毕业论文-光伏发电并网对配电网继电保护的影响及对策.doc

. . 山东农业大学毕 业 论 文光伏发电并网对配电网继电保护的影响及对策 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 2015届 学生姓名 学 号 指导教师 二一五年六月二日装订线. . . . 目 录摘要IAbstractII1 引言11.1 课题研究背景及意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状21.2.1 光伏并网发电在国外的现状和发展21.2.2 光伏并网发电在国内的现状和发展22 光伏发电并网对配电网继电保护的影响42.1 光伏发电42.2 光伏发电并网位置42.3 传统的配电网保护62.4 光伏发电并网对保护装置的影响62.4.1 对配电网保护装置可靠性、选择性的影响62.4.2 对重合闸装置的影响72.4.3 对配电网电流保护的影响82.5 本章小结103 含光伏电源的配电网继电保护新方案103.1 解决技术层面的问题103.1.1 构建光伏电源并网的研究实验与验证环境103.1.2 深入研究光伏发电系统与电网相互作用的机理113.1.3 健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范113.1.4 解决配电网规划、运行问题113.2 解决继电保护方面上的问题123.2.1 含光伏电源的配电网对过电流保护影响分析123.2.2考虑分区纵联与过电流保护相配合的保护方案133.2.3所提保护动作的情况153.3 本章小结164 建模仿真与结果分析164.1 仿真模型搭建164.1.1 仿真软件PSCAD/EMTDC概述164.1.2 仿真验证174.2 仿真结果分析19i5 结论及展望19参考文献21致 谢23iiContentsAbstractII1 Introduction11.1 Research background and significance11.1.1 Background11.1.2 Significance11.2 Research status21.2.1 Photovoltaic power generation status and development abroad21.2.2 Photovoltaic power generation in the countrys current situation 32 PV and impact on the distribution network relay protection network42.1 Photovoltaic42.2 Photovoltaic grid position42.3 Traditional distribution network protection62.4 Effect of Photovoltaic grid protection devices62.4.1 Impact on the distribution network protection device reliability62.4.2 Effect of reclosing devices72.4.3 Impact on the distribution network current protection82.5 Summary103 Photovoltaic power distribution network containing the new protection program103.1 Resolve technical issues103.1.1 Construction of photovoltaic power grid research experiments103.1.2 Depth study of the mechanism of PV systems and grid interaction113.1.3 Technical standards improve access to the public grid Photovoltaic113.1.4 Solve distribution network planning, operational issues113.2 Problem-solving on the relay123.2.1 Protection impact analysis of photovoltaic power distribution 123.2.2 Consider vertical partition associated with over-current protection133.2.3 Circumstances mentioned protection operation153.3 Summary164 Modeling, Simulation and Analysis164.1 Simulation Model building164.1.1 Simulation software PSCAD / EMTDC Overview164.1.2 Simulation174.2 Simulation results analysis195 Conclusion19References21Acknowledgements24iv光伏发电并网对配电网继电保护的影响及对策邓海山（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安 271000）摘要：当代社会，能源问题和环境问题已成为社会发展中必须重视与解决的问题之一，而可再生能源和清洁能源得到了越来越广泛的关注。太阳能作为分布式能源的一种，经济廉价，取之不尽用之不竭等优点使之得到了人们更多的青睐。因此，太阳能发电已经得到了大量的人力、物力资源支持，以及科学和技术的投资。随着人们观念的改变和技术的发展，传统的发电投资日渐下降，相应得太阳能等可再生清洁能源得到了更多的经济投资。不过如果配电网连接多个光伏电源，一系列的问题就会接踵而至，最重要也是影响最深的问题就是对配电网继电保护的影响，配电网一旦接上光伏电源，其电网结构和能量流动就会发生改变，导致短路电流增大，方向改变，这就会使得保护之间的配合出现问题，某些保护可能会出现拒动或误动，并且短路电流过大的话，熔断器也可能工作异常。此外，原来的配电网通常是辐射状的网络，其保护不具有方向性，而接入光伏发电系统以后，整个配电网从无源网络变为有源网络，网络潮流的流向是不确定的，直接影响配电网正常工作。在此，主要针对光伏系统并网问题以及其对配电网继电保护的影响和对策。当系统发生故障时，由于配电网选用不同保护配置方案，光伏发电并网系统会对其继电保护装置产生影响。 在虚拟的配电网模型上，光伏发电系统并网位置不同，并网容量不同以及配电网系统发生故障的位置不同都会使得流过配电网的故障电流各不相同，本论文分析了光伏发电并网对配电网继电保护的影响，然后对分析的结果与各种继电保护的原理，提出了过电流保护配合的保护新方案，此方案主要解决上述光伏电源接入配电网会产生的问题，从而有效得防止保护误动。关键词：能源 光伏发电 并网 配电网 继电保护 IImpact on the distribution network of photovoltaic power generation and network protection and countermeasuresHaishan Deng(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271000)Abstract The distributed generation based on clean and renewable energy is not only an indispensable and effective complement to centralized power generation, and of great strategic significance to alleviate the increasingly serious energy and environmental issues. Solar energy is unmatched by other energy sources which are used by distributed power generation because of it is broad, unlimited and economy. So the solar photovoltaic power has aroused much worldwide attention, and is recognized with high technological content, as one of the most promising technologies. With photovoltaic technology gradually mature and the cost of power generation reduced ceaselessly, the grid connected photovoltaic system has become the mainstream trends in solar energy development and utilization. With the distribution network using different protection configuration scheme, the effects of grid-connected photovoltaic system on relay protection and automatic safety devices when failure occurs are firstly analyzed in the paper. Then distribution network fault current changes are analyzed and the conclusion of the effects of grid一connected photovoltaic system on distribution network fault current is drawn according to different photovoltaic system access locations， different access capacity, different fault locations in distribution network. Keywords：Energy; Photovoltaic power generation; grid connected; distribution network; relay protection231 引言1.1 课题研究背景及意义1.1.1 研究背景 无论是哪个时代，能源都是人类社会经济发展的源动力。如果没有能源，那么社会就会失去发展的动力，因此能源是人类赖以生存的物质基础，能源问题也成为我国以及世界各国共同关注的话题。最近，人类社会主要将能源按照属性进行分类，分为不可再生资源和可再生资源。不可再生资源就好比是煤、石油、天然气等等，它们一旦用竭，社会发展便会停滞。所以，近来如同太阳能、地热能、水能、风能、生物能之类的可再生资源需要得到大规模的开发和利用。 一方面，不可再生资源的不断减少会给今后社会发展带来问题。另一方面，石油、天然气这些能源也有更大的弊端，也就是燃烧可再生资源所造成的环境问题，产生的二氧化碳会影响大气层成分的平衡稳定，造成臭氧层空洞等问题，而产生的二氧化硫更会导致酸雨的形成，造成无法挽回的环境问题。虽然说经济发展对于人类十分重要，但是，环境问题也必须得到我们的关注。所以，人类社会急需几种新能源来解决这个重大难题。太阳能取之不尽用之不竭，更不会产生较大的环境问题，受到了各个国家越来越多的重视。但是如何将太阳能转化为我们方便利用的能源又是需要讨论的问题之一。太阳能光伏并网发电就是一种高效利用太阳能的措施。人类社会也将更多的精力投入到了光伏并网发电这一领域上来。1.1.2 研究意义 上述所说的煤、天然气等不可再生资源的减少以及他们产生的废气所产生的环境问题是社会发展的当务之急。对于我们所选择的新型能源，相比于之前的能源，必须取其精华去其糟粕。可供选择的可再生能源还是有很多的，比如太阳能、水能、风能等等。在此，我们主要讨论太阳能的开发利用，其他良好的能源不做过多概述。 水能是以位能、压能和动能等形式存在于水体中的能量资源，又称水力资源。水能是清洁的可再生能源，但和全世界能源需要量相比，水能资源仍很有限的。 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能源，属于可再生能源。现如今，风力主要被使用在大规模风农场和一些供电被隔绝的地点，为当地的生活和发展做出了巨大的贡献。 太阳能（solar energy），是指太阳的热辐射能，表现就是常说的太阳光线。太阳能分类主要是光伏和光热。广义上的太阳能更是包括了风能和化学能等等，因为地球上包括煤炭、石油等资源的产生和风的形成都是离不开太阳能的。当前，由于太阳能分布广泛，施工周期较短等优点，太阳能光伏发电将逐渐增加在可再生能源利用中的比例。其中，分布网络的分布式光伏电网（DistributedPhotovoltaic，以下简称 PV），可减少更多的能量损失，配置更为灵活，并且供电性有效可靠，对人们生活以及社会发展的作用尤为突出。 表1-1 不同能量载体对太阳能的转换效率和能量的生产周期 能量载体 能量生产周期/年 太阳能转换效率 煤炭 150,000,000 100,000,000 0.001% 木材 130 0.1%1% 生物能 0.11 0.2%5% 水能 0.011 1% 风能 持续产能 0.25%2% 光伏电源 持续产能 6%25% 由表1-1能够看出只有风能和光伏电源可以持续产能，但是光伏电源对于太阳能的转换效率明显优于风能的转换效率，其他能源更是无法比拟的。可一旦配电网连接上多个光伏电源，配电网会产生众多问题，最重要也是最需要收到重视的就是其对配电网继电保护的影响，因此研究光伏发电并网对配电网继电保护的影响具有重大意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 光伏并网发电在国外的现状和发展 光伏并网发电技术在人类社会发展历史中具有重大意义，科学家和业界学者的不断奋斗和创新才使得其不断完善与发展。目前光伏并网发电技术仍在不断完善与发展，在电气领域中占有举足轻重的地位，亦是电气发展的潮流。 20世纪70年代初世界发生石油危机，太阳能光伏发电产业就得到世界各国的重视和广泛的兴趣，纷纷制定政策，鼓励太阳能光伏发电技术。光伏式的发电作为一个高新技术产业，光伏并网发电成为新型能源的综合利用的一项重要措施。目前世界各国对此技术的发展方向主要是提高能源效率和加大环境保护。而世界各国制定的政策也更加证明了这一发展方向。 以降低投资成本，降低能源消耗为目的，欧美各国正合理得利用光伏式电源、智能系统和先进电力技术等实现分布式供电和配发电的高效紧密结合，并积极促进社会各领域加入到电力新能源市场，共同推进光伏电网技术的发展与进步。这一切将给整个人类和社会发展带来巨大的利益与效益。1.2.2 光伏并网发电在国内的现状和发展 目前对PV技术的领域对于国内来说还不完善，但是技术不断发展，与发达国家之间的差距不断缩小，并且还有很大的发展空间。现如今我国对PV技术主要着重于如何增加光伏系统PV的发电效率，如何提高PV光伏系统工作的安全性可靠性等电源供应本身方面，而对于如何提高太阳能光伏并网发电系统稳定性的规划、运行和抑制其对电能质量的影响等主要集中在定性方面上。与此同时，光伏发电的广泛进入和广泛分布将对常规的电力网系统产生许多负面的影响，包括配电力网的电压水平、整体系统可靠性、电力保障等方面。其中，大众对于电压的水平的要求不断上升，开始出现许多瓶颈问题。近期以来国内进一步量化分析了网络连接分布式发电的结构方式提出了光伏发电的发展应用的案例。2 光伏发电并网对配电网继电保护的影响2.1 光伏发电 引言所述，环境问题越来越受到世界各国得关注，不可再生资源的不断挖掘开发日渐短缺，传统的集中式发电系统也没有太大的提升改进空间，因此光伏，水力、风力等可再生的新型能源需要得到广泛的关注。光伏发电系统比较灵活，建设时间短，并且扩建容易。太阳能资源取之不尽用之不竭，基本不受地理位置等外界条件的影响。光伏系统很容易与建筑物集成结合，比方说太阳能热水器可直接建设在楼层顶端，节省空间。 并网型光伏发电系统按照是否存在蓄电池可以分为两类，第一类是不含有蓄电池的我们称之为不可调度式光伏发电，不可调度式光伏发电产生的直流电无法并入电网，如果想要其变成符合并网要求的电力需要进行相应的转换。这种转换要求比较严格，需要一定的电力网的电压大小以及可靠的系统和电力保障。而且在不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能直接转化为和电网电压同频、同相的交流电能，完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小。 可调度式PV并网系统是可以用于电网终端的有信号源输出功率的调整器件，这就使得电能质量得到了一定程度提高。但是蓄电池引入电网电压时，可能会导致接入电网的电压发生瞬变，并且目前蓄电池使用寿命短、成本较高价格昂贵、体积笨重，还污染环境，蓄电池的生产规模越来越小，所以现在光伏发电并网系统以不可调度式为主。 可调度式光伏系统和不可调度式光伏系统各有利弊，想要合理得利用太阳能，得到完善的光伏发电系统，还需要科技的研究与政策的支持。2.2 光伏发电并网位置 光伏系统接入电网主要有以下三个方式： a.设置有自动切换装置，光伏系统能够独立运行。 b.光伏系统以并联的方式运行，但与局域网络系统关联不存在，也不输入本地电网。 c.光伏系统通过并联的方式运行，并与局域网络系统存在关联关系，接入之前必须考虑电压等级的问题。 光伏发电接入电网的位置一般有两大类： 第一类是光伏系统在母线处并入电网。具体分为： a.并网位置在低压母线处(图2-1)。图2-1光伏发电系统在低压母线处并网 b.并网位置在高压母线处，与上游系统共同为所带负荷供电，如图2-2. 图2-2 光伏发电系统在高压母线处并网 第二类就是光伏系统并网位置不在母线处，当一条馈线上的PV 不全接在母线处。如图 2-3 所示。图2-3 光伏发电系统未在母线处并网2.3 传统的配电网保护 目前我国的中低压配电网主要使用的是单电源辐射网络，这种单电源辐射网络里的电流以及功率的方向是恒定不变的，所以传统的配电网的保护装置是基于单端电源系统设计而成的。保护方案不需要进行故障方向的判断，比较简单。并且传统的配电网保护主要针对的是独立的电气元件，元件之间关联比较小，仅仅通过某些定制和时限就可以实现保护间的协调。 通常情况下，传统的配电网只需要由电流速断保护、限时电流速断保护和定时限时电流保护组成的三段式电流保护即可。考虑其成本，传统的馈线保护通常都选用电流保护，依靠时间配合的方式确保保护的选择性，以此来全面保护电路系统。对于非终端线路，采用三段式电流保护与其他保护相配合的方式。如果发生故障，一般使用反时限电流保护来消除。对于无需与相邻线路配合的直接向用户供电的终端馈线，为了简化保护配置，通常选用瞬时电流速断保护和定时限过电流保护配合构成的二段式保护，另外配以三相一次重合闸的保护方式。其中，瞬时电流速断保护按馈线末端短路有足够灵敏度原则整定用来保护全线，这类保护有很多优点，价格廉价整定方便配合灵活，但是缺点是保护范围动作定值灵敏度等受系统运行方式变化的影响较大，经常难以满足要求。而在非全电缆线路中，配置三相一次重合闸，使得如果发生瞬时故障，可以快速恢复供电。电缆线路则大大不同，因为其故障大多是永久性的，自动重合闸对此无用处。系统运行方式变化率高的馈线或者一些重要的电缆线路通常会选择距离保护。2.4 光伏发电并网对保护装置的影响 在配电网故障中，三相短路是最严重的短路情况，这就是我们研究的重点，以下分析的短路情况都是在最大运行方式下发生三相短路情况。2.4.1 对配电网保护装置可靠性、选择性的影响 首先讨论的是只有PV1接入在线路1的C母线处的情况。假若在处产生了故障，首先是系统测的保护设备动作，断路器跳闸以隔离故障，然后跳闸后，如若PV1与电网仍然还有连接，那么，非同期断路器合闸的问题就有可能会发生，这无疑会对整个电力网系统造成巨大损坏。 图2-4 含有光伏电源的配电网简图 一方面，光伏发电系统并入配电网容易引起继电保护设备的误跳闸。以图2-4为例，线路2上若发生K2故障，这时该线路上相应装置的保护整定值不变，此时线路1因为接有光伏电源，会同时和系统电源一并对线路2上的故障点提供电流，此时会导致线路2上的故障点前的保护装置4该躲过的躲不过，可能会误动，动作的可靠性和选择性无法得到保障。 另一方面，光伏发电系统并入电网后还可能导致相应的继电保护装置拒动，该动作的时候不动作。我们仍然以图2-4为例，故障如果发生在光伏发电系统所并入点的后面，而此故障位置假如原先在保护装置3的保护范围内，切保护正盯值不变，光伏电晕系统的并入会使保护1的保护范围减小，这就会有应该保护3动作它缺不动作的可能。 另外，如若在线路2上发生k2故障，因为线路1上的保护装置没有判别方向的元件，若线路1光伏电晕并入点前的保护装置的整定值不变，则就会有保护装置1比保护装置4提前时间发生动作的可能。2.4.2 对重合闸装置的影响 光伏发电并网除了对配电网保护设备的可靠性选择性产生影响之外，还对自动重合闸装置产生一定的影响。 图2-5含有光伏电源的输电线路简图 光伏发电系统并入电力网，可能导致重合闸装置的非同期合闸。如图2-5，如果故障发生线路1的AB之间的k1，即在光伏电源和系统电源间的联接线路上发生故障，保护装置1会感受到故障，将信号传到断路器，使断路器跳闸，而之后会自动重合闸，假如在自动重合闸重合之前，光伏电源没有从电力网中解列出来，那么就会导致非同一时间的合闸，两侧电源的相角可能会不同，会对电网造成震荡和危害，严重的话会影响系统的正常运行。 光伏发电系统并入电力网，还可能导致故障点电弧持续。分析依然用图2-5，同样，如果故障发生线路1的AB之间的k1，即在光伏电源和系统电源之间的数电线路上发生故障，保护装置1会感受到故障，将信号传到断路器，使断路器跳闸，而之后会自动重合重合器的闸，假如在自动重合闸重合之前，光伏电源没有从电力网中退出出来，那么重合重合器闸后那么它仍会继续对故障点供电，审至使电弧无法正常熄灭，可能导致绝缘击穿，合闸就因而可能引起故障点电弧重燃，瞬时性短暂的故障变成就会变成永久性长时间的的故障。2.4.3 对配电网电流保护的影响图2-6 输电线路并有光伏电源装置简图 光伏电源并入配电网输电线路的位置不一样，就会对配电网配置的电流保护产生影响。如图2-6，如果光伏电源接在输电线路的B母线上，此时若在输电线路AB之间位置发生k1短路，这样流过k1断路点的电流就明显增加，这时保护装置3在光伏电源的下游，流过它的保护设备的电流基本上等于零，所以可以知道，光伏电源在这一位置处并入对下游的保护设备基本没有影响。如果在输电线路BC之间的位置发生k2短路，如图2-6，由于光伏电源的并入，它在保护设备3的上游，短路点的电流会明显增大，相应的流过保护设备3的电路也就明显增大，这样就能保证保护设备3可靠动作。这无异于增大了它的灵敏性。光伏电源在输电线路母线C处并入的情况与上诉分析类似。 如果太阳能光伏系统并接在输电线路BC上时，这时保护2位于它的上游，因为光伏电源有分流的作用，因此在线路BC末端发生短路时，虽然流过短路点的电流会增大，但此时流过2保护设备的短路电流相比较于未接入光伏电源时的电路电流要小，因此光伏电源的接入会使得输电线路BC电流速断保护的范围减少。 如果在输电线路的最末端处并上光伏发电系统，此时的供电模式由单侧单电源供电变为双侧电源供电，在输电线路的任意位置处发生短路时，并入光伏电源前后流过保护设备的短路电流不变，因此这时的光伏发电系统对原来已有的保护没有产生影响。 在这一位置处并入光伏电源，如果在系统侧电源处发生故障，这时将由安装在系统处的相应保护动作以断开线路，这时输电线路末端的光伏电源会向A位置处供电，提供故障电流，但是输电线路很长足以使提供的短路电流小于保护设备1的整定值，所以可以断定此时的光伏电源并入电网不会对输电线路AB的速断保护产生影响。 光伏发电电源并入配电网输电线路的容量不一样，也会对配电网配置的电流保护产生影响。我们仍然以图2-6为分析对象，如果光伏电源并入在位置C处，它的容量足够大，那么当在k1位置处发生短路时，这是本应该有保护设备1相应的电流保护设备动作跳断路器的闸，但是因为光伏系统会向短路点提供电流流过保护设备2，光伏电源容量足够大，这样就可能会导致保护设备2电流保护也动作跳断路器的闸，这样就失去了动作的选择性，导致受影响线路的增长。 另外，如图2-6，如果光伏电源并接在输电线路的B出，对于同一处的短路故障k2，此时流过保护1和保护2的电流变化情况不同。和没有光伏电源并入时相比较，发现流经保护1的短路电流减小减小，流过保护2的短路电流增大。也就是说，在光伏系统并入电网情况下，当在光伏电源下游发生短路情况时，光伏电源上游的保护处流过的短路电流减小，使得相应上游的电流速段保护的范围减小；流过光伏电源下游的介于光伏电源和短路点之间的保护的电流增大，这就使得相应下游的电流速段保护的范围变长，如果电流速段保护的保护范围增大，就可能会延伸到下一条线路，使保护的选择性无法得到保证。 2.5 本章小结本章通过针对光伏发电系统并网之后，配电网线路上发生故障情况时的分析，说明了光伏电源并入输电线路配电网对配电力网系统的继电保护装置的影响。具体问题具体分析，结合案例，认真思考，仔细说明了光伏电源给继电保护设备可靠性、选择性和重合闸装置、电流保护造成的不利影响，同时为下面提出解决方案提供了理论基础。3 含光伏电源的配电网继电保护新方案3.1 解决技术层面的问题 由于并入电网的光伏发电系统的规模不断扩大，它对电网产生的影响越来越大。除了考虑在经济与法律政策相关方面抑制影响之外，也需要在技术层面解决光伏发电并网对电网造成的问题。3.1.1 构建光伏电源并网的研究实验与验证环境 光伏电源系统的仿真对比、验证研究环境以及建模是其发展不可缺少的重要一环。因为如果要使电力系统仿真分析软件具有包含光伏发电系统的大电网分析计算的能力，必须以实际光伏发电系统为基础，分析和研究光伏发电系统的特性，并在电力系统分析软件中建立其静态和动态模型，将此模型与实际光伏发电系统进行比较，才能构建出完善的光伏发电系统并找出控制系统的模型。 光伏发电系统的仿真实验环境对大电网安全极其重要。要为仿真分析研究光伏发电系统对大电网提供安全的实验环境。也要在光伏发电系统建模研究的基础上，分析光伏发电系统并网的典型案例，将这些典型案例进行仿真计算并把结果积累，才可以建立光伏发电系统并网的典型案例数据库。这些典型案例主要是典型的光伏发电系统，光伏发电系统典型运行方式、典型并网方式、典型故障场景以及典型控制措施等。 构建大电网扰动对光伏发电影响的实验环境。建立光伏发电系统与电力系统仿真分析软件的数据接口。要研究大电网扰动对光伏发电影响，需以光伏发电系统的典型运行方式和并网方式为基础，在大电网里设置典型扰动，从而观察和分析光伏发电系统的运行特性。3.1.2 深入研究光伏发电系统与电网相互作用的机理 大量光伏发电以微网的形式接入大电网后，微网与大电网之间的相互作用就会非常复杂。这将对大大影响大电网的运行特性，这种影响一旦产生，对其分析研究需以全新的方法为基础。由于微网的存在，配电系统的安全稳定问题不可忽略，其分析方法与高压电力系统截然不同：研究目的是揭示微网与大电网互相作用的本质，探讨相关理论和方法，为微网配电系统的稳定分析和控制奠定理论基础。3.1.3 健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范 光伏发电接入公共电网需要严格的技术标准和规范。这其中就包括光伏发电系统并网的规模、接入电压的等级以及无功配置和电能质量等方面的技术标准。健全光伏发电的技术标准与规范，使得光伏发电等新能源分布式发电系统更有序得接入大电网，确保大电网的安全稳定运行，不会造成大的危害和影响。3.1.4 解决配电网规划、运行问题 原先初始的配电网规划只是仅仅考虑了单一电能的分配问题，即只有一个电源向外供电的方式，而光伏电源介入配电网之后，配电网集电能的采集、分配和传送于一身，配电体系发生了重大改变，原先基于单电源的负荷预测模型不再适用。 在如今的配电网规划设计中需要考虑光伏电源的并入，它的容量、数量和位置等都需要考虑。最好是能通过实验以确定整个配电网上个光伏电站最优并入容量和位置，这需要大量的人力和物力的投入，最好是能投入相当多的精力来研究光伏并网运行的规划、控制理论与技术，规划光伏发电并网的技术标准和相应的检测规范。 新型配电系统的规划理论与方法需要得到我们更广泛的关注，研究新型配电系统的规划理论与方法。光伏发电电源配置进行优化，包括选址与容量，光伏发电输出的控制方式接入位置以及并网方式，还有对电网谐波和电压波动与闪变造成的影响等等。在规划中，一般都把光伏发电等可再生能源作为电源，还需要合理可靠。这样才能从规划层面上保证配电网的经济型、安全性、环保性和电能的优质性。3.2 解决继电保护方面上的问题 我们有第二章的分析知道光伏电源并网的位置和容量的大小的不同会对保护设备产生影响，因此我们就应该想到限制光伏电源并入电力网的容量，同时投入电力网的容量不宜过大。 限制并入电力网的光伏电源的容量只是暂缓之策不利于光伏产业新能源的大力发展，这不符合我们的期待，因此，还要不断提出改进的方案，需要我们的不断深入研究去完善。在这里结合第二章的分析我们又想到应该尽量在输电线路的较末端并入光伏电源这样将会对保护设备的影响化为最小，同时在继电保护装置最初的整定配合时应该考虑各种极端条件下的情况。对不满足配电要求的保护设备及时更换，对保护装备的整定经常核对和调整，确保之间的配合和一定的灵敏性。 研究含光伏发电系统的配电系统的保护原理与技术。光伏发电系统通过微网的接入，彻底改变了配电系统故障的特征，使故障后电气量的变化变得十分复杂。传统的保护原理和故障检测方法将受到巨大影响，甚至无法满足要求，需要探讨新的保护方法和保护技术网。 研究孤岛检测及紧急控制与继电保护。并网运行的分布式电源在发生大电网故障等情况时，与大电网断开并继续向木地负荷供电、独立运行的情况称为孤岛运行。出于用电安全和用电质量的考虑，须迅速检测出孤岛.对分离系统部分和孤岛采取相应的调控措施，至系统故障消除后再恢复并网运行。研究光伏发电系统孤岛检测方法，研究紧急状态下负荷切除和孤岛划分的优化选择技术，研究孤岛运行和联网运行的无缝切换控制技术。研究光伏发电对配电网中短路电流大小、流向及分布的影响，以及含光伏电源的配电网保护与控制技术，以保证故障的快速、可靠切除和及时智能地恢复供电。 3.2.1 含光伏电源的配电网对过电流保护影响分析 本节重点给出其对其中的过电流保护影响的相关结论，结合结论进行下文分析。 图3-1 PV接入配有过电流保护的配电网 以图3-1为例，线路2上若发生K1短路故障，这是该线路上相应装置的保护整定值不变，此时对于保护装置1和2，因为只有系统电源这一唯一的电源向短路点供电，所以保护装置的正常动作情况不会受到影响。线路1上若发生K2短路故障，这是该线路上相应装置的保护整定值不变，此时对于保护装置1和2，因为不紧有系统电源向短路点供电，还有光伏电源向短路点供电流，所以保护装置的正常动作情况会受到影响，可能会导致保护1、2的过电流保护误动作，导致线路动作范围正大，这是我们需要极力避免的。 另一方面，光伏发电系统并入电网后还可能导致相应的过电流继电保护装置举动，该动作的时候不动作。我们仍然以图3-1为例，故障如果发生在光伏发电系统所并入点的后面k3处，而此故障位置假如原先在保护装置3的保护范围内，切保护正定值不变，光伏电晕系统的并入会使保护1的保护范围减小，这就会有应该保护3的过电流动作它缺不动作的可能。 另外，PV的接入增加了电源，流过k3的电流也就增大，无异于利于过电流保护动作；对PV上游相应位置处配置的相应保护2装置和5装置来说，因为检测到的保护2装置处的发生短路时候过电流保护的短路电流增大，相应检测装置检测到的保护5装置处因为对区间1中的反时限过电流保护均加装了方向元件，所以它们不会误动作。3.2.2考虑分区纵联与过电流保护相配合的保护方案 在分析光伏发电系统并入系统后对配电网过电流保护影响后，本节对原先得保护配置进行了改进，加上了分区纵连保护，认真思考提出了一种新的保护方案。这种方案依据PV系统结构并入点的位置不同，保护配置形式也有差别，具体问题具体分析如下。 图3-2 考虑分区纵联与过电流保护相配合的保护方案 如若在线路1的C位置处，如图3-2所示，仅接有一个光伏电源。我们将输电线路1分成两个区间：输电线路上A到C的部分是区间1，输电线路上C到E的部分是区间2。以区间1为例，需要在保护设备1、5上配置方向纵联保护，同时还要再保护设备1和2出配置过电流保护设备。为了在保护1装置的断路器跳闸后，起动1处的重合闸以重新恢复供电，还需加装重合闸装置在区间1的保护1装置处和5装置处，而这时保护5装置处断路器还未重合（已断开），所以在保护1设备处只需配置一般的不需要没必要要求有检同期功能的重合闸。区间2为单一电源在一侧型网络，应该同时配置定时限过电流保护于位置3和4处，而究竟采用重合闸前加速或后加速方式的重合闸，则根据实际情况采取。 如图3-3所示，有多个PV并入配电系统，在线路2上接有两个PV结构系统，所分区间在图中已标出，区间1和区间2的保护均要配置方向纵连的，还要在区间1和区间2中的相应保护装置过流配置保护，设置为定时限，另加装可以判别方向的测量元件。图3-3 多个PV并入下的保护方案另外，在电力系统最大可以运行方式下，能确保选择性于各保护配置装置之间，整定配合图3-3中1线路上的过电流保护装置，其是反时限设置的。3.2.3所提保护动作的情况 以图3-3为例，好比，在区间2地方的任一地方发生了故障，对于位置3、5处的保护装置，在这些地方应该配置过电流保护装置，它们需要反时限配置。另外位置3、5出相应保护配置了方向纵连保护，都装有了判别方向的元件，且都为正，因此可判断为故障发生在区内，这样就会动作断开保护3和5处的断路器，非常可靠。紧跟其后，位置3处的断路器会快速重合断路器闸。故障类型有瞬时的和永久的之分：如若是瞬时方式的短路故障，故障在重合闸之后会消而失，消失后位5处的断路器将重合断路器的闸；如若是永久的短路性故障，就让位置3和5处相应的保护装置3、5命令断路器动作以切除故障，动作时有选择，保护配置的是过电流保护。在位置5出的保护装置加装了弱馈保护，不管PV的输出功率如何变化，都也能保证可靠的动作。 如若故障发生在区间3上，不妨假设自动装置重合闸采用的是自动重合闸之前加速。位置4处的保护最先动作，此时将由电流速断保护动作。如若故障是瞬时，保护将会感应到故障然后跳闸，跳闸后自动重合闸，这样故障就会消失；如若故障是永久型的，故障最终由位置3或位置4处的保护动作以切除。动作时反时限，相应的保护是过电流保护。 如若故障发生在相邻馈线1上，这时流过位置1、3、5、2处的是反方向电流，相应位置处的保护均加装了方向元件，可有效防止断路器误动。3.3 本章小结本章首先从配电网规划、运行方面探讨了针对光伏发电并入电力系统对继电保护的影响的对策，然后从继电保护方面入手，先总体从宏观角度对如何减轻光伏系统并网对电网继电保护设备的影响提出了自己的看法，然后对传统配电网配置的保护做了改进，在分析过电流保护的基础上提出了加装分区纵连保护的思路和方案。第四章就针对本次提出的在过电流保护方案上加装纵连保护的方案进行仿真，验证所提方案能否可行。4 建模仿真与结果分析4.1 仿真模型搭建4.1.1 仿真软件PSCAD/EMTDC概述 PSCAD/EMTDC（全称Power Systems Computer Aided Design）是世界上广泛使用的电磁暂态仿真软件，EMTDC是其仿真计算核心，PSCAD为EMTDC（Electromagnetic Transients including DC）提供图形操作界面。光伏发电技术是经过其电池板由光能转变为电能的新兴的技术通。它向负荷提供的式。光伏发电系统的组成模块由其核心部件光伏电池及电池组件光伏阵列之外，另外还包含能量变换，能量储存和控制与保护等关键模块环节。 通常把造成电力设备故障或错误动作的任何电力问题都归纳为电能稳态问题。暂时状态电压质量问题主要是指电力系统发生故障和投切的操作时产生的现象，例如电压凹缺，电压中断，电压速滑以及暂时状态的冲击。光伏电源的供应输出功率特性的偶然性和不稳定性，因此会由电网电压波形畸变引起的电压波动的变化趋势，以及电压的闪烁，不平衡等不利于电力分布和传输的问题。同时，近年来电力开关电子器在光伏电力方面的大功率领域内得到广泛应用其所带来的各种问题也受到各界的高度重视，逐渐演变成为近期各个方面关注的域新。4.1.2 仿真验证 我们利用典型的10kV配电网模型，如图4-1所示，其中系统参数如下：=100MVA，=10.5kV。系统电源取10.5kV额定电压，电压向量相位为0度。馈线均为架空线路，参数：，；将额定容量为6MVA、额定功率因数为0.85的负荷接与各节点相接。将该系统在PSCAD仿真软件上进行模拟分析。图4-1 10kV配电系统模型图4-2 10kV配电系统PSCAD仿真模型 仿真中故障类型以两相短路为例，设置故障从0.2s开始，瞬时性故障时间持续时间为0.05s。在PV未接入情况下检测到的流过馈线1相应保护的最大负荷电流值和整定值如表4-1。表4-1无PV并入时测得流过馈线1各保护的最大负荷电流及相应的整定值 保 护 最大负荷电流（kA） 过电流保护整定值（kA） 30.4030.653 20.6571.064 10.9511.541 将保护之间的时间阶梯整定为0.3s，保护3、2、1的动作时限分别为0.1s、0.4s、0.7s。区间1中的过电流保护装置设置为反时限的，切均设有判别方向元件，所以动作都正常，不会误操作。 将额定容量为10MVA的PV并上母线C之后，考虑到安全性，必须对线路进行方向纵连保护；当两相短路发生在馈线1的线路末端，此时流经各保护器的短路电流如表4-2所示：表4-2系统最小运行方式下接入PV后测得流过线路1各保护的短路电流 PV出力相应保护 CD末端 BC末端 AB末端PV=031.13921.2522.74911.4552.8685.317 PV=5MVA31.30521.1352.74911.2272.8685.317 PV=10MVA31.46721.0192.74911.1362.8685.3174.2 仿真结果分析 通过分析比较表4-2中在线路CD末端短路时在PV系统结构未并入时流过的短路电流和PV系统结构并入后流过相应线路末端的短路电流，证明当其下游发生故障，在PV系统并入后，光伏系统网络负荷节点电压分布之前和之后会不同，本文对光伏输出电源电压波动造成的变化的分析形势以及评价指标。以及对馈线电压的变动和不同的接入位置影响进行光伏系统网络仿真，总结了光伏系统连接到配电