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1、第1章 绪论21.1 课题研究背景及意义21.2 分布式发电技术及微电网介绍31.2.1 分布式发电技术概况31.2.2 分布式发电的优势41.2.3 分布式发电技术在国内外的发展51.2.4 微电网介绍71.3 分布式电源接入对配电网的影响81.4 本文的主要工作9第2章 配电网保护102.1 配电网的结构特点102.2 电流速断保护102.2.1 电流速断保护原理102.2.2 电流速断保护定值整定及灵敏性校验112.3 限时电流速断保护122.3.1 限时电流速断保护原理122.3.2 限时电流速断保护定值整定及，灵敏性校验132.4 定时限过电流保护142.4.1 定时限过电流保护定值
2、整定142.4.2 定时限过电流保护的灵敏性校验142.5 自动重合闸在配电系统中的应用152.6 本章小结16第3章 分布式电源对配电网继电保护的影响173.1 理论分析DG对配电网短路电流的影响173.1.1 终端线路引入DG173.1.2 DG对相邻线路保护K2的影响183.1.3 非终端线路中引入DG193.1.4 非终端线路的转供线中引入DG203.2 算例分析203.2.1 模型参数选择203.2.2 分布式电源模型的等效223.2.3 配电网模型233.2.4 仿真验证233.3 本章小结30第4章 含分布式电源的配电网保护方案314.1 含分布式电源的配电网保护的研究现状314
3、.2配电网自适应保护方案324.2.1 自适应保护简介324.2.2 已有的自适应电流速断保护方案334.2.3 含有DG配电网自适应保护方案344.3 仿真验证364.3.1 主要功能模块简介364.3.2 方向判断模块384.3.3 幅值判断模块384.3.4 含分布式电源的配电网继电保护方案仿真394.4 本章小结43结论44参考文献45致谢47 第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义能源在人类社会的发展过程中占有极其重要的地位，而依托于能源的电力系统更成为整个经济社会的基石。伴随着电力工业的快速发展，大量的能源被加以利用，而一些急待解决的问题也逐渐显现出来。例如，以煤为主要燃料的火力发
4、电会排放大量有害气体，给大气造成严重污染；而利用核能发电的核电站虽不会排放大量的有污染气体，但会产生核辐射，一旦发生核泄漏其造成的后果将不堪设想。另外，能源短缺问题也严重冲击着电力行业。仍然以燃煤火电厂为例，其赖以发电的燃料煤是一种不可再生能源，我国探明可直接利用的煤炭储量有1886亿吨，而人均储量仅有145吨，居世界第53位，按照人均年消费煤炭1.45吨，我国探明煤炭储量仅供开采100年左右。环境的不断恶化以及常规一次能源的短缺已经严重制约了当前电力系统的发展，而多件大停电事故的发生也对传统发电模式的安全稳定性提出严峻的挑战。目前国内外电力系统所采用的主要形式是以集中发电、远距离输电为主的传
5、统大电网形式。这种集中式大电网容量大、冗余性高、稳定性强。但随着人们对电能质量以及供电可靠性提出越来越高的要求，大电网自身所固有的缺陷也逐渐显现出来。例如，大电网中任何一处发生故障都可能影响到整个电网，严重时会引起连锁反应，导致整个电网大停电甚至全网崩溃，造成无法想象的后果。例如，2003年8月的美加大停电造成了美国八个州以及加拿大的安大略省的电力中断。2005年5月24日，莫斯科停电事故覆盖了莫斯科周边的25个城市1。2006年11月4日，欧洲大停电事故波及到了德国、法国、西班牙、意大利以及比利时等几个国家2-3。2009年11月10日，巴西和巴拉圭发生大面积停电事故，巴西国内6个州停电近4
6、个小时，6000万人生活工作受到影响4。2010年3月14日，智利因一台主变压器发生故障，导致包括圣地亚哥和地震重灾区康塞普西翁在内的大部分地区电力供应中断，影响了全国80%的人口。如上所述，环境的不断恶化以及常规一次能源的短缺已经严重制约了当前电力系统的发展，而多次大停电事故的发生也对传统发电模式的安全稳定性提出严峻的挑战。为此，以光伏发电、风力发电等一批可再生能源发电为代表的分布式发电技术（DG，distributed generation）得到了快速的发展。新能源的开发和利用，可以有效地减轻环境恶化和能源短缺所带来的种种压力，而将分布式发电技术应用到集中式大电网中，则可以进一步提高系统的
7、安全性和稳定性，弥补集中式大电网发电存在的一些缺陷。DG（分布式电源）与大电网联合运行，具有供电灵活性、可靠性和安全性等社会效益，还具有削峰填谷，降低网损，提高现有设备利用率等经济效益。然而，分布式电源接入配电系统后势必会改变配电网络的拓扑结构和潮流方向，并有可能变为多端电源的供电系统。现有的基于单端电源系统设计的配电系统保护装置必须作出相应的调整，否则分布式电源必将使配电网保护无法快速、准确的切除故障，甚至会对配电系统及其设备的安全稳定运行造成破坏。为了在新情况下保证保护的正确动作，有必要去研究新的保护方案，以消除分布式电源的接入对传统保护带来的影响，为分布式发电技术的广泛应用扫除技术上的障
8、碍。1.2 分布式发电技术及微电网介绍1.2.1 分布式发电技术概况国际大型电力系统委员会将分布式发电定义为:非经规划的或中央调度型的电力生产方式，通常与配电网联接，一般发电规模在50-l00MW之间4。目前，分布式发电可以理解为在非常靠近终端负载的地方、在低压电网中接入小型发电设备。分布式发电中的“分布”两字，既是相对于过去互不相连的小电源而言，也是相对于集中的大机组大电网而言。分布式发电技术将太阳能发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、地热能发电技术和其他高新科学技术结合在一起，实现了风能、太阳能等几种资源、地域之间的互补。对于电力系统而言，DG可以作为备用发电容量、削峰容量，也可以承
9、担系统的基本负荷。分布式发电技术包括光微型涡轮发电机、内燃机发电、光伏发电、风力发电、燃料电池发电、储能装置等。根据所使用的一次能源类型，DG可分为化石燃料发电（如内燃机等）、电化学装置发电（如燃料电池等）和可再生能源（如风力发电等）发电三种类型。分布式发电机单机容量一般在10MW以下。DG技术的应用对开发可再生能源起着促进作用，有利于减少环境污染，是非常清洁的发电方式，可以建立在居民区和商业中心。1.2.2 分布式发电的优势分布式发电技术以其高效、清洁、方便等特点引起了人们的广泛关注，通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点：(1)分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制
10、，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高； (2)分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充； (3)可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电,可大大减小环保压力； (4)分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低； (5)可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式发电车； (6)调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。 可以说，分布式发电作为
11、超高压、远距离、大电网供电模式的补充，具有很高的经济和社会效益。1.2.3 分布式发电技术在国内外的发展分布式发电技术具有很多优势，因此各国都非常重视分布式发电技术的开发和应用，其在国内外均得到了快速的发展。在美国，容量为1kW到10MW的分布式发电和储能单元正在成为未来分布式供能系统的趋势。分布式电源的高可靠性、高质量、高效率以及灵活性，可满足工业、商业、居住和交通应用等一系列要求。预计几年后，新一代的微汽轮机(10250kW)可以完全商业化，为调峰和小公司余热发电提供了新机会。美国能源部提出了以下几个涉及分布式发电技术的计划，包括燃料电池、分布式发电涡轮技术、燃料电池和涡轮的混合装置等。可
12、以预计，分布式发电技术将在美国得到相当的发展。在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网络需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约了这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限。在我国西北部广大地区风力资源十分丰富，例如内蒙古利用风力已经形成了年发电量1亿千瓦时的规模，除自用外还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中，除风力发电外还有
13、太阳能光伏电池、中小水电等，都是解决我国偏远地区缺电的好方法。在我国城镇，分布式发电技术作为集中供电方式技术不可缺少的重要补充，也将成为未来能源领域的一个重要发展方向。在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷三联产技术，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、供暖和制冷需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷三联产分布式供能系统的广阔市场。天然气进京和“西气东输”工程为发展小型热、电、冷联产开创了新的机遇。燃气冷热电联产作为合理利用天然气的最佳方式之一，已经在北京、上海、广州等城市开始发展，并建立了一批试点项目。光伏发电的容量可任
14、意组合，最适合分散使用。由于光伏发电成本高，大型集中式光伏发电站的经济性比较差，因此主要用于人口分散地区的离网独立发电和城市与建筑物结合的并网发电，最典型的就是屋顶光伏发电。近年来，欧盟、美国和日本等国家的并网光伏发电发展很快。2000年以来，并网光伏发电的新增容量已经超过了离网的分散光伏发电。目前中国的光伏发电主要还在远离大电网的偏僻地区作为分散电源应用，最近建成了一些城市并网光伏发电的示范项目，城市建筑光伏发电的应用市场也将逐步扩大。光伏发电小型分散的特点与分布式发电的特征一致。预计到2020年，中国无电地区分散电源、商业用途分散电源和城市并网型光伏发电的总量可达到100万千瓦5。我国小水
15、电的容量范围一般是5万千瓦以下的小型水电站。小水电资源分布广泛，有些与大电网并联运行，有些分散独立运行。基本上以满足当地电力需求为主，大部分属于分布式发电。另外许多地区人口分散，电力消费水平低，可以用微水电解决电力供应，微水电也是典型的分布式发电。小水电和微水电供电可节省大电网供电的远距离输电线路投资，减少电力损耗，提高能源利用效率，对电力消费总量很低的偏远山区而言，不失为一种经济合理的供电方式。我国小水电资源极其丰富，可开发量约1.3亿千瓦，居世界首位。到2002年底，小水电装机达到3104万千瓦，向边远地区提供了大量廉价的电力。2003年启动的“小水电代燃料”工程，将进一步推动我国小水电的
16、发展。国家计委于2002年启动的“送电下乡”工程,也是利用可再生能源发电来解决西藏、青海、四川、新疆等西部省(区)边远地区的生活用电问题。风力发电已经发展成为除水力发电之外最可靠和清洁的发电方式。它不消耗物质资源；不污染环境；建设周期短；而且安装一台便可投产一台，装机规模灵活，为筹集资金带来便利；运行简单，可完全做到无人值守；实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风场约1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用；对土地的要求低，在山丘、海边、荒漠等地形条件下均可建设。一般作为分布式电源的风力发电机组都是微型或小型的。在小型风电机组的生产和应用方面，我国进步很快，以15万台拥有量居世界首位。1.2
17、.4 微电网介绍由于每个国家的国情和发展现状不尽相同，各国对微电网也有不同的定义，其中以美国电气可靠性技术解决方案联合会（CERTS-Consortium for Electric Reliability Technology Solution）和威斯康辛大学所提出微电网的概念最具代表性，它也是被广泛接受的一种定义。具体地，它将微电网定义为是一个由负荷和分布式电源（一般小于或等于500kW）共同组成的独立可控系统，可以同时提供电能和热能，实现热电联供；而且微电网内部的电源主要有电力电子器件负责进行能量的转换，并提供必要的控制措施；相对于外部大电网，微电网可以看作是一个单一的受控单元，可以同时满
18、足用户对电能质量和供电安全可靠性等方面的要求。另外，欧盟也给出了微电网的定义，它指出微电网是一种充分利用一次能源，可实现冷、热、电三联供，利用电力电子装置对微电网中的能量进行调节，并连接到低压配电网的系统。日本则将依赖于传统技术进行供电的独立电力系统也并入到微电网的概念当中，这使得微电网的定义范围大大扩展。例如日本三菱公司按照规模的大小将微电网分为三类：发电容量在1000MW左右的为大规模微电网，主要以煤和石油作为燃料；发电容量在100MW左右的为中规模微电网，主要以煤、石油以及可再生能源作为燃料；发电容量在10MW左右的为小规模微电网，其燃料主要是可再生能源。微电网整体呈辐射状结构，其基本组
19、成单元一般为发电装置（即一些分布式电源）、储能装置、隔离装置、保护控制装置、负荷以及一些配电线路等。微电网内的分布式电源大多是混合的，包括各种各样的类型；而且其一般通过单点接入电网，对外部电网呈一个独立的可自我控制的个体。这样可以利用不同分布式电源之间的优势互补，使能源利用更加充分，同时也方便了配电网的运行和管理。微电网有两种运行模式：并网运行模式和孤岛运行模式，即微电网可以作为配电网的一部分，通过电力电子装置并网运行；同时由于它具备自行管理内部能量供求关系的能力，因此又可以脱离主电网孤岛运行，从而继续维持对微电网内负荷的供电。通过一定的控制策略，两种运行模式之间可以实现平滑切换。这是微电网的
20、一个主要特点，也是其最大优势的体现。作为分布式发电技术的一种发展，微电网同样也具备分布式发电所具有的一些特点和优势，比如可以减少对常规能源的消耗，提高能源利用的效率，减轻对环境的污染；可以提高用户的供电可靠性，并且对电力系统还可以起到调峰作用等。正是由于具有上述的一些特点，虽然微电网的概念提出的时间并不长，但是却得到了飞速地发展，世界各国对其研究发展均表现出了极大的兴趣，并已经成为许多国家未来电力发展战略的重点之一。微电网不仅很好地解决了分布式电源大规模并网的问题，而且充分发挥了分布式电源的效能，同时也带来了许多其它的效益。可以说，微电网是利用可再生能源发电的最佳途径，代表着电力系统发展的新方
21、向，未来的配电网将会是大量微电网的组合。需要特别指出的是，在研究故障情况下微电网并网后对配电网的影响以及相应的保护方案时，由于微电网要向故障点供出短路电流，为了简化计算，可以将微电网看作是一个输出功率具有一定随机性的电源，即可以将其当作一个独立的分布式电源来进行研究。1.3 分布式电源接入对配电网的影响配电网的传统结构为单电源辐射状，这种辐射状结构的主要优点是系统接线简单，设备较少，可靠性高，经济性高。配电网的馈线保护主要采用电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护组成的三段式电流保护。通过不同动作定值和动作时间的配合，实现对配电网的保护。分布式电源接入配电网，改善了很多问题，但同时也带来
22、了很多麻烦。分布式电源接入电网可以改善电能质量、提高供电可靠性并能减少负荷丢失，但是也导致配电网控制、保护和动作越来越复杂。分布式电源能量的注入，改变了配网的单电源辐射状结构。而电流三段式保护是基于配电网的辐射状结构而整定的，所以分布式电源的接入必将影响配电网的原有保护配置。分布式电源接入容量、位置、种类的不同，对配网保护的影响也不一致，但是严重时会导致配网保护完全失去配合和保护功能6。配电网中一般会采用重合闸前加速保护动作，能够快速切除瞬时性故障，提高供电可靠性。含有分布式电源的配电网发生故障时，若系统中的分布式电源不退出运行，则分布式电源会持续向故障点供出电流，导致重合闸失败，甚至会扩大故
23、障范围。目前国内外对含分布式电源配电网的保护多是基于通讯信息7-8，此类保护不仅要求对配电网安装的较多的新设备，经济成本很高，而且过度依赖于通讯设备，若通讯设备出现问题，保护就失去了作用。因而本文提出了一种基于本地信息的保护配置，并在微机型保护装置平台上进行了实现，试验验证了该装置能够有效保护含分布式电源的配电网。1.4 本文的主要工作本文阐述了分布式电源的发展现状和应用前景，通过对不同类型分布式电源运行方式的分析，对逆变型分布式电源进行了模型等效，并对逆变型分布式电源对配电网保护和自动重合闸装置的影响进行了详细的理论分析和仿真验证，最后提出了相应的解决方案。论文各章主要内容安排如下：第1章概
24、述了分布式电源对电网运行的意义和它的发展历程及现状，介绍了分布式电源对配电网保护系统的影响，并阐述了课题的研究意义。第2章介绍了配电网的单电源辐射状结构，详细分析了电流三段式保护的原理、动作值整定原则及动作时限的配合，最后介绍了重合闸装置与保护装置两种不同的配合方式及其使用范围。第3章分对布式电源对配电网保护系统影响的进行了定性分析。首先理论分析了DG以不同接入位置和不同容量接入配电网后对传统配电网继电保护的影响。然后通过MATLAB仿真软件建立简单的DG并网模型，对不同接入点情况下分布式电源对传统配电网保护系统的影响进行仿真验证。第4章针对含有分布式电源的配电网的继电保护新特性，提出配电网自
25、适应保护新方案。首先介绍了自适应保护方案，然后通过MATLAB仿真软件建立简单的含DG的配电网模型，验证该方案的可行性。第2章 配电网保护本章首先介绍了传统配电网的结构特点，然后详细介绍了电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护的原理及保护定值和动作时限的整定，最后介绍了自动重合闸与保护装置在传统配电网中的配合。2.1 配电网的结构特点电力系统的接线方式对于保证安全、优质和经济地向用户供电具有举足轻重的作用。电力系统的接线包括发电厂的主接线、变电所的主接线和电力网的接线。电力网按其职能可以分为输电网络和配电网络。输电网络的主要任务是，将大容量发电厂的电能可靠而经济地输送到负荷集中地区。
26、对输电网络接线方式的主要要求是，应有足够的可靠性，稳定性，具有对运行方式变化和系统发展的适应性，并有助于实现系统的经济调度。配电网络的任务是分配电能。配电网络采用哪一类接线，主要取决于负荷的性质。对于第一级和第二级负荷占较大比重的用户，应由有备用网络供电，对于第三级负荷，则可以采用无备用接线。配电系统在微电网接入前是辐射状单端电源供电系统，馈线上的保护不需要安装方向元件，且多为三段式电流保护，即电流速断为电流I段保护，限时电流速断为电流段，定时限过电流保护为电流段保护9。2.2 电流速断保护2.2.1 电流速断保护原理如图2-1所示的辐射状配电系统，假设所有线路上都安装了电流速断保护，以保护3
27、为例来分析电流速断保护的原理。图2-1 传统配电系统线路AB上发生故障时，流过保护3的电流会远远大于正常运行时的负荷电流，当故障电流大于保护3的起动电流时，该保护就会起动。若故障在电流速断的保护范围内，则保护3跳闸。但是，AB线路末端处发生短路和BC线路出口处发生短路时，流过保护3的短路电流的大小几乎是一样的，因此，若AB线路末端短路时速断保护3能动作，则BC线路出口处短路时，保护装置3必然也能动作。而在后者发生故障时，保护3是不应该动作的。由此可见电流速断是不能在保护线路全长的情况下瞬时动作切除本线路末端故障的，即电流速断不能同时满足选择性和速动性。当速动性和选择性产生冲突时，一般的解决办法
28、是优先保证动作的选择性，即整定保护装置的起动电流时，保证装置在下一条线路出口处短路时不起动。为了保证电流速断保护动作的选择性，所以其起动电流必须大于系统最大运行方式下被保护线路末端发生三相短路时的电流。仍以保护3为例，其起动电流应该满足。2.2.2 电流速断保护定值整定及灵敏性校验电流速断保护是以电网中发生相间短路时流过的短路电流为基础，来整定计算保护装置的起动电流瓜的。当被保护线路一次侧流过的电流大于或等于起动电流时，安装在该处的保护装置就可以起动。以图2-1所示保护3为例，其起动电流值可由式(2-1)计算出。 (2-1)式中：是可靠系数，通常取。电流速断的动作时限可以认为是机械机构本身的动
29、作时间，故其动作时间是非常小的。电流速断保护的灵敏性是用保护范围的大小来衡量的，此保护范围用线路全长的百分数表示。通常情况下，电流速断的保护范围不小于被保护线路全长的巧%。保护范围的校验应按系统最小运行方式下两相短路时的情况来校验。最小保护范围可用式(2-2)计算。 （2-2）式中：可靠系数通常取； ：被保护线路总电阻；：保护安装处到最小保护范围末端之间的线路阻抗；：系统最小运行方式下的最大等值阻抗；：系统最大运行方式下的最小等值阻抗。由以上分析可以看出，电流速断保护的选择性是靠整定值的选取来满足的。电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速；缺点是保护范围受系统运行方式变化的影响，并且不能保
30、护线路的全长。2.3 限时电流速断保护由上面的分析知，电流速断保护不能保护线路全长。为了能够保护线路全长，同时也作为电流速断保护的后备保护，馈线上增加了限时电流速断保护。限时电流速断保护在任何情况下都可以保护线路全长，并具有一定的灵敏度，但是其动作时限较电流速断保护长。假设图2-1所示线路中都装设了限时电流速断保护，现对其保护原理进行分析。2.3.1 限时电流速断保护原理限时电流速断保护要保护线路全长，其动作范围不可避免地会延伸到下一条线路中，为了在下一条线路出口动作时，限时电流速断保护不误动，即保证保护的选择性，本线路的限时电流速断保护一定要与下一条线路的电流速断保护进行配合。以图2-1所示
31、的保护3的限时电流速断保护为例，其起动电流应满足 (为保护2电流速断保护的定值)。2.3.2 限时电流速断保护定值整定及，灵敏性校验以图2-1所示的保护3的限时电流速断保护为例，其起动电流值可按式(2-3)整定。 （2-3）式中：可靠系数，通常取；：为保护2电流速断保护的定值。因为AB线路的保护3的限时电流速断保护范围与BC线路的保护2的电流速断保护范围配合，所以其动作时限应该比电流速断保护动作时限高出一个时间阶段。但是从提高系统运行可靠性的角度来看，保护动作时间应该越小越好;为了保证保护的选择性，限时电流速断的动作时限通常取0.5s。限时电流速断保护的灵敏系数是指在系统最小运行方式下，线路末
32、端发生两相故障时，流过保护装置的电流与起动电流的比值。为了满足在线路末端短路时保护装置一定能有效动作，限时电流速断保护的灵敏系数应满足。当灵敏系数不满足要求时，应进一步延伸本线路限时电流速断的保护范围，使之与下一条线路的限时电流速断保护配合，仍以图2-1中的保护3为例，此时起动电流和动作时限应按式(2-4)整定。 (2-4)式中：保护2的限时电流速断定值； ：保护2的限时电流速断动作时限。一般取，可以看出，定时限电流速断保护范围的延伸，导致了保护动作时限的升高。装设了电流速断和限时电流速断保护的线路，全线路范围内的任何故障都能够在0.55的时间内切除，在保护正常动作时是可以满足速动性的要求的。
33、因而电流速断和限时电流速断保护称为线路的“主保护”。2.4 定时限过电流保护定时限过电流保护是考虑到保护或者断路器有拒动的可能性，为了保证保护的选择性而装设的后备保护。它既可以作为本线路的近后背保护，保护本线路全长；也可以作为远后背保护，保护相邻线路的全长。以图2-1所示系统为例，假设线路上都装有定时限过电流保护。2.4.1 定时限过电流保护定值整定定时限电流保护的起动电流值是按照躲过线路最大负荷电流来整定计算的，如式(2-5)示。 （2-5）式中：为可靠系数，一般取；为自启动系数，数值应大于1；为电流继电器的返回系数，一般为。保护1位于电网最末端，当末端线路CD发生故障时，它可以瞬时动作切除
34、故障，因此，保护1的动作时间可以整定为保护装置的固有动作时间。为了保证CD线路上短路时动作的选择性，保护2的动作时限应比保护1高一个时间阶段。保护2的时限整定后，当线路BC上发生短路时，它会以的时限切除故障，而为了保证保护3动作的选择性，保护3的动作时限么应该比保护2的动作时限高一个时间阶段。由分析可知，定时限过电流保护的动作时间是呈阶梯状增长的，距离系统末端越远，保护的动作时间越长。2.4.2 定时限过电流保护的灵敏性校验定时限过电流的灵敏性校验应该从两个方面进行：作为线路的主保护或近后备保护时，灵敏系数凡胡为最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流与起动电流之比，一般要求；作为相邻线路的远
35、后背保护时，灵敏系数为最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流与起动电流之比，一般要求。2.5 自动重合闸在配电系统中的应用配电系统中的故障发生情况可以分为永久性故障和瞬时性故障，运行资料统计表明架空线瞬时性故障发生的概率远远大于永久性故障。瞬时性故障消失后，合上断开的断路器就能快速恢复对用户的供电。重合闸操作有手动重合闸和自动重合闸两种，手动重合闸操作时间较长，会导致停电时间过长;而自动重合闸装置则可以在断路器成功跳开后，自动地将断路器以较短的时间重合。配电系统作为单电源辐射状结构的系统，使用的重合闸为三相一次重合闸，即故障发生后，线路三相全部跳开，经一定延时然后三相重合。重合闸与保护的配
36、合方式有两种:重合闸前加速保护动作和重合闸后加速保护动作。2-2 配电网中的重合闸前加速分析图2-3 配电网中的重合闸后加速分析图重合闸前加速保护动作的基本思想是:如图2-2所示，线路L-1上AB、BC和CD任一段发生故障时，都有保护3瞬时动作切除故障，此时保护不是有选择性地跳开故障线路，而是把故障线路所在馈线直接跳开，相当于牺牲了选择性来满足速动性。重合闸延时到，安装在保护3处的自动重合闸装置动作，保护3重合。若故障为瞬时性故障且在重合时已经消失，则线路恢复供电;若为永久性故障，则由电流段定时限过电流保护按动作时限根据选择性把故障线路的断路器跳开。重合闸前加速其优点是当系统中发生了瞬时性故障
37、时，保护装置能够快速跳开故障，在重合闸成功后迅速恢复供电，另外只需要在每条馈线上安装一台自动重合闸装置，可用性和经济性比较高。其缺点是当故障为永久性故障时，故障切除时间变长。重合闸后加速保护动作的基本思想是:如图2-3示，每个保护处都安装有一套自动重合闸装置。当系统中发生故障时，保护有选择性地跳开故障线路，然后进行自动重合闸操作。若故障是瞬时性的，则重合成功;若故障是永久性的，则保护加速动作，立即切除故障。重合闸后加速保护动作的优点是能够保证有选择性地切除故障线路，不会扩大停电范围;其缺点是自动重合闸装置需要安装在每个断路器处，成本较高。经由上面的分析比较，可知重合闸前加速保护主要适用于35k
38、V以下的配电系统，重合闸后加速保护则比较广泛用于35kV及以上的系统及对重要负荷供电的情况下。2.6 本章小结本章首先介绍了配电网的单电源辐射状结构，然后详细分析了电流三段式保护的原理、动作值整定原则及动作时限的配合，接着介绍了重合闸装置与保护装置两种不同的配合方式及其使用范围。第3章 分布式电源对配电网继电保护的影响本章首先进行理论分析分布式电源接入配电网时对配电网保护的影响，然后利用仿真实例进行验证。3.1 理论分析DG对配电网短路电流的影响分布式电源由于其容量小,在配网中接入位置不确定,我们分别在终端线路和非终端线路的不同位置接入DG，分析不同情况下DG对各电流保护及其动作行为的影响。3
39、.1.1 终端线路引入DG假设只在终端线路离母线A处(注x1)引入DG,配电网如图3-1所示。图3-1在终端线路引入DGDG对所在线路保护的影响。当线路末端发生两相短路故障时:设系统S阻抗为；线路阻抗为；分布式电源和变压器阻抗为并设，速断保护整定值按照线路末端短路有灵敏度的方法整定,可靠系数取,过流保护整定值按最大负荷电流整定，此处假定为1/2速断整定值。在x取不同值时，线路末端发生两相短路故障时，计算保护检测到的故障电流值。 （3-1） （3-2） （3-3）由图3-1所示，当终端线路末端点发生故障时，对于保护而言，引入DG后其感受到的故障电流小于引入DG前其感受到的故障电流，保护动作的灵敏
40、度将降低,尤其在线路的某些位置，速断保护根本无法启动，形成速断保护死区,使线路故障不能及时切除。当线路中间段点发生故障时；当线路中任意点发生故障时，如图3-1所示，对于保护而言,引入DG前后，其感受到的故障电流均只由系统提供而不受DG影响。所以在当线路中任意点发生故障时，DG对所在线路保护没有影响。相邻线路任意点发生故障时：继续以上的参数值。若相邻线路距母线处发生三相短路故障时，如图3-1所示，假设3条线路具有相同的长度和单位阻抗,分布式电源接在距离母线处，保护检测到的故障电流值表达式为 （3-4）如果故障发生在同一母线的相邻线路，由于分布式电源的作用，保护K检测到的故障电流值将有可能大于速断
41、保护整定值，而引起误动作，使分布式电源所接线路无故障跳闸。应该安装方向继电器，避免反方向发生故障时误动作；DG越靠近母线,保护K检测到的故障电流值越大，引起误动作的几率也越大。3.1.2 DG对相邻线路保护K2的影响如图3-1所示，在DG所在线路的任意一点发生故障，保护感受不到DG提供的短路电流。当线路任意点发生故障时，保护检测到的故障电流值表达式为 （5）对于非终端线路的速断保护而言，由于DG的引入，使得其保护感受到的故障电流变大，在其线路出口处发生故障时，保护可能误动作，使停电范围扩大。.所以须校核其瞬时速断定值，保证其可靠躲过该线路末端故障产生的最大三相短路电流，以免失去选择性；若相邻线
42、路亦为终端线路，当其发生故障时，其感受到的电流为系统和DG共同提供，其值大于DG引入前只由系统提供的故障电流，保护更加灵敏；DG的位置对相邻线路速断保护影响很小。3.1.3 非终端线路中引入DG假如在非终端线路中的任意位置(含末端)引入DG,配电网络如图6所示。图3-2 非终端线路引入DG对保护的影响：当在点，发生故障时，DG对其没有影响；当在点发生故障时,DG对其的影响类似终端线路引入DG时DG对相邻线路保护的影响。对保护的影响：在图3-2所示所有故障情况下，DG对其的影响类似终端线路引入DG时DG对所在线路保护的影响。对保护的影响：当在点发生故障时，保护感受到的故障电流变大，保护将变得更加
43、灵敏；当在点，发生故障时，DG对其没有影响。3.1.4 非终端线路的转供线中引入DG假如在非终端线路的转供线路L3中的任意位置(含末端)引入DG,配电网络如图7所示。图3-3 非终端线路的转供线中引入DG对保护的影响：当在点，发生故障时，DG对其没有影响；当在点发生故障时，DG对其的影响类似终端线路引入DG时DG对相邻线路保护的影响。对保护的影响：当在点发生故障时，保护感受到的故障电流变小，其过电流保护的灵敏度降低，甚至拒动；当在点，发生故障时,DG对其没有影响。对保护的影响：当在点发生故障时，保护感受到的故障电流变小，其速断保护的灵敏度降低，甚至拒动；当在点发生故障时，DG对其没有影响；当在
44、点和发生故障时，保护感受到DG提供的反向故障电流，保护可能误动作。3.2 算例分析3.2.1 模型参数选择本文系统设计为10kV配电网，其基准容量为500MVA，基准电压为10.5kV。本文需要通过进行短路电流计算来研究DG对配电网保护包括灵敏性、选择性、可靠性的影响。而灵敏性主要靠最大运行方式下发生三相短路故障来确定，保护范围的主要靠最小运行方式下发生两相短路故障来确定，这两种故障都没有零序电流，因此配电网络的线路、负荷参数只用正序等效阻抗代替而不需要设置零序分量。系统电源、线路、负荷参数选取如下：(1)系统电源参数(2)线路参数线路选取包括架空线路和电缆线路的混合线路。选取架空线路型号及参
45、数：LGJ-120/25（钢芯铝绞线），R=0.27/km ，X=0.347/km。选取电缆线路型号及参数：YJLV22-150/60（铜芯交联聚氯乙烯电缆），R=0.259/km ，X=0.093/km。如图所示，模型为含分布式电源的两馈线的配网图，馈线末端为负荷。图3-4 带分布式电源的配电网模型图馈线1由两段线路组成，AE为架空线路（4公里），EF为电缆线路（6公里）； AD段即为图中的馈线2，AB、BC段均为2公里的架空线路， CD为电缆线路，长度为7公里。分布式电源在母线B处接入电网。结合单位线路参数，可以得出各段线路参数表：表3-3 各段线路阻抗参数表线路阻抗值（）AB0.54+j
46、0.694BC0.54+j0.694CD1.813+j0.651AE1.08+j1.388EF1.554+j0.558(3)负荷参数单条馈线上所带负荷容量约4MW。3.2.2 分布式电源模型的等效目前的逆变型DG研究主要集中在负荷变化时的输出特性，包括有功、无功参考值，一般要求比较快速同时希望维持功率的能力良好。逆变器有电压型和电流型这两种控制方式。这两种控制方式的基础都是输出功率保持恒定来建模。文献10指出DG可以用恒功率模型来代替暂态和稳态过程，在次暂态过程中有功、无功都会增加，这是由于冲击电流的原因。通过上述分析可以认为，维持故障前后输出的有功和无功功率不变是最佳的逆变型DG的控制策略。
47、通过快速调整变流装置，所输出的有功、无功功率都将在故障后两周波之后达到与故障前相同的稳态，这样可以忽略掉故障后12个周波内有功、无功功率的变化。所以可以假定逆变型DG在故障后输出功率不变来进行短路电流计算，故障引起逆变型DG的响应与受控电流源原理相同，接入点电压下降后，其产生的电流将与电压成反比。据此，可以由其模型替代接入电网。另外大部分的逆变器的控制装置都有一个电流限制装置。这个限流装置的作用是将当输出电流额定电流的2倍时，调整其输出电流使它始终保持在2倍的额定电流水平上，不过因为在馈线故障时，如果DG自身的低电压保护将迅速动作切除电源，这种情况是端电压低于额定电压的50%，而本文所研究的故障类型主要是非出口故障，即端电压水平会维持在电压额定电压的50%以上，所以此时DG输出的电流不会达到上述情况，符合恒功率的假设。根据以上理论将逆变型DG等效为恒功率模型：正常运行时，由于DG的电压支撑作用，由
