分布式发电L9 Voltage sags and Protection教材

1、分布式电源系统电压暂降与LVRT Voltage Sags and LVRT in Distribution System with DG 电压暂降与短时中断的发生n起因n大型负载或分布式电源的起动与停运；n电力系统内部故障；n雷电等自然灾害引发的故障；n与停电的关系n随着电力系统的加强，暂降问题更为突出。电压暂降与停电暂降发生示例暂降分布特性的描述暂降发生的件数电压暂降与短时中断的危害电压暂降对电磁接触器的影响电压暂降对气体放电灯的影响电压暂降对微处理器类设备的影响电压暂降对变频器的影响相位跳变带来的影响转子电流与定子电流转子电流与定子电流转矩转矩冲击；检测错误；保护误动；电压暂降与短时中断

2、的经济损失n一次电压暂降或短时中断可能造成数万至数百一次电压暂降或短时中断可能造成数万至数百万美元的经济损失；万美元的经济损失；n美国每年因这类电能质量问题造成的经济损失美国每年因这类电能质量问题造成的经济损失在在150亿至亿至240亿美元之间；亿美元之间；n中国抚顺炼油厂每年因这类电能质量问题造成中国抚顺炼油厂每年因这类电能质量问题造成的经济损失在的经济损失在3000至至5000万人民币元之间；万人民币元之间；n美国美国EPRI的预测电能质量问题的解决对应的的预测电能质量问题的解决对应的市场额度在市场额度在1000亿美元左右亿美元左右.50%,200ms 暂降对400家企业的影响分析电压暂降

3、与短时中断的描述n跌落幅度: Usag；n持续时间：tsagn相位跳变：jumpEN, IEC: 90% - 1% 电压突然降低,持续10ms-1min.IEEE: 90% - 10% 电压突然降低,持续10ms-1min电压暂降与短时中断电压有效值变化曲线05010015020000.20.40.60.811.2t(s)Vrms(volt)瞬时值录波图有效值计算图电压暂降与短时中断的标准nCBEMAnSEMIF47-0200n对启动电流的限制完善的标准还未形成完善的标准还未形成!电压暂降与短时中断的防范v减少故障数目、减少故障切除时间；减少故障数目、减少故障切除时间；v改变系统设计、使得当短

4、路故障发生时用户设备处改变系统设计、使得当短路故障发生时用户设备处的电压扰动最小的电压扰动最小; ;v提高用电设备对电能质量问题的抵御能力提高用电设备对电能质量问题的抵御能力; ;v在供电网络与用户设备间加装补偿设备；在供电网络与用户设备间加装补偿设备；v发挥分布式电源的作用。发挥分布式电源的作用。电压暂降与短时中断减缓技术SAG缓解缓解技术分类技术分类供电系统供电系统（DG)提高用电设备提高用电设备的抵御能力的抵御能力补偿措施补偿措施(DG)减少故障数目减少故障数目缩短故障缩短故障清除时间清除时间SSTS增大直流增大直流母线电容母线电容增大调制比裕度增大调制比裕度改变供电方式改变供电方式IP

5、SUPSDVR传统技术的局限性 1）响应速度 低；2）控制精度差 ；3）功能单一；4）造价低；5）运行维护简单 示例：示例：分接头调压分接头调压备用自动投切备用自动投切现代电能质量控制技术现代电能质量控制技术1）响应速度 快；2）控制精度高 ；3）多功能；4）造价高；5）运行维护需要一定的专业水平 示例：示例：SSTS电压暂降与短时中断防范的补偿措施用电设备能量处理环节信息处理环节控制UPSDVR延时跳闸分时启动SSTSSVRDVRUPSSSTS观看短片观看短片!含分布式电源的配电网故障行为n含分布式电源配网故障具有新的特征n低电压穿越（Low Voltage Ride-ThroughLVRT

6、) 的要求n孤岛问题；n保护配置问题。低电压穿越（Low Voltage Ride-ThroughLVRT)n当电网故障或扰动引起分布式电源并网电电压暂降时，在一定跌落范围内，分布式电源能够不间断并网运行。n无LVRT的影响：n对电网n对机组n国际组织及各国相应标准LVRT 标准示例德国E.ON Netz 公司的低电压穿越要求LVRT 的实现n硬件电路：CROWBARn控制策略：n光伏逆变器的输出电压跟踪控制；n风电机组的浆叶加速控制；输出电压跟踪控制示例DG短路电流与保护策略Short Circuit Current and Protection in DG System分布式电源与配网n传

7、统配电网一般都是单电源辐射型网络，继电保护也通常基于辐射型网络进行设计和整定。分布式电源接入配电网，将会改变其特性，使之变为双向甚至多向网络，改变配电网络潮流分布变化及故障时短路电流的大小和方向。因此，分布式发电的接入对必然会对配电网继电保护的性能产生很大的影响。 我国配电网继电保护的基本状况n我国110kV以下中低压配电网多为单电源供电的辐射型网络，其中性点多采用非直接接地方式，以保证单相接地故障发生时的持续供电。由于辐射型网络潮流固定为单向，因此配电网主保护一般由阶段式动作特性的电流保护担任，于变电站处安装三段式电流保护以维持配电网的安全运行。此外，由于送电线路的故障多具有“瞬时性”的特征

8、，在主馈线上安装自动重合闸装置，于线路断开后再尝试一次合闸能大大提高配电网的供电可靠性。DG类型与短路电流n通过逆变器并网的DG：n机端短路电流为额定电流的100400，持续时间取决于控制策略n具有独立励磁系统的同步DG：n短路初期几个周期：5001000；逐渐衰减到：200400；n感应式DG或者自励式同步DG：n短路初期几个周期：5001000；在10个周波内衰减到可忽略的数值。DG对配网保护的影响（1）n灵敏度降低：如果一个分布式电源接在离线路末端x处，当线路末端发生短路故障后，它将向故障点送出短路电流，减少了线路保护K检测到的故障电流值，从而降低了保护K的灵敏度。DG对配网保护的影响（

9、2）n相邻线路故障，分布式电源引起所在线路保护误动作。如果相邻线路故障发生在距离母线较近的部分，由于分布式电源的作用，保护K检测到的故障电流值将大于其整定值（无方向），而引起误动作，使分布式电源所接线路无故障跳闸。DG对自动重合闸的影响n分布式发电对重合闸的影响：当分布式电源接入配电线路分布式发电对重合闸的影响：当分布式电源接入配电线路后，如果线路因故障跳闸后，所形成的孤岛保持了功率和后，如果线路因故障跳闸后，所形成的孤岛保持了功率和电压在额定值附近运行，分布式电源极有可能在重合闸动电压在额定值附近运行，分布式电源极有可能在重合闸动作时没有跳离线路，这将产生两种潜在的威胁：作时没有跳离线路，这

10、将产生两种潜在的威胁：n非同期重合闸由于电网电源的失去，电力孤岛很难与非同期重合闸由于电网电源的失去，电力孤岛很难与电网保持完全同步。在电网电源跳开后至重合闸时的电网保持完全同步。在电网电源跳开后至重合闸时的这段时间内，两者之间的相角差可能出现在这段时间内，两者之间的相角差可能出现在0 0一一360360之之间的任何一个位置。非同期重合闸所产生冲击环流。间的任何一个位置。非同期重合闸所产生冲击环流。在此电流的作用下，线路保护可能发生误动作，而使在此电流的作用下，线路保护可能发生误动作，而使重合闸失去了迅速恢复瞬时故障的能力。重合闸失去了迅速恢复瞬时故障的能力。n故障点电弧重燃故障点电弧重燃:

11、:在失去电网电源后，但故障点仍然由在失去电网电源后，但故障点仍然由分布式电源维持故障电流。当进行重合闸时，由于电分布式电源维持故障电流。当进行重合闸时，由于电网电源的作用，可能引起故障电流跃变，引起故障点网电源的作用，可能引起故障电流跃变，引起故障点电弧重燃，导致绝缘击穿，进一步扩大事故。电弧重燃，导致绝缘击穿，进一步扩大事故。DG与自动重合闸控制 IEEE Std 929-2000: 要求DG必须在2s内检测出孤岛的发生并断开与电网的连接。由于自动重合闸装置的预定延时通常整定为0.51.5s，较孤岛检测标准的规定更快，因此即使具备反孤岛能力的DG也不能保证不对自动重合闸造成影响。如果DG能够

12、在自动重合闸之前迅速检出孤岛发生并主动停机，则自动重合闸能够顺利完成；如果DG不能在自动重合闸之前检出孤岛发生，则自动重合闸瞬间很有可能出现较大的冲击电流，从而导致合闸失败。自动重合闸与孤岛运行自动重合闸与孤岛运行DG与短路电流nDG的接入可能造成短路电流超过断路器遮断容量；n短路电流限值的措施：n发展高压配网,将低一级系统解列分片运行。n多母线运行或母线分段运行。n装设线路串联电抗器或母线分段电抗器。n采用高阻抗变压器等设备。n安装故障电流限制器。nDG采用定电流控制保护协调与渗透率n渗透率（准入功率）所受的限制为必须保证分布式电源接入系统以后，系统仍然能安全、经济、稳定地运行的电网最大DG接入功率。渗透率与很多运行参数有关，比如电能质量、短路保护、可靠性等。n分布式电源的渗透率与保护的要求：在满足继电保护可靠动作的要求下，配电线路允许接入的单台机组最大功率或当接入多台机组时，在满足保护要求的前提下，允许接入的最大安全容量。保护配置问题n保护