都會增加，這是由于沖擊電流的原因。通過上述分析可以認(rèn)為，維持故障前后輸出的有功和無功功率不變是最佳的逆變型DG的控制策略。通過快速調(diào)整變流裝置，所輸出的有功、無功功率都將在故障后兩周波之后達(dá)

87、到與故障前相同的穩(wěn)態(tài)，這樣可以忽略掉故障后1~2個(gè)周波內(nèi)有功、無功功率的變化。所以可以假定逆變型DG在故障后輸出功率不變來進(jìn)行短路電流計(jì)算，故障引起逆變型DG的響應(yīng)與受控電流源原理相同，接入點(diǎn)電壓下降后，其產(chǎn)生的電流將與電壓成反比。據(jù)此，可以由其模型替代接入電網(wǎng)。</p><p>　　另外大部分的逆變器的控制裝置都有一個(gè)電流限制裝置。這個(gè)限流裝置的作用是將當(dāng)輸出電流額定電流的2倍時(shí)，調(diào)整其輸出電流使它始終保持在2

88、倍的額定電流水平上，不過因?yàn)樵陴伨€故障時(shí)，如果DG自身的低電壓保護(hù)將迅速動作切除電源，這種情況是端電壓低于額定電壓的50%，而本文所研究的故障類型主要是非出口故障，即端電壓水平會維持在電壓額定電壓的50%以上，所以此時(shí)DG輸出的電流不會達(dá)到上述情況，符合恒功率的假設(shè)。根據(jù)以上理論將逆變型DG等效為恒功率模型：正常運(yùn)行時(shí)，由于DG的電壓支撐作用，由潮流確定其電壓、電流值；故障時(shí)，DG供出的電流與電壓值成反比，將升高，而電壓值降低。<

89、/p><p>　　3.2.3 配電網(wǎng)模型</p><p>　　圖3-4 配電網(wǎng)模型圖</p><p>　　配電網(wǎng)MATLAB仿真模型圖如圖3-4所示，主要包括三相電源，分布式電源模型，三相測量裝置，斷路器，線路，負(fù)荷等。</p><p>　　3.2.4 仿真驗(yàn)證</p><p>　　本節(jié)擬通過仿真軟件MATLAB對D

90、G對配電網(wǎng)的影響進(jìn)行仿真驗(yàn)證，先考慮無DG的情況。選取系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路的情況，即一般來說最惡劣的情況來進(jìn)行仿真驗(yàn)證。對于三相短路故障，可以完全用正序參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。</p><p>　　表3-4 各段線路末端發(fā)生三相短路時(shí)各保護(hù)處測得的電流。</p><p>　　根據(jù)表 4-2 得出的故障電流按照式（3-1）進(jìn)行各保護(hù)的電流速斷保護(hù)整定。電流速斷保護(hù)對被保護(hù)線路內(nèi)部故障的

91、反應(yīng)能力（靈敏性），通常用保護(hù)范圍來衡量。由于出現(xiàn)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路時(shí)，電流速斷的保護(hù)范圍為最小，因此一般用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下的兩相短路來校驗(yàn)保護(hù)范圍。通過對模型進(jìn)行大量仿真，可以得出各處保護(hù)的電流速斷保護(hù)整定值及保護(hù)范圍，如表 3-5 所示：</p><p><b>　　表3-5</b></p><p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)整定</p>&l

92、t;p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)用來切除本線路上電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，并與下一段的電流速斷保護(hù)相配合，整定方式按照式（3-3）進(jìn)行整定。另外，為了能夠保護(hù)線路的全長，限時(shí)電流速斷保護(hù)必須在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生兩相短路時(shí)具有足夠的反應(yīng)能力靈敏度，靈敏度校驗(yàn)按照式（3-4）計(jì)算。通過對模型進(jìn)行仿真，可以得出各處保護(hù)的限時(shí)電流速斷整定值及靈敏度，如表3-6所示：</p><p><b>　　

93、表3-6</b></p><p>　　定時(shí)限過電流保護(hù)的整定</p><p>　　正常運(yùn)行時(shí)，饋線 1、2上的最大負(fù)荷電流分別為 216A、214A。因此定時(shí)限過電流保護(hù)的整定值可根據(jù)式（3-5）確定：</p><p>　　當(dāng)DG接在母線B時(shí)，將故障點(diǎn)置于在短路點(diǎn)k1，故障類型為兩相短路。</p><p>　　表3-7 未接入D

94、G時(shí)k1發(fā)生兩相短路各保護(hù)處所測電流幅值表</p><p>　　表3-8 接入DG時(shí)k1發(fā)生兩相短路各保護(hù)處所測電流幅值表</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)在B母線處接入DG后，當(dāng)DG下游k1發(fā)生短路時(shí)，下游線路的保護(hù)1和保護(hù)2感受的故障電流均大于未接入DG時(shí)的故障電流，且隨著接入容量的增大，下游線路的故障電流增大，因此保護(hù)將變得更加靈敏。但當(dāng)DG容量達(dá)到一定值時(shí)，可能引起保護(hù)

95、誤動，使保護(hù)失去選擇性。</p><p>　　綜上所述，分布式電源下游的電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍會增大，嚴(yán)重時(shí)會延伸到下游線路上，與下游的電流速斷保護(hù)沖突，失去選擇性。同樣，限時(shí)電流速斷保護(hù)和過流保護(hù)也會出現(xiàn)失去選擇性的問題；由于分布式電源的存在，分布式電源上游的保護(hù)流過的電流將會減小，無法反應(yīng)其限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍內(nèi)的分布式電源下游故障，縮小了后備保護(hù)范圍。</p><p>　　將故障點(diǎn)置

96、于k2處，故障類型為兩相短路，檢驗(yàn)DG對電流保護(hù)靈敏性的影響。</p><p>　　表3-9 未接入DG時(shí)k2發(fā)生兩相短路各保護(hù)處所測電流幅值表</p><p>　　表3-10接入DG時(shí)k2發(fā)生兩相短路各保護(hù)處所測電流幅值表</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)DG接在B母線時(shí)，其下游線路發(fā)生短路，下游保護(hù)2處測得的故障電流增大，且隨著DG接入容量的增大，故障電

97、流變大，因此保護(hù)2變得更加靈敏。</p><p>　　DG上游保護(hù)3處測得的電流隨DG容量的增大而減小，因此定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏度降低，作為下一段線路的后備保護(hù)時(shí)可能拒動。</p><p><b>　　表3-11</b></p><p>　　DG接入母線C處，其上游線路保護(hù)2感受到的故障電流先減小，后反向增大。隨著DG注入容量的增大，保護(hù)3處

98、故障電流增大，當(dāng)DG容量達(dá)到一定值時(shí)，保護(hù)3的限時(shí)電流速斷保護(hù)才動作。因此，當(dāng)DG容量較小時(shí)，保護(hù)3不能及時(shí)動作使DG孤島運(yùn)行，需加裝方向保護(hù)并重新整定來切除故障線路，使DG孤島運(yùn)行。</p><p>　　當(dāng)分布式電源上游故障為瞬時(shí)性故障時(shí)，饋線2的前加速重合閘裝置將瞬時(shí)斷開并重合。但是由于故障點(diǎn)下游存在分布式電源，仍然給故障點(diǎn)提供短路電流，從而使故障點(diǎn)電弧繼續(xù)燃燒，導(dǎo)致重合閘失敗，饋線保護(hù)將按照原有的整定時(shí)限動

99、作，故障點(diǎn)很可能變?yōu)橛谰眯怨收稀６夜收宵c(diǎn)下游的分布式電源側(cè)使用原有的三段式電流保護(hù)配置并不合理，應(yīng)該在分布式電源上游的線路末端加設(shè)另一套保護(hù)和方向元件，以識別分布式電源向上游故障點(diǎn)供出的故障電流，從而可靠切除故障段。</p><p><b>　　相鄰線路故障</b></p><p><b>　　表3-12</b></p><

100、p>　　由仿真數(shù)據(jù)可知，當(dāng)DG接在B母線上時(shí)，k5三相短路，DG上游線路的保護(hù)3處測得電流隨DG容量增大而增大，當(dāng)DG容量達(dá)到一定值時(shí)，保護(hù)3可能誤動。</p><p>　　表3-13 未接入DG時(shí)AB線路k3（線路50%處）兩相短路</p><p>　　表3-14 接入DG后AB線路k3（線路50%處）兩相短路</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)DG

101、接在母線B時(shí)，其上游線路保護(hù)3處感受到的故障電流與未接入DG時(shí)相同，且DG容量變化時(shí)保護(hù)3處的故障電流不變，因此此時(shí)DG對其上游線路保護(hù)無影響。</p><p>　　表3-15 未接入DG時(shí)k4短路</p><p>　　表3-16 接入DG后k4短路</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)DG接在母線B時(shí)，其對相鄰線路AE的故障電流有較小的助增作用，且隨著DG接

102、入容量增大而增大，但增幅較小，所以DG對相鄰線路的影響較小。</p><p>　　DG位置變化時(shí)對短路電流的影響</p><p>　　保持DG容量為40MVA，當(dāng)DG在BC上移動時(shí)記錄電流幅值。</p><p>　　表3-17 K1短路</p><p>　　表3-18 K3短路</p><p>　　表3-19 K

103、4短路</p><p>　　由仿真數(shù)據(jù)可知，DG容量不變，短路點(diǎn)k1位于本線路下游，當(dāng)DG距離短路點(diǎn)距離越近時(shí)，對其下游線路的助贈作用越大，對其相鄰線路AE無影響；短路點(diǎn)k3位于本線路上游，DG距離短路點(diǎn)越近，對其上游保護(hù)2影響越大，對相鄰線路AE無影響；短路點(diǎn)k4位于相鄰線路AD上，當(dāng)DG距離短路點(diǎn)越近時(shí)，對相鄰線路影響越大。</p><p>　　通過分析不同故障情況下分布式電源對系統(tǒng)各

104、保護(hù)安裝處流過電流的影響并與配網(wǎng)現(xiàn)有的整定原則比較，可以得出如下結(jié)論：</p><p>　　(1)分布式電源所在線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，前加速重合閘裝置斷開后分布式電源繼續(xù)提供故障電流，從而可能導(dǎo)致重合閘失敗，擴(kuò)大停電范圍。</p><p>　　(2)分布式電源下游線路發(fā)生永久性故障時(shí)，分布式電源供出的助增電流可能會使其下游保護(hù)的保護(hù)范圍擴(kuò)大到下一段線路，失去選擇性；同時(shí)會導(dǎo)致分布式電源上游

105、保護(hù)的保護(hù)范圍縮短。由于對各處電流的影響程度是隨分布式電源容量變化而變化的，因此需要考慮根據(jù)注入容量進(jìn)行整定值自適應(yīng)調(diào)整的方案。</p><p>　　(3)分布式電源上游線路發(fā)生永久性故障時(shí)，希望故障線路的兩側(cè)均斷開以切除故障。但分布式電源供出的電流并不能使其上游的電流速斷保護(hù)快速動作隔離故障點(diǎn)。因此需要考慮在分布式電源上游的每一段線路兩側(cè)均裝設(shè)保護(hù)裝置，并加設(shè)方向元件以防止保護(hù)的誤動作。</p>

106、<p>　　(4)其它饋線發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，分布式電源不會對該饋線的自動重合閘和保護(hù)裝置產(chǎn)生不利的影響。但是分布式電源向故障點(diǎn)提供的故障電流會引起其所在饋線自動重合閘裝置的誤動作，并可能因?yàn)榉峭谥睾祥l而導(dǎo)致重合失敗，擴(kuò)大停電范圍。</p><p>　　(5)其它饋線發(fā)生永久性故障時(shí)，對于分布式電源所在饋線的上游保護(hù)而言，分布式電源向上游供出的故障電流有可能會引起上游限時(shí)電流速斷和定時(shí)限過流保護(hù)的誤動作

107、。因此需要考慮加設(shè)方向元件以防止誤動作。</p><p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)因?yàn)镈G的接入變?yōu)閺?fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致原有保護(hù)出現(xiàn)一系列問題，如靈敏度降低，誤動，拒動等。本章通過大量的仿真計(jì)算，分析了DG對饋線各處保護(hù)在DG的容量、類型及，線路上不同區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，不同接入點(diǎn)等情況下的不同結(jié)果的影響，本章還建

108、立了一個(gè)含DG的l0kV配電網(wǎng)典型模型，針對以上各種情況對饋線各處保護(hù)的影響進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明了理論分析的正確性。分析仿真結(jié)果表明：</p><p>　　(1)位于DG下游的保護(hù)故障點(diǎn)的短路由于DG的助增作用增大，造成各個(gè)保護(hù)的保護(hù)范圍延伸，失去選擇性；</p><p>　　(2)位于DG上游的保護(hù)，流過的短路電流和功率方向都可能變化，只在線路的一側(cè)裝設(shè)保護(hù)不能真正切除故障，必須要在對側(cè)裝