畢業(yè)論文--分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響研究

1、<p>　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：電力工程系 </p><p>　學(xué)號學(xué)生姓名專 業(yè)班 級</p

2、><p>　題目題目名稱分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響研究</p><p>　題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計 （ ）；工程技術(shù)實驗研究型（ ）；理論研究型（ √ ）；計算機軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）</p><p>　題目類型1.畢業(yè)設(shè)計（ √ ） 2.論文（

3、 ）</p><p>　題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ √ ） </p><p>　主要內(nèi)容1. 了解分布式電源的發(fā)展情況2. 掌握現(xiàn)有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及保護的配置方案3. 分析分布式電源的加入對于現(xiàn)有配電網(wǎng)保護的影響4. 針對實例設(shè)計仿真方案并進行驗證</p><p>　基本要求1．遵守畢業(yè)設(shè)計期間的紀(jì)律，按時答疑；2．獨立完成設(shè)

4、計任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力；3．設(shè)計說明書一份（不少于2萬字），A0圖紙一張；英文資料翻譯不少于3千漢字；說明書要求條理清晰、文筆通順，符合畢業(yè)設(shè)計撰寫規(guī)范的要求；論文、圖紙中的文字符號符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　參考資料1．吳博，楊明玉，趙高帥. 分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響. 電工電氣，2011,102．自查相關(guān)資料</p><p>　周 次1—4周5—8周9—12周13

5、—16周17—18周</p><p>　應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)文獻資料；了解分布式電源的發(fā)展情況掌握現(xiàn)有配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及保護的配置方案分析分布式電源的加入對于現(xiàn)有配電網(wǎng)保護的影響針對實例設(shè)計仿真方案并進行驗證撰寫論文，準(zhǔn)備答辯</p><p>　指導(dǎo)教師：王云靜職 稱：講師2012年12月 25日系級教學(xué)單位審批：年 月 日</p><p><b>

6、;　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)今不論是國內(nèi)還是國外，電力用戶對供電可靠性環(huán)保性、節(jié)能性、靈活性等的要求越來越高，因此，傳統(tǒng)的化石能源的使用漸漸地不那么適合未來的電力行業(yè)。電力行業(yè)也迫切需要尋找可再生能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。而本文要介紹的分布式電源(Distributed Generation，簡稱DG)，就是這樣一個將風(fēng)能、太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)化為電能的中小型發(fā)電設(shè)備，非常符合現(xiàn)在電力行

7、業(yè)發(fā)展趨勢，在未來幾年內(nèi)，必定會被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　然而，分布式發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用對電力系統(tǒng)的操作和控制產(chǎn)生了很大的影響。其中很重要的一個方面就是它對配電網(wǎng)繼電保護的影響，傳統(tǒng)配電網(wǎng)是單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，但由于分布式電源的接入變?yōu)槎嚯娫摧椛錉罹W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使配電網(wǎng)原有的短路電流大小和方向發(fā)生了改變，這對傳統(tǒng)配網(wǎng)保護帶來了靈敏度降低甚至拒動、誤動等繼電保護問題。本文從其概念、意義、分類、運行方式和建模

8、這些方面介紹了分布式電源。分析了分布式發(fā)電對現(xiàn)有配電網(wǎng)繼電保護的影響,重點探討了分布式發(fā)電對三段式電流保護的影響,并應(yīng)用MATLAB軟件進行仿真驗證，最后根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)進行具體的分析驗證。</p><p>　　關(guān)鍵詞　分布式電源；配電網(wǎng)；三段式電流保護；繼電保護</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowa

9、days, whether domestic or foreign customers for power supply reliability, environmental protection, energy saving, flexibility of the increasingly high demand, therefore, the traditional fossil energy use is not so suita

10、ble for electric power industry in the future. The power industry is also an urgent need for renewable energy to replace the traditional fossil energy. This paper will introduce the distributed power supply (Distributed

11、Generation, referred to as DG), is renewable wind energy</p><p>　　However, distributed generation technology applied to power system has brought significant changes, also brings to the power system control a

12、nd operation. Among them, the impact of distributed generation on distribution network relay protection is an important aspect of distributed power distribution network access makes the traditional distribution network r

13、adial network from a single source to multiple power supply system, changed the original distribution network fault current level and direc</p><p>　　Keywords　 Distributed power; Distribution network; Three-s

14、tep current protection; Relay protection</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></

15、p><p>　　1.1 課題背景與意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 本文的主要工作6</p><p>　　第2章 配電網(wǎng)保護8</p&g

16、t;<p>　　2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點8</p><p>　　2.2 瞬時電流速斷保護8</p><p>　　2.2.1 瞬時電流速斷保護原理8</p><p>　　2.2.2 瞬時電流速斷保護定值整定及靈敏性校驗9</p><p>　　2.3 限時電流速斷保護10</p><p>　　2

17、.3.1限時電流速斷保護原理10</p><p>　　2.3.2限時電流速斷保護定值整定及，靈敏性校驗10</p><p>　　2.4 定時限過電流保護12</p><p>　　2.4.1 定時限過電流保護定值整定12</p><p>　　2.4.2 定時限過電流保護的靈敏性校驗12</p><p>　　

18、2.5 本章小結(jié)13</p><p>　　第3章 分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響14</p><p>　　3.1 在線路中間位置并入DG14</p><p>　　3.2 在線路末端位置并入DG16</p><p>　　3.3 本章小結(jié)18</p><p>　　第4章 MATLAB仿真19</p&g

19、t;<p>　　4.1 MATLAB簡介19</p><p>　　4.2 分布式電源并網(wǎng)模型19</p><p>　　4.3 模型參數(shù)的設(shè)置20</p><p>　　4.4 仿真波形展示23</p><p>　　4.5 仿真中遇見的問題26</p><p>　　4.6 本章小結(jié)29</p

20、><p>　　第5章 仿真結(jié)果分析30</p><p>　　5.1 分布式電源下游發(fā)生故障30</p><p>　　5.1.1 對下游保護的影響30</p><p>　　5.1.2 對上游保護的影響31</p><p>　　5.2 分布式電源上游發(fā)生故障31</p><p>　　5.3 本

21、章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié)論33</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p><

22、;b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景與意義</p><p>　　2000年以來，人類越來越獲得經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的雙贏。經(jīng)濟和社會的持續(xù)地發(fā)展，必須要有良好的環(huán)境和能源永久的利用作保障。世界一些國家為了應(yīng)對這一形勢，均提出和執(zhí)行了開發(fā)可再生能源的政策和措施。由于化石燃料的日益枯竭和全球氣候變暖問題，加之利用可再生能源發(fā)電在電力生產(chǎn)過程中不

23、用消耗化石燃料、所排放的廢氣廢水都比較少，因此對分布式電源(Distributed Generation，簡稱DG)的利用成為了當(dāng)前的研究重點[1]。</p><p>　　當(dāng)今世界的電網(wǎng)主要還是以集中的大型發(fā)電、大電網(wǎng)互聯(lián)和高壓遠距離輸電作為主要的運行方式。但是由于用戶供電需求的多樣化和安全性要求越來越苛刻，因此遠距離高壓輸電系統(tǒng)顯得很“笨拙”和“脆弱”。例如典型互聯(lián)電力系統(tǒng)中局部事故的發(fā)生會擴散到整個電力網(wǎng)絡(luò)，

24、例如，可能引起大面積停電甚至是電網(wǎng)的全面崩潰；系統(tǒng)電力負荷的變化不能很好地反饋給大電網(wǎng)，造成發(fā)電效率低下，進而造成整個經(jīng)濟效益不夠理想；同時大電網(wǎng)發(fā)電還會帶來嚴(yán)重的環(huán)保問題。因此，著重分析DG并入對電網(wǎng)繼電保護的影響對各地豐富的可再生能源的利用和我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略的實施具有非常大的推動作用[2]。</p><p>　　分布式電源的迅猛發(fā)展，將逐步和傳統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)電融為一體，一起為未來電力系統(tǒng)做貢獻。分布式電源有

25、很多優(yōu)勢，但在分布式電源擁有很多的優(yōu)勢的同時，它也存在著許多技術(shù)難題，在繼電保護方面存在很多挑戰(zhàn)，分布式電源的接入使傳統(tǒng)的單電源輻射狀配電網(wǎng)變成了一個電源和負荷的多電源系統(tǒng)，改變了配電網(wǎng)輻射狀的結(jié)構(gòu)，改變了配電網(wǎng)的潮流大小和方向，對系統(tǒng)的運行和繼電保護保護產(chǎn)生了一系列的影響[3]。尤其是對配電網(wǎng)的繼電保護影響最大，在某些嚴(yán)重情況下，它的并網(wǎng)運行可能危害整個配電網(wǎng)的安全運行。這樣就使得分布式電源的應(yīng)用大打折扣，大大地損害了分布式電源所有者

26、的利益，同時也限制了分布式發(fā)電能源潛能的充分發(fā)揮，失去了自身獨特的優(yōu)點[4]。因此許多專家學(xué)者開始研究如何利用分布式電源在系統(tǒng)故障時不直接退出運行，而是允許分布式電源帶一部分負荷繼續(xù)運行。但是分布式電源并網(wǎng)運行后，會引起配網(wǎng)故障電流水平發(fā)生改變，會引起其保護誤動、拒動以及造成非同期重合閘而導(dǎo)致重合閘失敗，降低供電可靠性[5]。</p><p>　　與傳統(tǒng)的大型發(fā)電相比，分布式發(fā)電的主要優(yōu)點有：</p>

27、<p>　　(1) 分布式電源相對獨立，用戶可以根據(jù)自身需求自行控制用電；</p><p>　　提高了供電可靠性、安全性、穩(wěn)定性。當(dāng)含分布式電源的配電網(wǎng)發(fā)生意外災(zāi)害時，分布式電源可以保證本地用戶的正常供電；</p><p>　　分布式電源啟動停止簡單方便，一般可以直接連接到大電網(wǎng)或用戶，因此可以快速響應(yīng)負荷的需求，有助于系統(tǒng)調(diào)峰；</p><p>　　

28、分布式電源成本低，環(huán)保，裝置簡單?？梢詼p少大規(guī)模水力火力發(fā)電廠的建設(shè)進而節(jié)約了投資更加減少了環(huán)境污染；</p><p>　　減小傳輸?shù)木€路損耗。分布式電源就近向用戶供電，避免了輸電網(wǎng)長距離傳輸?shù)木€路損耗。[7]</p><p>　　盡管分布式電源具有上述許多突出的優(yōu)點，但DG滲透率技術(shù)的限制也給電力系統(tǒng)帶來了新的挑戰(zhàn)，比如，系統(tǒng)的調(diào)度、安全運行、保護和系統(tǒng)控制等，因此也提出了對電力系統(tǒng)的新

29、要求，在各種接入分布式電源的問題中，其中最主要難題之一就是分布式電源接入電力系統(tǒng)的繼電保護問題。當(dāng)大量的DG接入到現(xiàn)有的配電網(wǎng)之后，系統(tǒng)的潮流將會發(fā)生本質(zhì)的變化，并且短路故障電流水平也將發(fā)生變化，上述原因?qū)?dǎo)致配電網(wǎng)傳統(tǒng)的繼電保護不能起到良好的保護作用[8]。DG 接入對配電網(wǎng)繼電保護影響的研究是為新的繼電保護方案打好基礎(chǔ)，使得分布式電源在未來更加廣泛的使用，提高全民生活水平?，F(xiàn)今作為含分布式電源的配電網(wǎng)保護的一個發(fā)展方向的基于廣域信息

30、的保護方案，被認(rèn)為成功率較高且高效快速的方案。</p><p>　　綜上所述，并入分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護方案的研究才剛剛起步，目前并入DG的配電系統(tǒng)繼電保護方案還不成熟，造成分布式電源難并網(wǎng)問題顯得比較棘手，限制了分布式電源的應(yīng)用和推廣。總之，分析分布式電源對配電系統(tǒng)繼電保護的影響是非常重要、非常有意義的。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p&

31、gt;　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，受世界能源枯竭和全球氣候變暖的影響，世界各國越來越重視分布式電源技術(shù)的研究。就全球來看，分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在工業(yè)發(fā)達、用電量大的國家更加地成熟[9]。根據(jù)文獻[13]，2010年歐盟的22%的電能己經(jīng)在分布式電源提供；幾年內(nèi)，美國分布發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量占所有新增電網(wǎng)裝機總?cè)萘康陌俜种?；日本本國的自然資源也日益匱乏，所以提倡可再生能源的利用，從1

32、994年開始，日本就已經(jīng)制定了“新能源計劃”，當(dāng)時日本的太陽能發(fā)電就已經(jīng)達到了400MW，而到了2010年，這一數(shù)字變?yōu)榱?600MW；在澳大利亞的紐卡斯?fàn)?，由?lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究機構(gòu)設(shè)立的能源中心(CNC)正在建立中，CNC的作用為一些課題組提供能量方面的開發(fā)設(shè)施以及最新的研究成果，這幫助了100多個課題組，展示新能源技術(shù)應(yīng)用的方案[10]。很多國家的電力公司和生產(chǎn)發(fā)電設(shè)備的公司合作，比較經(jīng)典的是美國和DOE等官方機構(gòu)成立的研究分布式電

33、源的部門，這個部門研究很多方面，例如對分布式電源的應(yīng)用及其并網(wǎng)、對電力系統(tǒng)的影響等方面，并通過報告等形式進行了分析，為相關(guān)研究提供了技術(shù)和理論的支持[11]。國際電氣工程學(xué)會針對分布式電源接入配電系統(tǒng)</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng) DG 接入到配電系統(tǒng)以后，傳統(tǒng)的保護配置將受到很大的影響，某些元件有可能失去保護作用。因此，在研究DG接入配電網(wǎng)對繼電保

34、護的影響和尋找新的保護方案上，國內(nèi)外的專家學(xué)者做了大量的工作。在國外，對DG并入配電網(wǎng)中的繼電保護影響研究屬于起步階段，函待解決問題有很多，解決保護問題的相關(guān)文獻數(shù)量也不多。而且國外文獻中配電網(wǎng)多以24kV的中性點接地電網(wǎng)為主，相比而言，我國的配電系統(tǒng)是中性點非直接接地系統(tǒng)，因此不能直接照搬國外的研究成果，而應(yīng)該自主研究[13]。</p><p>　　文獻[1]中，簡述了分布式電源的概念以及分布式電源的特點，并結(jié)

35、合我國國情和電網(wǎng)特點，從資源情況、環(huán)境保護、國家政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向等四個方面分析幾個的現(xiàn)實中的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前提。文獻[2]中，在分析了DG并入電網(wǎng)后對繼電保護和自動重合閘的影響的基礎(chǔ)上，本文還提出了用允許式方向縱聯(lián)保護代替?zhèn)鹘y(tǒng)的距離保護，這種方法有利于并網(wǎng)變電站的實際可行性和供電可靠性的提高。文獻[3] 中，同樣也是先是介紹了DG的定義，再是詳細地介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護配置，然后搭建DG的接入配電網(wǎng)模型，詳細討論了配電網(wǎng)接入分

36、布式電源的位置不同時，給原有配電網(wǎng)繼電保護及自動重合閘的影響，在此基礎(chǔ)上還重點分析了不同位置發(fā)生短路故障時，對分布式電源的上游、下游及相鄰線路的短路電流大小、對傳統(tǒng)的三段式電流保護、距離保護的動作行為和時限特性配合的影響和自動重合閘的影響，給分布式電源并入配電網(wǎng)后的繼電保護算法研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。文獻[4]詳細地闡述了DG并網(wǎng)后，改變了原有配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而故障電流的大小、電流的流向等的也隨之改變。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了含DG的配電網(wǎng)

37、模型，通過仿真分析了分布式電源對故障電流的影響。文獻[5]</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，我國集中發(fā)電的供電網(wǎng)規(guī)模迅速發(fā)展壯大，但是這種發(fā)展所帶來的安全問題卻也是不容忽視的[14]。由于全國各地經(jīng)濟水平存在兩極分化，對于許多經(jīng)濟落后的農(nóng)村和山區(qū)特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠山區(qū)來說，要形成一定規(guī)模的、完善的集中式供配電系統(tǒng)需要巨額的資金和時間的投資，但是能源的缺乏卻導(dǎo)致了這種大型的供配電網(wǎng)絡(luò)很難在這些地方

38、建造和運行，因此在某種程度上這些地區(qū)電力的落后也嚴(yán)重制約了經(jīng)濟的發(fā)展，造成了兩極分化更加嚴(yán)重[15]。而分布式電源的出現(xiàn)，正好可以彌補大型的供配電網(wǎng)絡(luò)的局限性，非常適合在這些地區(qū)建立。比如，在我國西北部地區(qū)，風(fēng)力資源十分富裕，可以加以利用，像內(nèi)蒙古風(fēng)力發(fā)電的年發(fā)電量就達到一億千瓦，這些電量足夠本省用，還有裕量給北京部分地區(qū)供電，風(fēng)力資源屬于綠色無污染的綠色能源，利用風(fēng)力發(fā)電不僅可以大大減少化石能源的使用量，減少資金投入和環(huán)境壓力。能解決

39、我國農(nóng)村偏遠地區(qū)缺電的除風(fēng)力發(fā)電外還有中小型水電、太陽能光伏電池等可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)。我國未來能源領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向便是在城鎮(zhèn)山區(qū)發(fā)展分布式電源，輔助傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)。</p><p>　　除水力發(fā)電之外，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)發(fā)展成為最可靠、清潔、節(jié)能的一種發(fā)電方式。它建設(shè)時間短；不占用物質(zhì)資源；無環(huán)境壓力；而且裝機數(shù)量規(guī)模易變通，安裝幾臺便可實時投產(chǎn)幾臺，因此籌集資金便利，工作效率高；因為其運行方式簡單，無須

40、人為操作和監(jiān)控，可做到無人值守；占地面積小，發(fā)電機組、變電與監(jiān)控等建筑物僅占風(fēng)場約1%的土地，另外99%的場地仍可正常供給農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)使用；對土地的限制幾乎沒有要求，無論是在海邊、山丘還是荒漠等地形條件下均可投建。DG中，一般風(fēng)力發(fā)電機組都是微型或小型的。我國在小型風(fēng)力發(fā)電機組的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面以15萬臺擁有量居全球第一，可以看出進步突飛猛進[15]。</p><p>　　熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在分布式發(fā)電

41、技術(shù)中的應(yīng)用中是最為廣泛、前景最為明朗的一項技術(shù)，中國大部分地區(qū)的醫(yī)院、住宅、工廠、公用建筑及商業(yè)大樓等地方都存在一定的供暖、制冷和供電等需求，且一般都配有備用電源設(shè)備，這對于熱電冷三聯(lián)產(chǎn)分布式供能系統(tǒng)的應(yīng)用市場有很大的促進作用。小型熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)在“西氣東輸”工程和天然氣進京工程中得到了很好的應(yīng)用。燃氣熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)可以合理的利用天然氣，由于它的各種優(yōu)勢在全國各地大中城市都建有試點項目，例如廣州、上海、北京等。</p>

42、<p>　　除了風(fēng)力發(fā)電外，光伏發(fā)電也是一個很不錯的選擇。由于光伏發(fā)電可任意組合容量，非常適合分散使用，屋頂光伏發(fā)電就是一個非常典型的例子。由于光伏發(fā)電的分散性造成大型集中式光伏發(fā)電站的成本高、經(jīng)濟性差，因此在人口稀疏地區(qū)的非并網(wǎng)獨立發(fā)電用的較多，另外，還用在了城市與建筑物結(jié)合的并網(wǎng)發(fā)電。最近幾年，并網(wǎng)光伏發(fā)電發(fā)展較快的是歐盟、日本和美國等國家。自2000年之后，非并網(wǎng)的分散的光伏發(fā)電已經(jīng)不再是主流，并網(wǎng)光伏發(fā)電的已經(jīng)超越了非

43、并網(wǎng)的分散的光伏發(fā)電，尤其表現(xiàn)在新增容量上面。而在我國，光伏發(fā)電目前還是以非并網(wǎng)形式的分散的光伏發(fā)電為主，供給遠離大電網(wǎng)的偏遠地區(qū)使用，最近建成了一些城市并網(wǎng)光伏發(fā)電的示范項目，城市建筑光伏發(fā)電的應(yīng)用市場也將逐步擴大。光伏發(fā)電與分布式發(fā)電一樣都具有小型分散的特點。到2020年，分布式電源在中國的無電地區(qū)、商業(yè)應(yīng)用以及城市中的并網(wǎng)光伏發(fā)電的總量預(yù)計可達到100萬千瓦。</p><p>　　我國小型水電站的發(fā)電容量一

44、般小于5萬千瓦。在我國，水資源豐富而且分布廣泛，尤其是在我國的南部地區(qū)。有些小型水力發(fā)電站并入到大電網(wǎng)運行，另外一部分則是分散獨立運行。上述的大部分屬于分布式發(fā)電，主要還是以滿足當(dāng)?shù)毓╇娦枨鬄橹?。另外還有一種典型的發(fā)電方式：微水電，微水電適合在人口密度小、電力消費水平低的地區(qū)使用，某種程度上可以用解決電力供應(yīng)的需求。不論是微水電還是小水電，都有能源利用效率高；大電網(wǎng)供電的遠距離輸電線路投資少；電力損耗小的優(yōu)點，對電力消費水平低的偏遠山村

45、而言，是一種經(jīng)濟性、實用性較高的一種供電方式。我國微水電和小水電可開發(fā)量約1.3億千瓦，資源十分豐富，是全球第一。到2002年底，向偏遠山區(qū)提供了大量廉價的小水電所發(fā)電力，現(xiàn)今，其裝機達到3104萬千瓦。為進一步推動我國小水電的發(fā)展，中央更在2003年啟動了“小水電代燃料”工程。為利用可再生能源發(fā)電來解決青海、新疆、四川、西藏等西部邊遠地區(qū)的生活用電問題，國家計委于2002年啟動的“送電下鄉(xiāng)”工程。</p><p&g

46、t;　　1.3 本文的主要工作</p><p>　　本文主要闡述了分布式電源的研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，通過對風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等不同類型的分布式電源運行方式的分析，建立了分布式電源的等效模型，并對分布式電源在不同位置、不同容量接入配電網(wǎng)時，對配電網(wǎng)保護的不同的影響進行了詳細的理論分析，并對接入不同容量的DG是對配電網(wǎng)繼電保護影響方面進行仿真驗證，最后得出總結(jié)性結(jié)論。下面為論文各章主要內(nèi)容安排：</p>

47、<p>　　第1章緒論部分，闡述了分布式電源的概念，概述了其發(fā)展的歷史背景和意義，介紹了對分布式電源及其對配電網(wǎng)影響的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，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)，詳細分析了電流三段式保護的原理、動作值整定原則及動作時限的配合；</p><p>　　第3章對分布式電源對配電網(wǎng)保護系統(tǒng)影響的進行了定性分析。首先理論分析了DG以不

48、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)繼電保護的影響；</p><p>　　第4章中簡單介紹了MATLAB軟件，通過MATLAB仿真軟件建立簡單的配電網(wǎng)模型，以及模型的參數(shù)設(shè)置；</p><p>　　第5章中根據(jù)仿真波形所得的數(shù)據(jù)，對并入分布式電源故障位置和容量的變化對傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護的影響進行驗證。</p><p>　　第2章 配電網(wǎng)保護</p&g

49、t;<p>　　本章首先介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點，然后詳細介紹了瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護的原理及保護定值和動作時限的整定 [16] 。</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　繼電保護裝置一般裝設(shè)在變電站內(nèi)靠近母線的饋線斷路器處，由于目前我國的中低壓配電網(wǎng)大都還是單側(cè)電源、輻射型配電系統(tǒng)，因此現(xiàn)在一般還是配置傳統(tǒng)的三

50、段式電流保護，即：瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。</p><p>　　2.2 瞬時電流速斷保護</p><p>　　以保護裝置的動作電流大于保護區(qū)域外短路時的最大短路電流而獲得選擇性的一種電流保護。</p><p>　　2.2.1 瞬時電流速斷保護原理</p><p>　　如圖2-1所示，圖中所畫的是我國使用較為廣泛的輻射

51、型配電網(wǎng)的簡易圖，為方便做繼電保護研究假設(shè)所有線路上都安裝了瞬時電流速斷保護，以保護1為例來分析瞬時電流速斷保護的原理。</p><p>　　圖2-1 傳統(tǒng)配電系統(tǒng)</p><p>　　當(dāng)線路AE上發(fā)生短路故障時，短路電流迅速增大，因此和正常運行時的負荷電流相比，此時流過保護1的故障電流會遠大于正常時候。若流過保護1 的短路電流大于保護1的電流整定值時，且故障在瞬時電流速斷的保護范圍內(nèi)，

52、則保護1上的瞬時電流速斷保護便會起動。</p><p>　　如圖2-1中所示，點是線路AE末端的短路故障點，點是線路EF末端的短路故障點，由圖中可知，、點同屬于保護1的下游，因此、點故障時，流過保護1的短路電流的大小幾乎是相等的。由上述分析可以得到：當(dāng)短路故障時，保護2感受到故障電流正常動作，但是由于電路電流也超過了保護1 的整定值，因此保護1也發(fā)生動作，線路EF故障時，正常情況下，保護1不應(yīng)該發(fā)生動作。綜上所述

53、，瞬時電流速斷對于本線路末端的故障是不能在保護線路全長的情況下有效切除的，即瞬時電流速斷的選擇性和速動性是沖突的，不能同時滿足選擇性和速動性。</p><p>　　優(yōu)先保證動作的選擇性是速動性和選擇性產(chǎn)生沖突時的普遍解決辦法，即整定保護裝置的動作電流時，保證在下一條線路出口處短路時，上一條線路的一段保護裝置不</p><p>　　起動。為了更好地保證瞬時電流速斷保護動作的選擇性，因此其動作

54、電流必須大于系統(tǒng)最大運行方式下被保護線路末端發(fā)生三相短路時的最大電流。還是以保護1為例，其動作電流必須滿足。</p><p>　　2.2.2 瞬時電流速斷保護定值整定及靈敏性校驗</p><p>　　瞬時電流速斷保護是以線路中發(fā)生相間短路時的短路電流為依托來計算保護裝置動作電流的整定值。當(dāng)被保護線路的故障電流大于或等于動作電流時，安裝在該處的保護裝置就會動作。以圖2-1所示的保護1為例，其

55、動作電流整定值由式(2-1)計算:</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中：是可靠系數(shù)，通常取。</p><p>　　瞬時電流速斷的動作時間在繼電保護中被認(rèn)為是保護裝置的結(jié)構(gòu)本身的動作時間，因此它的動作時間是非常短的，基本可忽略不計。用保護范圍的大小來衡量瞬時電流速斷保護的靈敏度，保護范圍就是是用線路全長的百分

56、比表示的。瞬時電流速斷保護的保護范圍一般都不小于被保護線路全長的百分之。當(dāng)系統(tǒng)在最小運行方式下兩相短路時，保護范圍最小，因此，其保護范圍得按最小保護范圍來校驗。最小保護范圍下列式子來計算。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)，通常?。?lt;/p><p>　?。罕槐Ｗo線路總的阻抗；</p>

57、;<p>　?。罕Ｗo安裝處到最小保護范圍末端之間的線路阻抗；</p><p>　　：系統(tǒng)最小運行方式下的最大阻抗；</p><p>　?。合到y(tǒng)最大運行方式下的最小阻抗。</p><p>　　由上述分析可以得出，瞬時電流速斷保護是按照計算選取整定值來滿足選擇性的。瞬時電流速斷保護的優(yōu)勢主要是：反應(yīng)靈敏，動作敏捷，簡單而且可靠；當(dāng)然，瞬時電流速斷保護并不完

58、美，系統(tǒng)運行方式的變化影響它的保護范圍，也無法保護線路的全長。</p><p>　　2.3 限時電流速斷保護</p><p>　　由上一節(jié)中我們可以看出，瞬時電流速斷保護是不能保護線路全長的。但是剩下的線路不能沒有保護，因此，在線路上添加限時電流速斷保護，一是可以作為瞬時電流速斷保護的后備保護，二是可以保護線路全長。需要注意的是：在任何情況下，限時電流速斷保護都可以保護線路的全長，在此基礎(chǔ)

59、上還具有一定的靈敏度，它的動作時限比瞬時電流速斷保護的時限來的要長。現(xiàn)在對限時電流速斷保護的原理進行分析。</p><p>　　限時電流速斷保護原理</p><p>　　如圖2-1中，假設(shè)圖中所有的線路都裝設(shè)有限時電流速斷保護。由于限時電流速斷保護要保護本段線路全長，所有它的動作范圍有時難免會延伸到相鄰的下一條線路中去，這樣就可能造成限時電流速斷保護的誤動，為了保證二段保護的選擇性，那么一

60、定要讓本線路的限時電流速斷保護與下一條線路的瞬時電流速斷保護進行有效地配合，這樣當(dāng)相鄰的下一條線路的出口處動作時，限時電流速斷保護就不會發(fā)生動作。仍然見圖2-1中的保護1，其限時電流速斷保護的動作電流須滿足 (為保護2的瞬時電流速斷保護的整定值)。</p><p>　　限時電流速斷保護定值整定及，靈敏性校驗</p><p>　　圖2-1中，以保護1為例，其限時電流速斷保護的動作電流可按下列

61、式子進行整定。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)，通常取；</p><p>　?。簽楸Ｗo2瞬時電流速斷保護的動作電流。</p><p>　　因為限時電流速斷保護的整定原理，保護1的電流二段保護的保護范圍和保護2的電流二段保護的保護范圍相配合，所以其電流二段保護的動作時限

62、值需要比瞬時電流速斷保護煩人動作時限高出一個時間段。如果從增高系統(tǒng)運行可靠性的方面來看的話，保護的動作時間是越小越好；但是為了要保證電流二段保護的選擇性，一般取為限時電流速斷的動作時限。</p><p>　　電流二段保護的靈敏系數(shù)是指在系統(tǒng)最小運行方式下，本線路末端發(fā)生兩相故障時，流過線路上保護裝置的故障電流與動作電流的比值[17]。一般取限時電流速斷保護靈敏系數(shù)以達到滿足當(dāng)本線路末端短路時，二段保護的保護裝置一

63、定能夠有效地動作。若此時，靈敏系數(shù)不滿足要求，不在1.3~1.5以內(nèi)，則本線路的限時電流速斷保護范圍應(yīng)該進一步向下延伸，即，與相鄰的下一條線路限時電流速斷保護相配合，仍然將保護3作為例子，此時限時速斷保護的動作電流和動作時限須按下列式子來作整定計算。</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中：：保護2的限時電流速斷整定值；</p&

64、gt;<p>　?。罕Ｗo2的限時電流速斷動作時限；</p><p><b>　　一般情況下，。</b></p><p>　　由上述可以得到，限時電流速斷保護范圍的增大，直接造成了限時電流速斷保護動作時限的增加。線路中，裝設(shè)瞬時電流速斷和限時電流速斷保護的話，線路全長范圍內(nèi)任意故障都能夠在0.55s（0.55s=0.5s+0.05s）內(nèi)切除，因此當(dāng)線路的保

65、護正常工作的情況下，滿足速動性的要求。綜上所述，瞬時電流速斷和限時電流速斷保護常一起被稱為線路的“主保護”。</p><p>　　2.4 定時限過電流保護</p><p>　　雖然線路中已經(jīng)裝設(shè)了作為線路“主保護”的瞬時電流速斷和限時電流速斷保護，但是仍然存在斷路器或者是保護拒動的現(xiàn)象，為了排除這種拒動的可能性，保證保護的選擇性，線路中還應(yīng)當(dāng)引入定時限過電流保護[18]。定時限過電流保護是

66、作為后備保護而裝設(shè)的[19]。一方面它可以作為本線路的近后備保護，在主保護拒動時動作來保護本線路全長；另一方面它還起到遠后備保護的作用。仍然還是以圖2-1中的系統(tǒng)作為例子。</p><p>　　2.4.1 定時限過電流保護定值整定</p><p>　　按照躲過線路最大負荷電流來整定定時限電流保護的動作電流值，如下式所示。</p><p><b>　?。?-

67、5）</b></p><p>　　式中： 為自起動系數(shù)，一般取；</p><p>　　是可靠系數(shù)，一般取；</p><p>　　為電流繼電器的返回系數(shù)，一般取。</p><p>　　當(dāng)線路FG發(fā)生短路故障時，位于線路最尾端保護3可以瞬時動作切除故障，由此可以看出，保護3的動作時間可以整定成=繼電保護裝置的固有的反應(yīng)時間。保護2的動

68、作時限以保證線路FG短路時，定時限電流保護動作的選擇性。得出后，線路EF若發(fā)生短路，則保護在故障時間后切除故障，已達到保護1選擇性動作的目的。同理，保護1的動作時限。由上述分析可得，定時限過電流保護的動作時間的特點是呈階梯狀增長的，距離線路末端越遠，保護的動作時間t就越長。</p><p>　　2.4.2 定時限過電流保護的靈敏性校驗</p><p>　　定時限過電流的靈敏性校驗可以分為兩

69、種情況進行：作為線路的主保護或近后備保護時靈敏系數(shù)的概念是最小運行方式下本線路末端兩相短路時的故障電流與動作電流之比，一般地，?。划?dāng)作為相鄰線路的遠后背保護時，靈敏系數(shù)為最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的故障電流與起動電流之比，一般地，取。</p><p><b>　　2.5 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)，然后詳細分

70、析了瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護的原理、動作值整定原則及動作時限的整定。</p><p>　　第3章 分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響</p><p>　　有瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和定時限過電流保護組成的傳統(tǒng)的三段式電流保護不僅保護原理簡單易懂而且可靠性非常高，一般的故障都能快速、可靠地切除[20]。因此，在配電系統(tǒng)的繼電保護中，傳統(tǒng)的三段式電流保護

71、應(yīng)用非常廣泛，可以說是無處不在的。但是傳統(tǒng)的三段式電流保護也存在受系統(tǒng)運行方式和線路接線方式影響較大的缺陷。分布式電源并入配電系統(tǒng)后，配電網(wǎng)由單電源變成雙電源或者多電源系統(tǒng)，因此他的潮流分布發(fā)生變化，從而造成當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障的電流大小和方向也會發(fā)生改變。本章對分布式電源對配電網(wǎng)保護系統(tǒng)影響的進行了定性分析。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)繼電保護的影響。最后將影響進行了總結(jié)。</p>

72、;<p>　　3.1 在線路中間位置并入DG</p><p>　　由圖 3-1 可知，分布式電源和系統(tǒng)之間的AB區(qū)段為雙電源供電，其他的AC等區(qū)段還是單電源供電，是系統(tǒng)阻抗，～為保護裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障的位置不同時，分布式電源的存在對各保護的影響也是不一樣的。具體見下述分析。</p><p>　　圖3-1 在線路中間位置并入DG</p><p>　

73、　DG上游點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點在分布式電源的上游，當(dāng) 處發(fā)生短路故障時，保護、保護在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護、保護的保護動作和DG的存在與否無關(guān)。分析了保護、后，我們再來分析點的情況。雖然只有系統(tǒng)S向點的提供短路電流，但由于短路故障，系統(tǒng)S和DG相當(dāng)于并聯(lián)運行，DG存在著分流作用，因此此時流過保護點的電流應(yīng)該是小于無DG時點故障時流過該保護的短路電流（而且隨著

74、接入的分布式電源容量的增大，同一點發(fā)生故障時，流過保護的短路電流就減小)，因為DG的分流作用造成了保護的靈敏度的降低。</p><p>　　DG下游點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點位于分布式電源的下游，當(dāng)處發(fā)生短路故障時，保護、保護在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護、保護的保護動作和DG的存在與否是無關(guān)的。分析可得，系統(tǒng)S和分布式電源一起提供保護的短路電流

75、，因此，電流比未加入DG時的大，裝置能迅速且可靠地動作以切除故障。和點發(fā)生短路故障的情形相同，DG的分流作用使得流過保護的短路電流比接入DG時減小，靈敏度降低，嚴(yán)重情況下保護還有可能拒動。因此，必要時有需要的話應(yīng)該限制并入的分布式電源的容量，容量不能過大。</p><p>　　同一母線的其他饋線點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點屬于同一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時

76、，因為保護所在的位置是同一母線但是不同饋線上的，因此短路電流不流過該饋線，保護的保護動作和DG的存在與否是無關(guān)的。系統(tǒng)和分布式電源提供的短路電流都流過保護，電流比未加DG時增大，所以保護可以可靠動作切除短路故障。而的故障電流僅由DG提供，隨著分布式電源容量的增大，保護可能會誤動而切除本線路。</p><p>　　同一母線的其他饋線點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點屬于同

77、一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時，因為保護所在的位置是同一母線但是不同饋線上的，因此短路電流不流過該饋線，保護的保護動作和DG的存在與否是無關(guān)的。系統(tǒng)和分布式電源提供的短路電流都流過保護，電流比未加DG時增大，所以保護可以可靠動作切除短路故障。而的故障電流僅由DG提供，隨著分布式電源容量的增大，保護可能會誤動而切除本線路。系統(tǒng)和分布式電源提供的短路電流都流過保護，電流比未加DG時增大，可能會比本段瞬時速斷保護的電流整定值大，所以保護

78、的瞬時速斷保護可能誤動，切除本線路，造成保護失去選擇性。</p><p>　　3.2 在線路末端位置并入DG</p><p>　　由圖 3-2 可知，分布式電源和系統(tǒng)之間的饋線區(qū)段為雙電源供電，其他的AC等區(qū)段還是單電源供電，是系統(tǒng)阻抗，～為保護裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障的位置不同時，分布式電源的存在對各個保護的影響也是不一樣的。具體見下述分析。</p><p>　　

79、圖3-2 在線路末端位置并入DG</p><p>　　DG上游點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點在分布式電源的上游，當(dāng)處發(fā)生短路故障時，保護、保護仍然在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護、保護的保護動作和DG的存在與否無關(guān)。分析了保護、后，我們再來分析點的情況。由圖中分析可知，流過保護的短路電流只是由系統(tǒng)S 提供，保護的保護動作和DG的存在與否是無關(guān)的，和未接

80、入DG時一樣能可靠動作切除故障。點故障后，通過保護的故障電流僅有DG 提供，此時有兩種可能：一是形成電力孤島，此時的條件是此時DG的容量足夠大能提供足夠大的短路電流使得保護能可靠動作切除故障，饋線由DG獨立供電，雖然這樣饋線的用戶就可以不用斷電，但是非人為的電力孤島會對系統(tǒng)、用戶的設(shè)備等造成危害，且對于孤島再次并入電網(wǎng)不好操作，另外，非人為的電力孤島會產(chǎn)生劣質(zhì)的電能，這種電能會反過來損害孤島中的負荷，所以一般情況下是不允許孤島運行的；二

81、是采取“反孤島（anti-islanding）”策略，DG通過感應(yīng)瞬時電壓驟降或主網(wǎng)服務(wù)的中斷使得DG與系統(tǒng)解列。</p><p>　　DG 下游 點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點在分布式電源的上游，當(dāng) 處發(fā)生短路故障時，保護、保護仍然在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護、保護的保護動作和DG的存在與否無關(guān)。流過點的故障電流由系統(tǒng) S 和 DG兩者提供，但流

82、過保護、保護的故障電流的大小、方向都與并入 DG 前相同，且都只由系統(tǒng) S 提供，故它們的保護動作和DG的存在與否無關(guān)，能可靠動作切除故障。</p><p>　　同一母線的其他饋線點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點屬于同一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時，流過保護的短路電流由系統(tǒng) S 和分布式電源共同提供，和為接入DG相比，電流增大，因此保護可靠動作切除故障。分析完，

83、現(xiàn)在來分析保護和保護。由圖中可以看出，故障發(fā)生后，保護、保護的短路電流都是 DG提供的，由于原有的動作整定值和動作時限比大，若DG 容量過大，則電流過大超過保護的整定值，保護會誤動造成電力孤島。</p><p>　　同一母線的其他饋線點發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點和點一樣都屬于同一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時，當(dāng)點發(fā)生短路故障時，分析和的相同，如果故障發(fā)生時僅

84、由保護動作來切除故障是最理想的選擇。但是若此時的DG容量太大，使保護誤動使DG給獨立供電形成電力孤島，為防止這種無意的電力孤島系統(tǒng)應(yīng)與分布式電源自動解列。若此時的分布式電源容量比較小，提供的故障電流未達到動作整定值，不能使保護動作，但是保護的故障電流由系統(tǒng)和分布式電源共同提供，故障電流相較于未接入DG增大，存在保護的電流一段保護在點故障時誤動切除本線路，失去選擇性。因此，為保證保護的選擇性需要限制分布式電源的容量。</p>

85、<p><b>　　3.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過上述分析，配電網(wǎng)中并入DG對傳統(tǒng)的三段式電流保護的影響主要表現(xiàn)如下：</p><p>　　可能會導(dǎo)致非故障線路的其他線路保護的誤動，從而使保護失去選擇性以及事故影響范圍的擴大；</p><p>　　可能會導(dǎo)致本線路保護的靈敏度降低，嚴(yán)重時保護可能會拒動。</

86、p><p>　　另外可以看出：分布式電源接入配電網(wǎng)的位置及它的容量都對傳統(tǒng)的三段式電流保護的有影響，并入系統(tǒng)的分布式電源容量不應(yīng)該太大。</p><p>　　第4章 MATLAB仿真</p><p>　　4.1 MATLAB簡介</p><p>　　MATLAB是由美國Math Works公司開發(fā)的大型軟件。在MATLAB軟件中，包括了兩大部分：

87、數(shù)學(xué)計算和工程仿真。其數(shù)學(xué)計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能；在工程仿真方面，MTALAB提供的Simulink軟件支持幾乎遍布各個工程領(lǐng)域，并且不斷完善。</p><p>　　在MATLAB軟件中，Simulink模塊是一個功能強大的工具箱，它存在的兩個概括性的功能：Simu（仿真）與Link（鏈接），即建模和仿真，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)的一個集成環(huán)境。具有可重載、模塊化、可視化、可封裝、及面向結(jié)構(gòu)圖編程等特點，具

88、有系統(tǒng)仿真的效率高和可靠性高的優(yōu)點；另外，Simulink還進一步擴展了MATLAB的功能，可實現(xiàn)多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。它支持連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間、系統(tǒng)線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)。</p><p>　　在本論文中，將使用MATLAB自帶的仿真工具Simulink實現(xiàn)含分布式電源的配電網(wǎng)建模及仿真。并針對不同容量和不同故障點發(fā)生故障時，對配電網(wǎng)繼電保護的影響。</p><p

89、>　　4.2 分布式電源并網(wǎng)模型</p><p>　　分布式電源是指分布在配電網(wǎng)中的功率為數(shù)千瓦至 50MW 小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。分布式電源具有降低損耗、調(diào)峰、節(jié)約成本、綠色環(huán)保、可再生能源的利用等效益。</p><p>　　故障發(fā)生時，若此時有小容量的分布式電源并入在配電系統(tǒng)中，則分布式電源

90、將對故障點提供故障電流。從研究繼電保護的角度而言，分布式電源可以等效成一個電源串聯(lián)電抗的模型。因此我們下面考慮的是，DG在故障發(fā)生時能夠提供故障電流大小，即故障電流注入能力。對于不同類型的分布式電源，其電抗值也是不同的，它代表著該電源的故障電流注入能力。Philip. P. Barker研究不同類型DG的短路電流注入能力并進行了匯總，具體結(jié)果如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 各種類型分布式電源

91、的故障電流注入能力</p><p>　　基于上述模型，本文在 MATLAB 環(huán)境下，利用 Simulink 工具，建立了 DG 直接并網(wǎng)模型。該系統(tǒng)的 MATLAB 模型如圖 4-1所示。</p><p>　　4.3 模型參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　本文系統(tǒng)設(shè)計為10kV配電網(wǎng)，基準(zhǔn)容量是500MVA，基準(zhǔn)電壓</p><p><b

92、>　　為10.5kV。</b></p><p>　　本文主要通過短路電流的計算來研究分布式電源對配電系統(tǒng)繼電保護選擇性、靈敏性、可靠性的影響。通過系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路故障來得到DG并入對保護靈敏度的影響；通過系統(tǒng)最小運行方式下發(fā)生兩相短路故障來得到DG并入對保護的保護范圍的影響，由于上述兩種短路故障都不存在零序電流，因此配電系統(tǒng)中的負荷參數(shù)和線路用正序等效阻抗代替即可，不用設(shè)置零序分量

93、。</p><p>　　系統(tǒng)電源、線路、負荷參數(shù)選取如下：</p><p><b>　　系統(tǒng)電源參數(shù)</b></p><p><b>　　線路參數(shù)</b></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。&

94、lt;/p><p>　　圖4-1 DG在中間位置并入的配電網(wǎng)模型</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>　　由第3章的定性分析可知，分布式電源對各饋線保護的選擇性、靈敏性、可靠性的正確動作有較大的影響，因此建立如圖4-3所示的

95、系統(tǒng)圖，模型為含分布式電源的配網(wǎng)圖，饋線末端為負荷。</p><p>　　圖4-3 分布式電源在饋線上母線B處的模型</p><p>　　圖4-3中，分布式電源接在饋線2的母線B處，設(shè)在饋線2保護裝置之前；設(shè)在饋線2保護裝置的定時限電流速斷保護范圍內(nèi)；設(shè)在母線CD間的線路5%處；設(shè)在母線CD間的線路60%處；設(shè)在饋線1出口處。</p><p>　　饋線1中，AE為架

96、空線路（3公里）； AD段即為圖中的饋線2，AB段為3公里的架空線路， BC、CD均為電纜線路，長度為4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)，可以得出各段線路參數(shù)表：</p><p>　　表4-2 各段線路的參數(shù)表</p><p>　　表4-3 各段線路阻抗參數(shù)表</p><p><b>　　負荷參數(shù)</b></p>

97、;<p>　　饋線1上所帶負荷容量約1MW；</p><p>　　饋線2上所帶負荷容量約10MW。</p><p>　　4.4 仿真波形展示</p><p>　　發(fā)生短路故障時，流過保護的三相電流，以及分布式電源提供的三相電流波形如圖4-4、4-5所示。</p><p>　　圖4-4 故障時流過的電流</p>&l

98、t;p>　　圖4-5 故障時DG提供的A相短路電流</p><p>　　圖4-6 故障時DG提供的B相短路電流</p><p>　　圖4-7 故障時DG提供的B相短路電流</p><p>　　此時，DG的容量為1MVA，DG在0.1s時接入配電網(wǎng)中。</p><p>　　同樣的，如果將DG的注入容量增加到5MVA，所得波形圖如圖4-8、

99、4-9所示。</p><p>　　圖4-8 故障時流過的電流</p><p>　　圖4-9 故障時DG提供的短路電流</p><p>　　由上述仿真圖形可以得出，點短路故障時，加入DG后的短路電流比未加DG的短路電流大；且隨著DG 注入容量的增大，電路電流也增大。</p><p>　　此處只是根據(jù)仿真波形對短路電流的變化作了定性的分析，具體的

100、數(shù)據(jù)分析見下章。</p><p>　　4.5 仿真中遇見的問題</p><p>　　目前，很多分布式電源發(fā)出的電能是通過逆變器并入配電網(wǎng)，如光伏發(fā)電、小型風(fēng)力發(fā)電機、燃料電池、微型燃氣輪機等。由于能源種類的多樣性，而逆變型DG的應(yīng)用相對較為廣泛。因此在仿真的最初，決定選用逆變型分布式電源。</p><p>　　逆變型分布式電源主要的特征是電源和電網(wǎng)之間通過電力電子元

101、器件接口，并且在自身功率追蹤控制或槳距控制的作用下，分布式電源輸出功率由外界環(huán)境決定。在進行故障分析時，認(rèn)為輸出功率沒有變化，即分布式電源以恒功率輸出。PQ 控制逆變型分布式電源在故障暫態(tài)過程中，由于故障時存在沖擊電流，其有功功率、無功功率在次暫態(tài)過程中都會增加，但是暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程可以假定輸出功率恒定。雖然逆變型分布式電源在故障后的 1-2 個周波內(nèi)輸出的功率會發(fā)生變化，但通過電力電子器件的快速調(diào)節(jié)，使得輸出功率和故障前相同，因此可

102、以假設(shè) DG 在故障前后輸出功率是不變的。</p><p>　　PQ 控制的實質(zhì)就是將有功功率和無功功率解耦以后，對電流進行解耦控制，采用 PI 控制可以使穩(wěn)態(tài)誤差為 0。DG仿真模型如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 逆變型DG模塊</p><p>　　具體組成見圖4-11是</p><p>　　圖4-11 DG模塊具體組

103、成</p><p>　　圖4-12 PQ控制</p><p>　　圖4-13 PQ控制的功率控制和電流控制</p><p>　　圖4-14 dq變換與鎖相環(huán)模型</p><p>　　雖然模型搭建成功，但是并入配電網(wǎng)之后，仿真結(jié)果偏差非常大，逆變型的分布式電源必須有大電源的電壓支持。</p><p>　　解決方法：由于

104、本課題主要側(cè)重于對繼電保護的研究，導(dǎo)師建議其模型可以用一個電源串聯(lián)電抗的模型來表示。</p><p><b>　　4.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要搭建了仿真模型，得出仿真結(jié)果，并列舉了一些初步的仿真波形，最后是列舉了在仿真過程中所遇到的問題。</p><p>　　第5章 仿真結(jié)果分析</p><p>

105、;　　5.1 分布式電源下游發(fā)生故障</p><p>　　DG下游發(fā)生故障時可分為兩種情況：分布式電源對下游保護和上游保護的影響。</p><p>　　5.1.1 對下游保護的影響</p><p>　　選取線路CD的5%處點發(fā)生故障時，由于DG對故障電流起到助增的作用，順勢電流速斷保護的范圍會增加，有可能延伸到下一段線路從而失去選擇性。由前面的保護裝置可知，的瞬時電

106、流速斷保護整定值。經(jīng)由仿真分析，可得電源的容量S與流過的短路電流及DG提供的短路電流的關(guān)系，如表5-1所示。</p><p>　　表5-1 點發(fā)生故障時S、與的關(guān)系</p><p>　　位于線路CD的5%處，當(dāng)點故障時，保護的保護范圍在未接入分布式電源時是小于BC線路全長的，則點故障位于不在保護電流一段保護的保護范圍之內(nèi)，但并入分布式電源后，隨著DG容量的增加，故障電流增大，這樣，流過保護

107、的短路電流也增大，當(dāng)容量增大到時，流過保護的故障電流超過的電流一段保護的電流整定值。綜上，當(dāng)點發(fā)生短路故障時，保護正常動作切除故障，但是保護也可能動作使保護失去選擇性。</p><p>　　同理，當(dāng)電流速斷保護范圍外處故障（即，線路的60%處）時，有第三章的理論分析可知，隨著S增大，流過的故障電流會超過的定時限電流速斷保護的整定值。的定時限電流速斷保護范圍將會超過的瞬時電流速斷保護范圍，從而與電流二段保護失去選擇