2013不同分布式电源位置对电流保护影响的分析

编号（学号）：13894008毕 业 论 文 （ 2013 届本科）题 目：不同分布式电源位置对电流保护的影响分析 学 院： 信 电 学 院 专 业： 电气工程及其自动化 姓 名： 田 凌 洋 指导教师： 田有文 副教授 完成日期： 2013 年 06 月 15 日毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目不同分布式电源位置对电流保护的影响分析下发任务日期 2012.10.01学生姓名 田凌洋 指导教师 田有文 副教授一. 论文（设计）主要内容本文首先对不同类型的分布式电源的特点及其并网后对电网的影响进行了分析，着重研究并建立了分布式电源处于配电网不同位置时的数学模型，比较了DG 的输出容量与接入位置的变化对线路保护的不同影响，并得出在不影响保护选择性和灵敏性的前提下，DG 所允许接入的位置与容量。进一步讨论了两个 DG中至少一个位于故障上游、邻侧及下游时对线路故障电流的影响，通过建立各种情况的数学模型，利用算例比较了两个 DG 之间容量和位置存在差别时对线路上故障电流影响的不同，以及两 DG 分别对短路电流影响的大小。2.论文（设计）的基本要求1 有关资料的收集：要求尽量收集第一手资料，资料要真实、可靠、有代表性。2 资料的整理与分析：要求条理清晰，数据分析详尽。3 查阅相关文献：要求贴近主题，有参考价值。4 认真撰写论文，字数在 10000 字以上。三.论文（设计）工作进度安排阶段 论文（设计）各阶段名称 日期1 搜集分布式电源数据并整理 2012.10.12012.10.312 数据的分析与处理 2012.11.12013.3.13 查阅相关文献 2013.3.22013.4.104 撰写论文初稿 2013.4.112013.5.315 论文修改 2013.6.12013.6.106 论文完成 2013.6.15备注：四.应收集的资料及主要参考文献（指导教师指定）1、配电网继电保护原理2、梁振锋, 杨晓萍, 张娉. 分布式发电技术及其在中国的发展J. 西北水电3、钱科军, 袁越. 分布式发电技术及其对电力系统的影响 J. 继电器, 20074、仿真分布式电源相关参数的研究资料5、吴蕾. 分布式电源对配电网保护的影响及对策D. 北京: 华北电力大学6、易新, 陆于平. 分布式发电条件下的配电网孤岛划分算法J. 电网技术说明：此任务由指导教师填写一式两份，一份发给学生，一份发给指导教师留存。沈阳农业大学毕业论文（设计）选题审批表选题名称 不同分布式电源位置对电流保护的影响分析 题目来源 自拟学号 13894008 姓名 田凌洋 专业 电气工程及其自动化指导教师 田有文 职称 副教授研 究内 容根据收集的现有资料，分析不同分布式电源在电网中不同位置对周围网络电流保护的影响，详细分析构成这些影响的因素，并提出有效方案解决这些影响带来的负面问题。研 究计 划搜集相关资料，根据目前分布式电源发展状况以及分布式电源处在电网中不同位置对电网构成的不同影响，分析概括构成影响的因素，最终总结出来。特 色 本文提出的方法，具有可行性，实用性，简单明了，便于操作。指 导 教 师 意 见教 研室意见学 院意见毕业论文（设计）指导记录学生姓名 田凌洋 专业 电气工程及其自动化指导教师姓名 田有文 职称 副教授 本年度指导毕业生人数 11论文（设计）题目 不同分布式电源位置对电流保护的影响分析时间 地点 指导内容指 导 过 程10 月 1 日10 月 31日11 月 1 日3 月 1 日3 月 22 日4 月 10 日4 月 11 日5 月 31 日6 月 1 日6 月 8 日6 月 14 日6 月 15 日农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322农工楼 322在老师的指导下，拟订论文题目收集文献资料整理论文资料讨论课题理论原理进行中期审核起草实体设计方案论文初稿形成帮助修改正文选材和格式修改文献综述摘要前言帮助修改外文翻译帮助制作、修改幻灯片答辩前的指导学生签字：年 月 日 指导教师签字：年 月 日教研室主任签字：年 月 日沈阳农业大学毕业论文（设计）考核表论文题目：不同分布式电源位置对电流保护的影响分析姓名：田凌洋 学号：13894008 专业：电气工程及其自动化指导教师评语：田凌洋同学在导师指导下，根据本课题组科研基础，对不同分布式电源位置对电流保护的影响分析进行了研究，较好完成了毕业论文计划。论文研究结果对生产实践具有一定理论意义和指导意义，明确了不同分布式电源位置对电流保护的相关影响。该生在本实验室从事毕业论文研究工作中，虚心好学、积极肯干，刻苦钻研，尊敬老师，动手能力较强，能充分利用学校网络资源查询相关研究资料，为论文工作的顺利完成进行了充分准备。论文写作规范，能够严格执行学校本科生毕业论文写作的有关规定，并表现出较高的电脑使用和文本编辑水平。该生论文达到了电气专业本科生毕业论文的要求和水平，同意进行毕业论文答辩。指导教师（签字）：年 月 日评阅人评审意见：该论文对不同分布式电源位置对电流保护的影响进行了研究，较好完成了毕业论文计划。论文研究结果对生产实践具有一定理论意义和指导意义，明确了不同分布式电源位置对电流保护的相关影响。论文写作规范，能够严格执行学校本科生毕业论文写作的有关规定，并表现出较高的电脑使用和文本编辑水平，达到了本科生毕业论文的水平。评阅人（签字）： 年 月 日注：答辩委员会意见除填写简要评语、给出成绩外，还要提出是否授予学位的建议。答辩委员会意见：主任委员（签字）：年 月 日成绩： 目 录摘 要 .1Abstract .2前 言 .31 分布式发电的概念 .42 配电网络继电保护原理 .52.1 继电保护的基本要求 .52.2 配电网保护基本原理 .63 分布式电源并网位置对配电网络电流保护的影响研究 .113.1 系统接入单个分布式电源的影响分析 .113.1.1 分布式电源下游发生故障的情况分析 .113.1.2 分布式电源上游故障的情况分析 .143.2 系统接入多个分布式电源的影响分析 .153.3 单个分布式电源的并网位置问题对保护的影响规律的研究 .163.4 多个分布式电源并网位置问题和并网次序方案的研究 .174 总结 .20参考文献 .21致谢 .23摘 要随着社会经济、科技的迅猛发展，人类对能源的需求也在随之不断增长。然而由于全球一次能源的日渐匮乏，分布式电源作为新一代的发电方式越来越受到人们的重视，并不断地发展成熟。分布式电源(Distributed Generation, DG)除了具有环保节能，经济灵活的优势外，其接入也会对配电网的运行方式、电压分布、继电保护、稳定性以及安全性等一系列问题产生影响。本文首先对不同类型的分布式电源的特点及其并网后对电网的影响进行了分析，着重研究并建立了分布式电源处于配电网不同位置时的数学模型，通过具体算例，比较了 DG 的输出容量与接入位置的变化对线路保护的不同影响，并得出在不影响保护选择性和灵敏性的前提下，DG 所允许接入的位置与容量。进一步讨论了两个 DG 中至少一个位于故障上游、邻侧及下游时对线路故障电流的影响，通过建立各种情况的数学模型，利用算例比较了两个 DG 之间容量和位置存在差别时对线路上故障电流影响的不同，以及两 DG 分别对短路电流影响的大小。随后综合各种限制条件建立了分布式电源准入容量的数学模型。关键词：配电网；分布式电源；继电保护；系统潮流；光伏电池；输出功率AbstractAlong with the rapid development of the social economy, science and technology,humans energy demand is also continue to increase. However, because of the growing global energy shortage, the distributed generation as a new way is getting more and more attention from people, and constantly developing to mature. DGs have many advantages such as environmental protection, energy conservation and economic flexible, but after they connect to the distribution network, they will impact such as the operating mode, the voltage distribution, relay protection, and stability and security of the grid, and so on.This paper firstly analyzes the different types of DGs, including their characteristics and influence to grid. Then the paper focuses on the study of the mathematical model that single DG connects to different location of the grid. Through the examples contrast, the paper compares the different effects of the current protection with the DGs different output capacity and access location, and get the allowed position and capacity of DG under the no impaction of the protection selectivity and sensitivity.Further, the paper discusses the influence of the fault current that least one of two DG connect to upper, downstream or adjacent side the fault, and establishes the mathematical model under various conditions. Then examples are used to compare the influences of fault current, as well as two DGs effect to the line current respectively. Then the mathematical model that the admittance capacity of the DGs connect to grid is built up under combined limited conditions.Finally, based on photovoltaic cells as a tangible model, this paper applies Matlab to built photovoltaic battery simulation model that connects to 10kV grid, and verifies the correctness and rationality of each simulation model. When single or multiple DGs connect to 10kV grid, because of the different position of the failure, they will change the power trend, and different lines short-circuit current, as will as support system nodesvoltage. The paper makes use of experiment to compare these effects, and the simulation results validate the former analysis that DGs will effect grids relay protect effection, and the system simulation model is also validated correctly.Keywords: Distribution network; Distributed generation; Relay protection; Power flow;Photovoltaic cell; Output power 前 言分布式发电(DG-distributed generation)是一种新兴的电力电源技术。分布式电源是指直接布置在配网或分布在负荷附近的功率为数千瓦至 50 MW 小型模块式的、与环境兼容的独立电源 1。DG 包括功率较小的内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池和风力发电等 2。分布式电源具有调峰、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益 3。因此在我国城镇中、低压配电网中获得了飞速的发展和越来越多的应用。而目前我国的中、低压配电网主要是单侧电源、辐射型供电网络,分布式发电接入配电网后,辐射式的网络将变为一种遍布电源和用户互联的网络,潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷.配电网的根本性变化使得电网中电流保护定值和机理发生了深刻变化 4。为了提高配电网的供电可靠性和供电质量,本文通过公式推导、图形对比,分析 DG 在不同位置对各电流保护及其动作行为的影响。1 分布式发电的概念美国 1978 年在公共事业管理政策中称“为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行,以分散形式布置在用户附近,发电功率为几千瓦到五十兆瓦的小型模块式且环境兼容的独立电源”为分布式发电。这是分布式发电的一般定义。从广义上讲,分布式发电也可以指安装在用户附近的发电设施而不论这种发电形式规模的大小和一次能源的类型。曾经在不同的国家对分布式发电有过不同的叫法,例如,在英国,习惯叫“嵌入式发电” ；在欧洲和亚洲部分国家习惯叫做“非集中式发电” ；在北美习惯叫做“分散式发电” 5-8。分布式发电根据不同的标准可以分为不同的类型,根据容量的大小分布式发电可以分为小型分布式发电(小于 100 千瓦)、中型分布式发电(100 千瓦到 1 兆瓦之间)、大型分布式发电(大于 1 兆瓦)三类 9-12；根据是否为可再生能源发电分为利用可再生能源的分布式发电和不利用可再生能源的分布式发电。利用可再生能源的分布式发电主要包括风力发电、太阳能发电、地热能发电、生物质能发电、小型水电和潮汐发电等。这类发电类型在分布式发电资源中占有的比重较高,但是它显著的缺点是这类发电一般都是间歇性资源,其出力受自然条件和地域环境的限制,地域依赖性很强,一般通过通过逆变器接入配电网络中,随着它们的装机容量在配电网系统的比重越来越大,对继电保护的影响将越来越显著。不利用可再生能源的分布式发电主要有往复式发电机、微型燃气机、热电联产和燃料电池等,这类发电在分布式发电资源中所占的比重较轻；根据并网接口方式可以分为电力电子逆变器接口和常规旋转电机接口两中类型,其中电力电子逆变器接口的分布式发电存在体积小、比重小、变换效率高、可靠性较高和电性能好等方面的优点 13-17。2 配电网络继电保护原理2.1 继电保护的基本要求配电网络在安全运行过程中会遇到各种各样的故障和不正常运行状态，一方面在故障情况下，系统的故障电流会很大，会危害故障设备和非故障设备,影响用户的正常工作,如果不及时发现故障并且切除故障线路和设备,会使事故进一步扩大,甚至导致系统震荡、电压崩溃等严重后果。另一方面,系统在各种各样不正常的状态,即电力系统中电气元件的正常工作遭到破坏,但没有发生故障运行状态。例如系统频率过高或者过低、过电压、过负荷、系统震荡等,如果不及时采取措施排除产生这类状态的原因,也会影响配电网络的安全稳定运行。所以配电网络需要配备继电保护技术和继电保护装置。继电保护技术是一个完整的体系,它主要包括电力系统故障分析、各种继电保护原理以及实现方法、继电保护的设计、继电保护运行及维护等技术。继电保护装置是完成继电保护功能的核心 18-21。继电保护装置就是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态,并动作于断路器跳闸或者发出信号的一种自动装置。在这些保护和自动控制装置中,用于保护电气元件的称为继电保护装置,用于保护电路系统的称为安全自动装置,在实际工作中,我们将两者统称为继电保护装置。继电保护就是用继电保护技术和由各种继电保护装置构成的继电保护系统。对于继电保护的性能的好坏,主要从它的基本要求来看。对于电力系统继电保护要求主要从反应故障状态的保护要求来阐述,因为反应不正常状态的保护要求一般低于反应故障状态的保护要求。对于反应电力系统故障而作用于断路器跳闸的继电保护,电力系统对其基本要求为具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性 22-24。(l)选择性选择性是指继电保护动作时,仅将故障元件或线路从电力系统中切除,使系统无故障部分继续运行，即故障点在区内是就动作,在区外是就不动作,使故障时停电面积最小。(2)速动性速动性是指继电保护以允许而又可能的最快速度动作于跳闸,断开故障元件或线路。保证速动性能带来几个方面的好处:1.提高系统的稳定性,防止系统的震荡；2.减少用户在低电压下的动作时间；3.减少故障元件的损坏程度,避免故障进一步扩大。但是速动性与选择性存在矛盾点,太快的话有可能失去选择性,所以一般对速动性有相应的规定,一般的快速保护动作时间为0.06一0.12s,最快可达0.01一0.04s。总之,一般在保证保护选择性的前提下来满足速动性。(3)灵敏性继电保护的灵敏性一般指在最不利的条件下,保护装置对故障的反应能力。对灵敏性一般用定量的方式来衡量,其中包括过量保护和欠量保护,对于反应于数值上升而动作的过量保护(如电流保护)为:（2-1）dzminlm 保保IK 保 护 的 动 作 参 数 值护 范 围对于反应于数值下降而动作的欠量保护(如低电压保护)为:（2-2）dmaxzlm U算 值路 时 故 障 参 数 的 最 大 计保 护 范 围 末 端 金 属 性 短保 护 的 动 作 参 数在不同的保护有其不同的灵敏系数,不过其值一般都大于1,灵敏系数越高,表明保护性能越好。(4)可靠性继电保护的可靠性是指保护在应动作时,不拒动；保护在不应动作时,不误动。可靠性是电力系统继电保护最基本的性能要求,只有在满足可靠性的前提下,保护的选择性、速动性及灵敏性才有实际意义。影响保护可靠性的因素存在内因和外因两个方面,内因包括装置本身的质量,外因包括运行维护水平和安装调试是否正确。以上四个基本有时候会相互矛盾,但总体上是相辅相成,协调统一的,总体上,一般以选择性为出发点,以满足选择性的前提下尽量缩短动作时间,尽量满足其速动性,以灵敏性来校验保护性能的优劣,可靠性则是保护的最基本、最重要的要求。2.2 配电网保护基本原理电力系统继电保护的基本原理就是找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征(差别),用一种原理来识别这些变化特征,且差别越明显,保护性能越好。我国目前的配电网系统大多数是单侧电源、辐射型配电网络,一般配置有传统的三段式电流保护,即:瞬时电流速断保护(电流 I 段)、限时电流速断保护(电流 II 段)和定时限过电流保护(电流 III 段),这三段保护相互配合,构成了主保护与后备保护,能够反映线路各种故障。配电网存在中性点直接接地时,应装设零序电流保护作为接地保护；其中性的采用非直接接地时,一般装设动作于信号的单相接地保护；对于其单侧电源的终端线路,一般采用反时限过电流保护,一般情况下,配电线路对配电网运行的安全稳定性的影响不大,允许限时切除故障,所以配电线一般采用简单的电流保护或者距离保护为主保护；对于非终端线路,馈线保护一般采用三段式电流保护与其他保护相配合；对非全电缆线路,还相应配置了三相一次自动重合闸装置,保证在馈线发生瞬时性故障时,快速恢复供电,提高系统供电的可靠性,然而,由于电缆线路的故障大多数是永久性故障,所以自动重合闸装置对电缆线路不适应 25。(l)电流速断保护所谓电流速断保护是指仅反应电流增大而能瞬时动作切除故障的保护,也称为无时限电流速断保护(电流 I 段)。其基本原理如图 2-1：图 2-1 电流速断动作特性分析以保护 2 为例,当本线路末端凡点短路时,希望速断保护 2 能够瞬时动作切除故障,当相邻线路的始端(习惯上称出口处)凡点短路时,根据选择性的要求,保护 2 电流速断应该不动作,由保护 1 的电流速断来切除该处的故障。为保证动作的选择性,必须从保护装置启动参数的整定上保证下一条线路出口处短路时不启动,所以一般情况下,电流速断保护只保护线路的一部分。根据这样的要求,其动作电流的整定原则为:保护装置的启动电流应按躲开下一条线路出口处通过保护的最大短路电流(最大运行方式下的三相短路电流)来整定。即：（2-3）max.1.BdkdzIKI其中可靠系数 。当然它的动作时限为零,其灵敏性用保护的范围大了3.121kK衡量。一般情况下电流速断保护应安最小运行方式下两相短路电流来校验,其最大的保护范围应大于 50%的线路全长,最小保护范围应大于 15%的线路全长。(2)限时电流速断保护限时电流速断保护是指能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障的保护(电流 II 段)。其要求要在任何情况下都能保护本线路的全长,切能快速切除故障,兼作电流速断保护的后备保护。其工作原理是:保护范围必然要延伸到下一条线路中去,当下一条线路出口处发生短路时,保护启动；为了保证其动作的选择性,保护就必须带有一定的时限,但是为了尽量缩短时限,其要求保护范围不超出下一条线路速断保护的范围(如果超过了这个范围,将出现与下一条线路的保护电流 II 段失去选择性的情况)。其动作电流的整定原则为:保护装置的启动电流应按照躲过下一条线路电流速断保护范围末端发生短路时最大短路电流(或躲过下一条线路电流速断保护的整定值)来整定，即:（2-4） 1.2.dzkdzIKI其中可靠系数为 。限时速断的动作时限应选择得比下一条线路电流速.11kK断保护的动作时限高出一个时间阶段。即:（2-5）t12t其中 的大小与断路器跳闸时间、时间继电器动作时间的误差、延时的惯性时间t等有关,一般取 0.55。为了保护线路全长,其灵敏系数一般采用最小运行方式下发生两相短路时短路电流来计算。即:（2-6）5.132.min1dzBIK(3)定时限过电流保护定时限过电流保护是指其起动电流按照躲过最大负荷电流来整定的一种保护装置(电流 III 段)。其作用主要是作为本线路主保护的近后备以及下一线路保护的远后备。其工作原理为:正常时不应该动作,短路时起动并以时间来保证动作的选择性。其动作整定原则为:按躲过本线路最大负荷电流来整定。同时保证在外部故障切除后,保护装置能够返回。即：（2-7）max.max.ax.fzqkzqhhfdzIKI保护装置的动作电流：（2-8）ax.dzfhzqkhII其中 为最大负荷电流 , 为返回电流, 为最大自启动电流 , 为返回系数,max.fIhImax.zq hK为可靠系数, 为自启动系数。定时限电流保护的动作时限的选择定时限电流保护kKzq的动作时限的选择性只有依靠使各保护装置带有不同的时限来满足,按阶梯性的原则整定,即 其动作时限与过电流大小无关。由于定时限过电流的保护要求是作为tt下上本线路的近后备保护和下一线路的远后备保护,所以其灵敏系数的计算也包括两个方面。作为近后备保护时,采用系统在最小运行方式下,本线路末端发生两相短路故障时的短路电流来校验。即： （2-9）3.1min.dlzIK本作为远后备保护时,采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路电流进行校验。即：（2-10）2.1min.dlzIK下电流 III 段保护的动作电流比电流 I、电流 II 段的动作电流小得多,其灵敏度比第I、II 段更高；在后备保护之间,只有灵敏系数和动作时限相互配合时,才能保证选择性；电流 III 段保护范围是本线路和相邻下一线路的全长；其动作时限按阶梯型来整定,即越接近电源,动作时间越长。从保护的性能角度而言,这是定时限过流保护最大的缺点。电流 I、电流 II 段或电流 III 段保护组成阶段式电流保护,由于它有简单、可靠且一般情况下可以满足快速切除故障的要求,所以广泛应用于 35kV 及以下的较低压配电网络中。但是它也有不可避免的缺点,由于保护定值的确定直接受电网接线方式和运行方式变化的影响,所以阶段式电流保护往往在保护范围或者是灵敏度上不能满足要求。(4)反时限过流保护反时限过流保护是一种跟故障电流大小有关的的保护。它最大的优点克服了定时限过流保护的缺点,即越接近电源,动作时间越短,因此,能够较快地切除近处故障。反时限过流保护的保护装置的动作电流也按照式(2 一 8)来整定,其动作时限也按照阶梯原则来确定，但是动作时限的整定和配合性确相对比较复杂。常用的反时限过流继电器的动作方程为：（2-11）1k4.0t2dzI其中 为继电器的动作电流,K 为保护的时间整定常数,I 为流过继电器的电流,t 为动dzI作时间。反时限过流保护主要用于单侧电源供电的配电网中,起主保护和后备保护作用。(5)自动重合闸电力系统的运行经验表明,架空线路的故障大都是瞬时性故障,在线路被继电保护迅速断开以、电弧熄灭后,故障点的绝缘强度重新恢复,外界物体(例如数字、鸟类等)也被电弧烧掉而消失。此时如果吧断开的线路再重新合上,就能够恢复正常的供电,所以,这类故障是瞬时性故障。而永久性故障是由于线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障。这类故障在线路断开后,它们仍然存在,及时合上电源,线路也会被系统的继电保护重新断开,因而是不能恢复正常供电的。由于架空线路的故障具备上述性质,且永久性故障占一般为 10%左右,在继电保护装置动作切除故障后,电弧将自动熄灭,绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复,为此,电力系统中采用了自动重合闸装置(AR),即断路器跳闸后,能够自动将断路器重新合闸的装置。这样就大大的提高了供电的可靠性和电力系统并列运行的稳定性,同时还增大了高压输电线路的送电容量,对断路器本身由于机构不良或者继电保护误动而引起的误动起到纠正的作用。为了能够尽量利用重合闸所提供的条件来加速切除故障,继电保护能满足配合性的情况下,一般采用两种方式来实现,即重合闸前加速保护和重合闸后加速保护。重合闸前加速保护重合闸前加速保护一般简称为“前加速” 。当线路上发生故障时,为了能够加速地切除故障,要求靠近电源侧的保护无选择性地瞬时动作以切除故障。过后再起动重合闸装置恢复供电,以纠正上述无选择性的动作。这种保护动作方式能够快速地切除故障,使瞬时性故障来不及发展为永久性故障,从而能够提高重合闸的成功率。使用的设备少,只需要装设一套重合闸装置,简单、经济。它的缺点是断路器的工作条件恶劣,动作次数较多,若重合于永久性故障时,切除时间较长,可能对系统造成二次冲击 26-27,一旦重合闸装置拒动,则停电范围有可能扩大。目前,重合闸前加速保护一般用于 35kV 以下由发电厂或重要变电站引出的直配线路上,以便快速切除故障保证母线电压,在这些线路上一般只装设简单的电流保护。重合闸后加速保护所谓重合闸后加速保护就是指当线路第一次故障时,保护有选择性地动作,然后进行重合,一般称其为“后加速” 。如果重合在永久性故障上,则断路器合闸后,保护加速动作,瞬时切除故障。后加速保护也有其优缺点,其优点是:1)第一次又选择性地切除故障,不会扩大停电范围；2)保证了永久性故障能瞬时切除,并仍然是有选择性的；3)和前加速保护相比,使用中不受网络结构和负荷条件的。现在,一般说来是有利无害的。其缺点是:l)每个断路器都得需要装设一套重合闸,接线不见复杂；2)第一次切除故障是带一定时限的。据其后加速保护的上述特点,“后加速”一般广泛用于 35kV 以上的网络和重要的输电线路中。因为这些线路都装设了比较完善的保护装置,所以第一次有选择性的切除故障的延时是系统运行所允许的,这样后加速保护就可以更快地切除永久性故障。3 分布式电源并网位置对配电网络电流保护的影响研究分布式电源接入配电网络后,使传统的配电网络从单电源辐射网络变成了一个多电源网络,从而改变了传统配电网系统的网络结构。当分布式电源接入后,其系统的潮流大小、流向和分布都将发生改变,传统配网中的继电保护和自动重合闸有可能要做出相应的调整,否则分布式电源会使配网系统无法快速地、准确地切除故障,进而影响电网系统和设备的安全稳定运行。分布式电源接入配网系统后对其原有保护产生影响的一个关键因素是分布式电源并网的位置不同。本节着重分析不同位置引入分布式电源后对其过流保护的影响。下面现假设故障点位置固定,分布式电源接入位置变动时研究分析 DG 接入位置对流过保护电流的规律，通过建立系统发生三相故障的等值电路模型，分析计算分布式电源对电流保护的影响。提出基于对保护影响最小情况下的最佳并网次序方案,为保护定值整定和分布式电源接入配网的设计规划提供一定的理论支撑。3.1 系统接入单个分布式电源的影响分析3.1.1 分布式电源下游发生故障的情况分析如图 3-1 所示,系统只接入 DG1,当分布式电源下游发生故障时(如图 3-1 中 k,点发生故障),保护 1、2、3、4 都要流过正向故障电流,对其影响分析如下:(1)对下游保护 1、2、3 的无时限电流速断保护影响分析。由于 DG1 也会产生故障电流,根据其短路电流分配机制的研究,对保护 1、2、3 的有助增作用,故流过它们的故障电流会增大,理论上提高了保护 1、2、3 的灵敏度,保护 1 会先于保护动作切除故障。但是由于保护 2 故障电流的增大,使其无时限电流速断保护范围扩大,如果保护范围延伸至下一段保护线路上,将与保护 1 的无时限电流速断失去选择性。如果是 点故障时,保2k护 3 与保护 2 之间也会存在类似的问题。图 3-1 含一个分布式电源的系统分析图但具体故障电流增加到多大才会使保护失去选择性,下面根据短路电流分配机制原理,进行定量的分析研究。在 DG1 未接入前,流过保护 1、2、3 的故障电流为,接入 DGI 后保护 1、 2、3 流过的故障电流假设为 ,其大LSLSXXEI1s 2kI小为 ,流过其 DGI 下游保护的故障电流增量 为：dg2kI kISdgSSk II2(3-1)LSSLDGLDGSLSL XXX 111根据电流速断保护的整定原理可知,在进行电流速断整定计算时,系统的电气元件都按照纯电抗进行等效计算,且取在系统最大允运行方式下的三相短路电流来整定,加上引入的可靠系数 ,故整定计算值是偏大的 ,而实际系统中保护范围就相对3.121kK偏小。由此本文根据文献 28-30的理论,认为如果分布式电源在失稳前向故障线路提供的短路电流增量 小于分布式电源接入前原来保护流过的故障短路电流的 10%,就认kI为分布式电源机组的接入对其电流速断保护就没有影响,如前面分析的那样,仅仅有助增作用,提高其灵敏度；如果分布式电源在失稳前向故障线路提供的短路电流增量大于分布式电源接入前原来保护流过的故障短路电流的 10%，就认为分布式电源机kI组的接入可能对其电流速断保护有影响，保护范围可能延伸至下一段保护线路上，使其与下段线路的电流速断保护失去选择性。如图 3-2 所示,当瓦点发生故障,保护1、2、3 短路电流能否大于 10%,可以根据 来确定,如果满足则认为 DGI 的SII%10k接入对其电流速断保护无影响。即: SSdgSk III%10 (3-2)LSSLDGLDGSLSL XXX11SL10化简可得：(3-3)DGLSLSXX10图 3-2 电源至故障点转移阻抗图在已知配电网络的参数和分布式电源参数的情况下，通过式（3-3）的计算，可以直观定量地判断 DGI 的接入对其下游保护的无时限电流速断保护是否产生影响了，为分布式电源并网时分析对电流保护的影响提供一定的理论参考。(2)对于保护 1、2、3 的限时电流速断保护影响分析。由于限时电流速断保护的范围必然要延伸到下一条线路中去,当下一条线路出口处发生短路时,保护启动；为了保证其动作的选择性,保护就必须带有一定的时限,但是为了尽量缩短时限,其要求保护范围不超出下一条线路速断保护的范围,如果超过了这个范围,将出现与下一条线路的保护电流 H 段失去选择性的情况。由于分布式电源对其的助增作用,保护 2 的故障电流过大会使其保护范围扩大,超过下一段保护的限时电流速断范围,导致保护失去选择性。(3)对下游保护 1、2、3 的过流保护影响分析。传统的配电网络为了简化保护配置,在电流保护方面一般设置电流速断保护和过流保护。为了尽快切除电源附近的故障,配电网中往往采用带反时限特性的过流保护 31-32,所以在此着重分析配网中的反时限过流保护,后面的保护方案也在此基础上提出。由第二章的反时限过流保护的原理可知,如果随着分布式电源容量的增加,流过保护 1、2 的故障电流就越来越大,保护 1 的动作时间就越来越小,从而保护 1、2 过流保护的动作时间间隔就越来越小,考虑到每一个继电器的固有动作时间不可能完全相同,所以保护 2 存在因故障电流增大而误动的可能性。分布式电源容量越大,对其下游保护贡献的短路电流就越大,保护 2 误动的可能性就更大。故分布式电源容量的大小对含分布式电源的配网的电流保护的选择性、灵敏性及可靠性起关键性的作用。(4)对上游保护 4 的电流保护影响分析。根据短路电流分配机制原理,系统支路电流变化量 为正数,流过的故障电流将小于不接 DG 时的故障电流。其保护范围将缩小,灵I敏度降低,保护有拒动的可能。由于保护范围的缩小有可能使其限时电流速断保护不能作为下一条线路的后备保护。DG 在不同的位置接入对其保护影响不同,在此根据分布式电源接入后系统中短路电流分配机制原理,以系统不同位置发生故障时对其保护的影响来分析。例如如果 故障,相比 故障而言,由于 DG 接入点到故障点的阻抗 变大,1K2 LX其他阻抗不变,进而 n 变小,使电流变量 变大,从而使系统支路电流变得更小,起保护I范围及灵敏度会进一步缩小。分布式下游其他点故障时,对系统电流保护的影响分析与 点故障时的分析类似。1K3.1.2 分布式电源上游故障的情况分析如图 3-1 所示,系统只接入 DGI 时,当分布式电源上游发生故障时(如图 3-1 中点发生故障),保护 1、2、3 没有感受到故障电流,但是流过保护 4 短路电流的会使4K保护动作切除故障,DGI 可以和下游负荷形成孤岛运行,但是 B 母线与故障点 之间没4K有保护,DG1 始终会给故障点提供短路电流。由于其保护能感受到故障电流的存在,一定时间内 DG1 会退出运行。如果允许孤岛允许,DGI 跟其下游负荷功率平衡,可以在母线 B反方向出口处再加装一个方向继电器,在气点故障时,保护动作切除故障,DGI 与下游负荷形成孤岛运行模。如果系统侧发生故障(如图中 点故障)时,将有反方向的故障电流流过保护 4,当6K故障电流大于整定值是,保护 4 将动作切除故障,这样 DG1 将与其下游的负荷形成孤岛,带来孤岛问题。3.2 系统接入多个分布式电源的影响分析图 3-3 含多个分布式电源的系统分析图当系统同时接入两个分布式电源时(如图 3-3 所示,同时接入 DG1、DG2),系统故障时传统的配电网系统的保护又会受到怎么样的挑战,下面将进行仔细分析。如图 3-3 所示,当 DGZ 下游故障时,只是故障电流大小发生了变化.分析同 3.2.1 类似。当分布式电源上游发生故障(如图 3-3 中 K 点发生故障)时,保护 4 应动作,理论上保护 3 不会误动作,但是分布式电源一直为故障点提供故障电流,对保护 4 重合闸产生严重影响。当系统侧故障(如图 3-3 中 K 点发生故障),保护 3、4 都流过反向的故障电流,设流过保护 3、4 的故障电流分别为 、 ,则其大小为 :3I4(3-4)2dg3IK(3-5)14I为了满足保护的选择性,在此情况下保护 4 应该先于保护 3 动作,这就必须满足以下要求： IIdgK134其中 是保护 3 和保护 4 同时动作时的电流差,从而就要求 DG1 的容量必须足够I大才能保持保护的选择性,进而说明了分布式电源容量的大小对保护之间的选择性起关键作用。总之,当系统接入多个分布式电源时,在所有的 DG 下游故障时,由于故障电流的增加,保护可能误动,保护的灵敏度增加,当在 DG 的上游故障时,每相邻两个保护的配合性可能无法保证,影响保护选择性的关键因素在于分布式电源贡献的故障电流的大小。3.3 单个分布式电源的并网位置问题对保护的影响规律的研究如图 3-1 所示,系统只接 DG1 时,D 母线出口处发三相短路故障时,系统的等值电路图 3-2 所示,参数物理意义： 为系统到 DGI 接入点的支路阻抗,戈、为 DG1 接入点SDX到故障点阻抗, 为 DG1 的短路阻抗。令分布式电源接入前的系统总阻抗为 ,其1DG *LX值为(3-6) DKSLX*已知：(3-7)DGSKSLDGKSLDS XXEI 21 *1图 3-4 单 DG 接入时下游发生三相短路故障等值电路图定义 DG1 对保护分支电流的影响因子函数为(3-8)12DKX,fDGSLSSX对 SDX求偏导,得出反映保护支路电流的变化率为:(3-9)1X*SD2fGLS令 ,即 时,函数 f 取最大值,f 的斜率最小,即 DGI 位置移动时保0SDXf*LS护感受到电流变化率最小。当 DGI 向两端移动时,系统支路电流的变化率增大,由式(3-7)可知,这是由于 DGI 接入位置变动时系统支路阻抗和总的短路阻抗的变化对其产生的影响。在 处,人达到极小值, 此时取最大值 ,对系统支路短路电流的影响2*LSDXI最大，保护的灵敏度最小。由二次型函数 f 性质可知,当在 处向两侧移动时,保护2LX支路感受到的故障电路变化率呈递增状态。所以在考虑分布式电源接入时,尽量避免在系统全阻抗 的中点处接入,在实际应用中,可以根据这个理论避开保护灵敏度最低点*LX接入分布式电源,使其对保护的影响最小。同时,如果 DG 的容量变大,根据分布式电源自身的短路阻抗的计算方法可知,其短路阻抗将变小,使得函数 f 的最大值变大,进而保护支路感受的故障电流进一步变小,灵敏度相对更低。所以大容量的 DG 相对小容量 DG在同一点的接入对其保护影响更大。3.4 多个分布式电源并网位置问题和并网次序方案的研究如图 3-3 当 DG1、DG2 同时接入系统时,D 母线出口处发生三相短路故障时系统的等值电路图如图 3-5 所示。其中 、 分别代表 DG1、DG2 接入点之前的系统侧合1SDX2成阻抗, 分别代表 DGI、DGII 接入点之后的负荷侧合成阻抗, 为 DG1 和21DKX、 12DXDG2 之间的阻抗, 分别为 DG1、DG2 的短路阻抗。根据多端口网络阻抗合成21G、原理,从短路点来看,k 的自阻抗为 , 之间的互阻抗为22k/SDGDKXZk,其中 分别为11211k SDGSDGXXZ 21、DG1、DG2 接入系统后系统支路的电流分支系数。设 DG1 接入后系统新的合成阻抗为 ,又因为1211/* DGSDLX,则 DG2 接入后系统支路的故障电流为:21*DKSLX(3-10)212121ka *DGLSLSD