（电力系统及其自动化专业论文）分布式电源对配网的影响及准入容量的确定.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nh a sb e e nw i d e l ya d m i t t e da sac h e a p ，e f f i c i e n ta n dc l e a n i n gp o w e r a n dw i l lb ea ni m p o r t a n tp a r to fe n e r g i e si nt h ef u t u r e i no r d e rt om e e tt h ec o n t i n u o u s l y i n c r e a s i n gd e m a n df o re l e c t r i c i t y ，m a n yd i s t r i b u t e dg e n e r a t o r sw e t ec o n n e c t e dt oe x i s t i n gp o w e r s y s t e m s ，w h i c hm a d eam o d e lc a p a b l eo f n o to n l yc o m p u t i n gt h em a x i m u mp e n e t r a t i o nl e v e lo f c o n n e c t e dd i s t r i b u t e dg e n e r a t o r sb u ta l s oe v a l u a t i n gt h em f l u e l i c eo ft h e i rc o o n e e t i o n se x t r e m e l y n e c e s s a r y d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nh a sa ne f f e c to ne x i s t i n gp o w e rs y s t e m s ，m e a n w h i l ei n c o r p o r a t i n g d i s t r i b u t e dg e n e r a t o r sw i l lb r i n gas e r i e so f t e c h n i c a lp r o b l e m s ，o n eo f w h i c hi sp r o t e c t i o n ，d g s i n t e r e o n n e e t i o nm a k e sd i s t r i b u t i o nn e t w o r kb e c o m en e t w o r kt y p eo f m a n ye l e c t r i c a ls o u r c e sa n d b r i n g sa b o u tp r o t e c t i o nn o tt oo p e l a t en o r m a l l y t h ep a p e rs e t sa b o u tt h i sp r o b l e mt os t u d yi n o r d e r t o w o r k o u t i l t h ep a p e rd i s c u s s e se m p h a t i c a l l ys u f f e r e de f f i c i e n c yo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r kb yd g ，a n d i n t r o d u c e st h ec o m p u t i n go fl e v e lo fp e n e t r a t i o n t h el a s t p a r t i n t r o d u c e st h ep r o c e s so f i n c o r p o r a t i n gd g k e yw o r d ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n p r o t e c t i o ns y s t e m ； p e n e t r a t i o nl e v e l 2 浙江大学硕士学位论文 1 。绪论 1 1 分布式电源的概念 分布式电源本身并不是一种全新的形式。近几十年来，在重要的行业和场所，为了增 强供电的可靠性，一直有用户安装并拥有自己的电源设备，但是其发电成本是电网提供的 电能价格的3 4 倍，而且在发电时伴随着巨大的噪音和排放大量的废气。我国早期的小 火电、小热电，也属于分布式发电，由于技术性能不好和环境污染问题而被淘汰。近年来， 随着竞争性的零售电力市场的出现和新型分布式电源技术研究的突破性进展，又引起了对 分布式电源新一轮的更广泛关注，分布式电源与传统的电力系统的优势互补使得其在电力 行业得以迅速渗透。 目前所指的分布式电源在节能、环保、投资、电力安全和满足用户的多样化需求等方 面都能发挥较大优势。它以分散的方式布置在用户附近，功率一般在数千瓦至5 0 m w 之间， 与公共电网相对独立，以天然气、沼气、生物质气和轻油等作为燃料，实现热、电、冷三 联供。与传统远离负荷中心依靠远距离输配的电源相比，分布式电源被直接安装在负荷所 在的配电网络中，无需通过电网输送，而且利用管网和电缆系统向特定区域内同时直供电 力、蒸汽、热水和冷气伯】。 分布式电源与传统集中式发电的主要区别是其规模较小且靠近用户，一般可以直接向 附近的负荷供电或根据需要向电网输出的电能。d g 指的是为了满足一些特殊化用户的需 求、支持已有配电网的经济运行而设计和安装在用户处或其附近的小型发电机组( 一般小 于3 0 姗) ，或坐落在用户附近使得负荷的供电可靠性及电能质量都得到增强，或者由于就 地应用热电联产使得效率得到提高的发电形式。有文献指出皿1 ，d g 可以包含任何安装在 用户附近的发电设施，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的类型。对于包含了位 于用户计量仪表侧的需求侧管理、各种提高能源效率和降低能耗的手段，如电能储存技术 等更广泛意义上的d g ，许多文献都改用d r ( d i s t r i b u t e dr e s o u r c e s ) 或d e r ( d i s t r i b u t e d e n e r g yr r e s o u r c e s ) 的概念。许多文献中并不严格区分d g 和d r 的不同。本文中分布式 发电( d g ) 仅指满足上述条件的小型发电机，而分布式电源( d r 或d e r ) 则包括d g 、热电 联产、冷热电联产以及各种靠近用户的电能存储技术。 1 2 分布式电源的分类 分布式电源的分类：在不同的研究领域，d r 有不同的分类方式。一般可以根据d r 的 6 浙江大学硕士学位论文 技术类型、所使用的一次能源及其和电力系统的接口技术进行分类“。d r 的技术类型见表 1 1 。 表1 1 常见的分布式电源的分类 小型燃汽轮 化石燃銎法可再生 ac 直接相联 地热发电 水利发电 风力发电 光伏系统 燃料电池 太阳热发电 蓄电池储能 电容器储能 飞轮储能 超导电磁储能 微透平 生物质能发电 具有同步或感 应发电机的往 复式引擎 可再生能源 可再生能源 可再生能源 可再生能源 化石燃料，可再生 能源 可再生能源 电网或d g 电网或d g 电网或d g 电网或d g 化石燃料。可再生 能源 可再生能源或废弃 物 ac 直接相联 ac 直接相联 d c 逆变器 d c 逆变器 d c 逆变器 ac 直接相联 d c 逆变器 d c 逆变器 d c 逆变器 d c 逆变器 亭婴 逆变器 ac 一 ac 直接相联 化石燃塾，二可再生 ac 直接相联 能源 一、 表中所使用的一次能源有：化石燃料、可再生能源及电能的储存。若d r 与电力系统 相连时，并网技术类型有：直接与系统相联( 机电式) 和通过逆变器与系统相联两大类。 若d r 是旋转式电机直接发出基频交流电则属于第一类，而逆变器型d r 通常指的是发出直 流电的d r 和发出高频交流电的d r 。但在d r 实际应用中，大部分文献习惯于按照其大小分 为：小型( 小于l o o k w ) 、中型( i o o k w i m w ) 和大型( 大于1 m w ) 三类。 1 3 分布式电源的特点 分布式电源在节能、环保、投资、电力安全和满足用户的多样化需求等方面都有较大 优势。 1 ) 节能效果好：分布式电源不是单纯发电的。小火电”、“小机组”，而是通过优质能 源的综合利用。同时提出供热、冷、电多种能源的发电模式，能源利用率可以达到8 0 以 上，超过常规燃煤火电机组一倍。 2 ) 环境负面影响小，可持续发展：分布式电源以天然气、轻油、可再生能源等清洁能 7 宰 木宰 幸 奉宰 幸宰 枣木木书 木 木幸水掌木 卑 事 浙江大学硕士学位论文 源为燃料，具有良好的环保性能。一般来说，与常规的燃煤火电机组相比，以天然气为燃 料的分布式电源排放的s o , 和固体废气物几乎为零，c 0 2 排放减少5 0 以上，n q 减少8 0 。 3 ) 分布式电源投资小，占地少，建设周期短，有利于较短时间内解决电力短缺问题。 4 ) 节省管网和输配电投资。集中供电的输配电损失一般在1 0 左右，而分布式电源由 于设立在负荷中心附近，因此无需建立昂贵的输送网，也无需建设配电站，输配电损耗很 低。 5 ) 能够满足用户的多样化需求。分布式电源能够同时提供热、电、冷三种能源，并且 可以根据用户的特定要求，提供不同温度等级的热量和冷气。 6 ) 供电可靠性好。分布式电源多采用性能先进的中小型、微型机组，开停机方便，操 作简单，负荷调节灵活，且各电站相互独立，便于用户自行控制，不会发生大规模的供电 事故。 分布式电源适宜于商业中心、居民区、工业园区、学校、宾馆、机场和地铁提供电力、 供热、制冷。按照发达国家的经验，公共电网系统和分布式电源相结合是节省投资，降低 能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法。 分布式电源是集中供电的有益补充，有利提升供电安全保障水平。 分布式电源与大电厂、电网不是对立关系，对于电网是有益的补充和坚强的保障。分 布式电源作为一个相对独立的能源供应系统，可以同大电网并网，使其具有良好的互补性 和安全性。 1 4 分布式电源国内外研究现状 分布式电源受到世界各国的高度重视，认为它将成为人类能源可持续发展的一个新阶 段，成为目前解决资源短缺和环境污染的最佳技术选择。 就全世界来看，能源利用率越高、环境保护越好的国家，对于发展分布式能源技术的 推广应用就越热衷，支持政策越明确n 1 。如丹麦、荷兰、日本对分布式电源都采取一系列 鼓励政策；“9 1 l 事件”后，出于供电安全的考虑，发达国家都加快了分布式电源建设的 步伐，到目前为止，英国已有1 0 0 0 多座分布式电源站，美国有6 0 0 0 多座分布式电源站， 美国政府计划到2 0 1 0 年有2 0 、到2 0 2 0 年有一半以上的新建商用或办公建筑使用分布式 电源，同时到2 0 2 0 年有1 5 的现有建筑改用分布式电源。 发达国家在分布式电源的相关研究方面已经开展了较多的工作，除了在分布式电源的 制造技术方面较为成熟外，在其运行( 特别是并网运行) 方面也进行了较多的探索，国际 b 浙江大学硕士学位论文 电气工程学会已经制定了分布式电源接入配电系统的相关准则，即i e e e l 5 4 7 标准。这与 人们对环保的关心和地球能源资源的开发利用现状有关。 分布式电源在我国发展相对缓慢，虽然已颁布一些法规，但一些政策法规尚不健全， 尤其在并网技术标准上还是空白，使得投资商不愿新建不能并网的电站，极大限制了分布 式发电技术在我国的应用和推广”1 。随着我国经济高速发展，电力需求增长迅速。我国能 源工业面临经济增长与环境保护的双重压力。节约能源，提高能源利用效率，尽可能多地 用洁净能源替代高含碳量的矿物燃料，是我国能源建设遵循的原则。大力开发太阳能、风 能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源利用技术将成为增加能源供应及减 少环境污染的重要措施之一。随着分布式电源的优点日见显著，我国相应的法律、法规及 技术规范将日趋完善，分布式电源将是我国未来能源结构的一个重要组成部分。 世界许多能源电力专家认为，大电网与分布式发电相结合是节省投资、降低能耗、提 高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是本世纪电力工业的发展方向。美国e p r i 电力 专家预测，到2 0 1 0 年，世界每年新增的分布式电源容量将占当年新增电源装机容量的2 5 。 1 5 分布式电源可能带来的问题n i ) 安全性： 异常情况下电力系统不经心通电使工作人员和公众遭受到危险电压 故障电流增加并超过设备额定值引起灾难性设备故障 2 ) 电能质量 产生电压越限情况，可能使系统设备损坏 产生电压闪变影响其它用户 谐波、直流注入电力系统中引起设备误动或损坏 3 ) 可靠性 出现故障或进行开关操作时，产生过电压造成设备损坏 电力系统产生失步状况会导致设备损坏或失效 电力系统继电保护装置可能会误动，造成不必要的用户停电 由于分布式电源重新并网困难，恢复供电被延迟 举以下几个方面的例子来说明分散电源的影响： 电压调整：由于用户自发有功，使得线路上传输的有功潮流减少，减少了电压降，这 样由于同一母线的不同出线，由于其所接的分散电源不同，就产生了母线调压的问题。 浙江大学硕士学位论文 系统保护、继电器设备、熔断器等都面对用户自有发电设备所产生的问题。因为分散 电源技术可能会产生复合的故障电流。这样就需要更加复杂的保护方法来满足用户侧电源 不断加大应用程度的情况。 分散电源接入配电网后，辐射式的网络将变为一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。配电网的根本性的变化使得电网各种保护定值与机 理发生了深刻变化，配电网中大量的继电保护装置早已存在，不可能为了新增的d g 而做 大量改动，d g 必须与之配合并适应它，这给继保带来了新的技术问题。 短路电流 虽然在许多情况下d g 接入配电网侧装有逆功率继电器，正常运行时不会向电网注入 功率，但当配电系统发生故障时，短路瞬间会有d g 的电流注入电网，增加了配电网开关 的短路电流水平，可能使配电网的开关短路电流超标。因此，大功率d g 接入电网时，必 须事先进行电网分析和计算，以确定d g 对配电网短路电流水平的影响程度。 电能质量 与分散电源相关的电能质量问题主要是高压和谐波问题。如果在非峰荷时段，分布式 发电装置所在点如果发出的电能超过用户需要，可能导致该点电压过高，产生系统的反向 潮流。对于谐波的注入问题，随着大量能够产生谐波设备的投入使用，也逐渐得到人们关 注。这些设备主要是非线性负荷和系统中的电流逆变装置。 1 6 本文研究的内容和目标 1 6 1 研究的主要内容 l - 分析分布式电源接入对配电系统短路电流的影响 2 。分析分布式电源接入对配电系统保护及重合闸的协调动作的影响 3 从继电保护方面考虑，对分布式电源接入容量的约束条件。 1 6 2 研究目标 1 结合杭州局实际情况，对分布式电源的接入，在保护方面提供技术指导。 2 对接入杭州配网的分布式电源的容量确定流程的设想 3 提出提高分布式电源准入容量可采取的措施 1 6 3 预期成果 浙江大学硕士学位论文 1 学习并熟悉分布式电源相关内容，为分布式电源大量接入电网做技术储备。 2 为分布式电源接入杭州电网，从保护方面对其准入容量的确定设计一流程，并能提 供可采取的措旖和要求。 3 发表一些关于分布式电源与配电系统保护配置的文章。 浙江大学硕士学位论文 2 配电系统相关一次设备 2 1 高压断路器 高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电 路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无 故障部分正常运行，能起到保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其 最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。因此，在运行中其开断能力是标志性能的 基本指标。所谓开断能力，就是指断路器在切断电流时灭弧的能力，以保证顺利地完成分、 合电路的任务。目前，我国使用的高压断路器一般可分为：多油式断路器、少油式断路器、 压缩空气高压断路器、s f 6 断路器、真空断路器等。 2 2 高压熔断器 熔断器是最简单的保护电器，是电力系统中过载和短路电流故障的保护设备。其原理 是当电流超过给定值一定时间，融化一个或几个特殊设计配合的熔件，分断电路的器件。 它具有结构简单、体积小、价格便宜、保护动作可靠和消除短路故障时间短等优点。屋内 型高压熔断器在变电所所内常用于保护电力电容器、配电线路和变压器，而在电厂中多用 于保护电压互感器。高压熔甄器按额定电压、额定电流、开断电流和选择性等项来选择和 校验。 2 3 负荷开关 负荷开关是在配电网络中应用最广泛的一种设备。负荷开关能分合正常的负荷电流， 包括一定范围内的过负荷电流。能耐受短路电流的短时热效应和机械力。但负荷开关不能 开断短路故障电流，所以必须和具有开断短路电流能力的配电设备( 如熔断器、断路器等) 配合使用。也有一些厂家的负荷开关技术参数中提出可以关合短路电流。一般来讲，断路 器、重合器和重合分段器应该有这一能力。可以关合开关技术意义是：该设备不但能耐受 短路时的动稳定要求，而且其动、静触头能在关合短路电流时不致发生熔焊和变形。至于 是否要求负荷开关满足这技术参数，则要根据该负荷开关在电气回路中的运行要求而 定。负荷开关按结构和灭弧方式分，有产气式负荷开关、压气式负荷开关、s f 。负荷开关、 真空负荷开关和油负荷开关等。按安装地点来分有户内式和户外式。环网柜普遍采用负荷 开关和熔断器作为操作和开断短路的电气设备。 浙江大学硕士学位论文 2 4 电抗器 电力系统中使用的电抗器有串联电抗器和并联电抗器两种。 并联电抗器是高压、超高压线路上作补偿用的一类电抗器，是提高线路的传输能力和 确保输电质量的一种不可缺少的重要电气设备。串联电抗器又叫限流电抗器，有普通电抗 器和分裂电抗器两种，用于限制短路电流。 浙江大学硕士学位论文 3 配电系统继电保护 3 1 继电保护四个基本要求 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求：选择性、速动性、灵敏 性和可靠性。 1 选择性：保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以 保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。 2 速动性：快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的 情况下工作的时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护 装置能迅速动作切除故障。 3 灵敏性：是指对其保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力。不论故障点的位 置和故障的性质如何，都应敏感地作出反应，具备足够的灵敏性，通常用灵敏系数来衡 量。 4 可靠性：指在该保护装置规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不该拒绝动 作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该误动作。 3 2 电流速断保护 仅反应于电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。它按照躲开下一条线 路出口处短路的条件整定，保证动作的选择性，选择性的电流速断保护不可能保护线路的 全长。优点是简单可靠，动作迅速，缺点是不能保护线路全长，并且保护范围直接受系统 运行方式影响。 3 3 限时电流速断保护 能以较小的时限快速切除全线路范围内的故障，并作为速断保护的后备。由于要保护 本线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，为了保证动作的选择性， 必须使保护的动作带有一定的时限，此时限的大小与其延伸的范围有关。为了使这一时限 尽量缩短，首先考虑使它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围，起动电流一般为 下一条线路速断保护定值的1 1 1 2 倍，而动作时限则比下一条线路的速断保护高出一 个时间段，此时间阶段以t 表示，一般在0 3 5 o 6 s ，通常取0 5 s 。为了能够保护本线 1 4 浙江大学硕士学位论文 路全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时，具有 足够的反应能力，用灵敏系数衡量，一般大于1 3 1 5 。 3 4 定时限过电流保护 过电流保护通常是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在 正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情 况下，它不仅能够保护线路全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。 过电流保护的动作时限按选择性要求整定，一般选择得比相邻各元件保护的动作时限 均高出至少一个t ，当故障越靠近电源端时，短路电流越大，此时过电流保护动作切除 故障的时限反而越长。 3 5 三段式电流保护的应用 电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。它们 之间的区别主要在于按照不同的原则来选择启动电流。即速断是躲开某一点的最大短路电 流来整定，限时速断是按照躲开前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流 保护则按照躲开最大负荷电流来整定。 由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因 此，为保证迅速而有选择性地切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组 合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，可以只采用速断加过流保护，或限时速断 加过流保护，也可以三者同时采用。 使用i 段、i i 段或i l l 段组成的阶段式电流保护，其最主要的优点就是简单、可靠， 并在一般情况下也能够满足快速切除故障的要求，因此在电网中特别是在3 5 k v 及以下的 较低电压网络中获得广泛的应用。保护的缺点是它直接受电网的接线以及电力系统运行方 式变化的影响，例如整定值必须按系统最大运行方式来选择，而灵敏性则必须用系统最小 运行方式来校验，这就使它往往不能满足灵敏系数或保护范围的要求。 3 6 继电保护整定原则 一般短路电流计算采用假设条件为： i ) 忽略发电机、调相机、变压器、架空线、电缆线路等阻抗参数的电阻部分，并假 定旋转电机的负序电抗等于正序电抗。6 6 k v 及以上的架空线路和电缆，当电阻与电抗之比 1 5 浙江大学硕士学位论文 r x 0 3 时，宜采用阻抗值z ：再r i 了。 2 ) 发电机及进相机的正序电抗可采用t = o 时的瞬态值x d ”的饱和值。 3 ) 发电机电动势标么值可以假定等于1 ，且相位一致。只有在计算线路非全相运行电 流和全相振荡电流时，才考虑线路两侧发电机综合电动势间有一定的相角差。 4 ) 不考虑短路电流的衰减。对机端电压励磁的发电机出口附近的故障，应从动作时 间上满足保护可靠动作的要求。 5 ) 各级电压可采用标么值电压或平均电压值，而不考虑变压器电压分接头实际位置 的变动。 6 ) 不计线路电容和负荷电流的影响。 7 ) 不计故障点的相间电阻和接地电阻。 8 ) 不计短路暂态电流中的非周期分量。但具体整定时应考虑其影响。对有针对性的 专题分析( 如事故分析) 和某些装置特殊需要的计算，可以根据需要采用某些更加符合实 际情况的参数和数据。 3 7 配电系统自动重合闸 在电力系统故障中，大多数是送电线路的故障，运行经验表明，架空线路故障大都是 “瞬时性”的，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸，就有可能大大提高供电的可靠 性。运行资料表明，重合闸的成功率一般在6 0 9 0 之间。由于重合闸装置本身的投资很 低，工作可靠。因此，在电力系统中获得广泛的应用。但事物一分为二，当重合于永久性 故障时，将带来一些不利影响，如： ( 1 ) 使电力系统又一次受到故障的冲击； ( 2 ) 使断路器的工作条件变得更加严重，因为它要在很短的时问内，连续切断两次 短路电流。 3 8 重合闸与继电保护的配合 为了能尽量利用重合闸所提供的条件以加速切除故障，继电保护与之配合时。一般采 用两种方式：重合闸前加速保护和重合闸后加速保护。 3 8 1 重合闸前加速保护 1 6 浙江大学硕士学位论文 重合闸前加速保护一般又简称为“前加速”。 重合闸前加速保护方式一般用于具有几段串联的辐射型线路中重合闸装置仅装在靠 近电源的一段线路上。当线路上( 包括相邻线路及以后的线路) 发生故障时，靠近电源侧的 保护首先无选择性地瞬时动作于跳闸，而后再靠重合闸来纠正这种非选择性动作。其缺点 是切除永久性故障时间较长装有重合闸装置的断路器动作次数较多，且一旦断路器或重 合闸拒动，将使停电范围扩大。主要适用于3 5 k v 以下由发电厂或主要变电站引出的支配 线上，以便快速切除故障，保证母线电压。 3 8 2 重合闸后加速保护 重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”，所谓后加速就是当线路第一次故障时， 保护有选择性动作，然后，进行重合。如果重合闸重合于永久性故障则在断路器合闸后， 再加速保护动作，瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。“后加速”的配合 方式广泛应用于3 5 k v 以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。因为，在这些线路上 一般都装有性能比较完善的保护装置，移l 如，三段式电流保护、距离保护等，因此，第一 次有选择性地切除故障的时间均为系统运行所允许，而在重合闸以后加速保护的动作，就 可以更快地切除永久性故障。 优点： 1 第一次是有选择性地切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中， 一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正。 2 保证了永久性故障能瞬时切除，并仍有选择性的。 3 和前加速保护相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制，一般说来是有利而 无害的。 缺点： 1 每个断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相比较为复杂； 2 第一次切除故障可能带有延时。 单侧电源线路的三相重合闸动作时限的选择： 当线路发生故障后，保护有选择性地动作切除故障，重合闸进行一次重合以恢复供电。 若重合于永久故障时，保护装置即不带时限无选择性地动作断开断路器。 在断路器跳闸后，要使故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度是需要一定的时 间，必须在这个时间以后进行合闸才有可能成功。 1 7 浙江大学硕士学位论文 因此，重合闸的动作时限应在满足以上两个要求的前提下，力求缩短。如果重合闸是 利用继电保护来起动，其动作时限还应该加上断路器的跳闸时间。根据我国运行经验，上 述时间整定为0 3 o 5 s 太小，采用0 5 s 左右较为合适。 1 8 浙江大学硕士学位论文 4 分布式电源与配电网故障 4 1 分布式电源的接入降低了所在线路保护灵敏度 如果一个分布式电源接入某条线路，当线路末端，或者只要在分布式电源的下游发生 故障，分布式电源将向故障点提供短路电流，减少了线路保护检测到的故障电流值，从而 降低了保护的灵敏度，保护有可能拒动。如下图所示： 图4 1d g 的接入降低保护灵敏度 z 。为系统母线至分布式电源所在支线接入点阻抗，z ：为分布式电源所在支线接入点至 线路末端线路阻抗，乙为分布式电源所在支线阻抗( 包括d g 等值阻抗和并网变压器阻抗) 。 当线路末端发生两相短路故障，保护检测到的短路电流i = o 8 6 6 ( z 。+ z 2 + z 。幸z 2 z 。) 。故障 电流与z 。宰z ：大小有关，z 。牛z ：z 。越大，d l 的保护检测到的故障电流越小。设z + z 2 - z ， z 为线路阻抗与系统等值阻抗之和，是定值，若假设也不变，z 车z ：= z l * ( z z 。) 瓦， 则当z 。= z 产z 2 时，i 最小，即分布式电源对保护的影响最大。 4 2 相邻线路故障，分布式电源所在线路保护可能误动 若相邻线路故障，以系统侧母线故障为例，由于分布式电源接入，分布式电源将向故 障点提供短路电流，本线路保护有反向故障电流流过，若反向电流足够大，保护可能误动， 使分布式电源所在线路保护无故障跳闸。 1 9 浙江大学硕士学位论文 图4 2d 6 的接入引起保护误动 图4 2 中，当系统侧母线发生三相短路，dg 提供的反向短路电流i = l ( z ，+ z g ) ，z 为系统母 线至分布式电源所在支线接入点的线路阻抗，z 6 为分布式电源所在支线阻抗( 包括d g 等值 阻抗和并网变压器阻抗) ，当故障越接近母线，分布式电源与系统母线电气距离越近，反 向故障电流越大。 4 3 分布式电源对重合闸的影响 配电网故障中8 0 9 0 是瞬时性的。为了能够在线路发生瞬时性故障时，快速恢复对 负荷的供电，保护通常投入重合闸功能。重合闸的应用对提高系统供电可靠性，减少电网 维护工作量有着相当重要作用。在辐射式配电网结构下，重合闸在迅速恢复瞬时性故障线 路供电时，不会对配电系统产生任何冲击和破坏。当分布式电源接入配电线路后，线路两 侧连接的是两个电源，重合闸动作前，必须保证d g 己停止运行或者已从配网中切除。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 有可能在重合闸动作时没有跳离线路，这将产生两种潜在的威胁。 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这段时间内，两者之问的相角差可能出现在0 3 6 0 0 之问的任何位 置。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。 故障点电弧重燃：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。因此，系统侧宜延长重合闸时限，d g 侧需装设低周、低压解 列装置，同时为避免非同期合闸给d g 带来致命冲击，系统侧重合闸继电器宜检线路无压， d g 侧检同期。 我国配电系统主要采用重合闸前加速和重合闸后加速两种运行方式。重合闸前加速常 2 0 浙江大学硕士学位论文 用于多段式配电线路中，线路中任何一点发生故障，保护装置在0 秒内将线路断开，1 秒 后重合闸动作恢复线路运行。若分布式电源接入点在前段线路，而故障发生在后段线路。 按i e e e l 5 4 7 的标准规定，分布式电源在电网电源失去后，必须跳离线路。在重合闸前加 速方式下，任何位置的故障必须跳开分布式电源，而增加了线路恢复运行时的工作复杂度 和工作量，延长了对用户的停电时问。 在单段式配电线路中，经常采用的是重合闸后加速方式。当接入分布式电源后，在故 障电流较小和速断保护死区内，故障只有在延时0 5 秒后由过流保护动作，才能切除。 4 。4 配网故障不能切除，对分布式电源机组影响 分布式电源所在线路和其相邻线路发生故障，线路保护检测到的故障电流都具有相同 的性质。一般情况下，分布式电源的孤岛保护是利用电网电源断开后所产生的电气量的变 化或变化率来实现的。当接有分布式电源的线路发生故障，在某些情况下，分布式电源的 接入使保护不能瞬时切除故障。这样，只能由其后备过流保护将故障消除。依然假设线路 末端两相短路，在线路发生故障到过流保护动作切除故障这段时间内，由对称分量法分析， 分布式电源将流过负序电流。负序电流幅值随着故障类型的不同而有很大的差异，但其绝 对值总是很大。如果分布式电源是旋转电机，在负序电流的作用下，其可能引起机组线圈 发热、绝缘击穿和机械损伤，而降低机组的使用寿命或增加其运行成本，在很大程度上降 低了分布式发电的经济效益。 4 5 串联电抗器，对分布式电源的影响 电网正常运行时，由于负荷电流相对较小，电抗器不会产生过大的电压降而对电网的 电压质量造成损害。但当系统发生短路故障时，电抗器的高阻抗可以将短路电流限制在设 定值以下。 同时由于电抗器的高阻抗值的作用，在线路短路故障时，分布式电源所提供的短路电 流大幅度降低，从而有利于故障点电弧和降低分布式电源机组检测到的负序电流，确保了 重合闸的正确动作和发电机组的正常运行。 2 1 浙江大学硕士学位论文 5 分布式电源对配电网保护的影响及准入容量的确定 分布式电源( d g ) 接入配电网后必然会改变配电网的短路电流分布，给继电保护的正常 运行带来一系列的问题。我们以分布式电源接入1 0 千伏配电网为例，分析分布式电源对 配电线路保护的影响，同时要求在接入d g 后，保护装置依然能够保持原有的协调性。 如果配电线路有自动重合闸装置，则d g 容易受到故障后非同期合闸的冲击电流的不 良影响，因此，i e e es t a n d a r d1 5 4 7 标准要求n “：1 一如果故障发生在d g 所在馈线，d g 应当停止向配电网供电。2 一在d g 所在馈线的自动重合闸动作前，d g 必须跳离配电网，但 是，我们必须考虑如果d g 没有满足上述要求的情况。根据我国配电网目前的保护运行方 式，设以下讨论的1 0 千伏配电网线路和保护配置如下：目前，大部分馈线都是直接向用 户供电的辐射线路，也称终端线，部分1 0 千伏馈线通过其它变电所1 0 千伏母线转送其它 l o k v 终端线路，也称为非终端线路，两类线路均采用两段式保护，主馈线保护采用电流速 断、定时限过电流保护，支线采用高压熔丝保护或负荷开关，并配置重合闸加速装置；以 下以此为例分析分布式电源的接入对配网保护的影响，同时提出为保证原有保护配置动作 正确，分布式电源应满足的约束条件，从而确定分布式电源可接入的最大容量：准入容量。 5 1 分布式电源对两段保护及重合闸前加速的影响 设电流速断保护按保护整条配电线路瞬时跳闸方式进行整定，定时限过电流保护按线 路最大负荷电流进行整定，重合闸为前加速一次重合方式。当线路任意位置发生故障时， 电流速断保护瞬时动作切除故障，然后由重合闸合闸恢复供电。若重合到永久性故障，则 由线路定时限过电流保护有选择的再次永久性地断开故障点。 5 1 1 相邻线路故障 当相邻馈线发生故障时，d g 将通过母线向故障点提供反向短路电流，如图5 1 所示。 由于断路器c b l ，c b 2 配备的保护系统并不具有识别故障方向的能力，这就有可能引起c b l 、 c b 2 的保护误动作，造成d g 所在的正常运行线路中断供电。这就要求当同一母线上的相邻 线路发生故障时，d g 所产生的最大反向电流不能引起c b i 、c b 2 的保护误动。根据本节对 保护系统的假设条件，当相邻线路的出线端，即母线处发生三相短路故障时，d g 由于相邻 线路故障所产生的短路电流最大，其值不应启动c b 2 的速断保护。如果d g 不存在或容量 浙江大学硕士学位论文 很小，这一点是有保证的；如果d g 的容量值可以任意增加，这就必须保证d g 产生的短路 电流满足下式条件： ii r ( 5 一卜1 ) 上式中，r 为断路器c b 2 电流速断保护的整定值。因为c b i 、c b 2 的过电流保护具 有一定的时延，可以从时间上与故障线路c b 的速断保护相配合，所以此处无须考虑过电 流保护的协调性问题。式中，可以通过分布式电源d g 的暂态电势，内阻抗和d g 的并网阻 抗与配电网系统参数值联立计算得到。 若故障是瞬时性的，则相邻线路重合闸重合后，线路恢复正常运行。若故障是永久性 的，则故障线路的电流速断保护已被重合闸闭锁，故障只能由过电流保护进行有选择性地 切除。最严重的情况下，若故障发生在近母线处，则断路器c b 的过电流保护可能需要很 长的时间延时t 才能动作，而时间f 大于c b i 或c b 2 的过电流保护的动作时问，这就造成 c b i 或c b 2 的过流保护先于c b 动作跳闸，中断了正常线路的正常供电。这样，就必须保证： i i ，( 5 - 1 2 ) 上式中，i ，为断路器c b l 或c b 2 的过电流保护的整定值的较小值。 结合式( 5 - 1 1 ) 、( 5 一i - 2 ) 的分析结果，可以得到当相邻线路故障时，分布式电源提 供的最大反向短路电流应满足式( 5 1 2 ) 。 对于发生故障的馈线的断路器c b 的保护而言，其感受到的电流为系统和d g 共同提供 的总故障电流，其值大于d g 引入前只有系统提供的故障电流，此影响是有利的，保护更 加灵敏。 母线上其他出线中的非故障线的保护，由于没有感受到故障电流，其保护的动作行为不 受d g 的影响。 图5 1d g 倒送短路电流 2 3 浙江大学硕士学位论文 5 1 2 本线路故障 如图5 2 所示，根据重合闸前加速原理，重合闸装置r 安装在变电站断路器c b 2 处。如 果一个分布式电源d g 2 接在变电站附近，另一个分布式电源d g l 接在转送的终端线路上，若 在断路器c b 2 与1 ) 6 2 之间发生故障，流过故障点的电流由系统和d g 共同提供，应由系统侧 c b 2 的电流速断保护动作切除故障，然后由c b 2 的重合闸前加速进行重合以恢复供电，若重 合于永久故障，应由c b 2 的过流保护动作切除故障。对于c b 2 的保护而言，引入d g 2 和1 ) t 3 1 前后，其感受到的故障电流均只由系统提供，大小不变，故保护的动作行为不受1 ) 6 2 和d g l 的影响。母线上其它出线保护，由于未感受到故障电流，保护的动作行为也不受影响。对于 c b l 的保护而言，若只有d g 2 接入，c b l 由于未感受到故障电流，保护的动作行为也不受影响。 若1 ) ( 3 1 接入，d g l 将通过母线向故障点提供反向短路电流i ，i ) 6 1 产生的最大反向故障电流不 能引起c b i 保护的误动，要求满足式5 一卜l ，i 1 月li i , 为断路器c b l 的电流速断保护 定值。 如果断路器c b 2 跳闸后，分布式电源没有能够解列以躲开重合闸可能造成的非同期合 闸，则配电系统和分布式电源机组将承受非同期合闸的冲击，相应的保护将动作解列。但是， 根据重合闸前加速方式下保护之间的协调性关系，当c b 2 断开后，d g 应在重合闸动作之前 跳离配电网或停止运行，且c b l 不应跳闸。但必须考虑到d g 没有停止运行或脱离电网的情 况，根据保护的整定性要求，此时，分布式电源d g 提供的流过断路器c b l 的短路电流应小 于c b l 的过电流保护整定值，即满足式5 - 1 - 2 ，即，l 式中i ，l 为c b l 的过电流保护整定 值。 若故障发生在i ) 6 2 与c b l 之间，也应由系统侧c b 2 的电流速断保护动作切除故障，然后 由c b 2 的重合闸前加速进行重合以恢复供电，由电路原理可知i ) g 2 的接入必然降低断路器 c b 2 的保护检测到的故障电流。从而降低其动作灵敏度。在最坏的情况下，保护可能会拒动。 这样，对d g 2 产生的短路电流的限制就是；当接入分布式电源d g 2 后，线路发生短路故障时， c b 2 所检测到的最小短路电流1 2 应能使c b 2 的电流速断保护可靠动作，以满足重合闸前加 速方式下，瞬时切除故障的特性。根据电网短路故障特性，可知线路末端发生两相短路故障 时，短路电流2 最小，即： i 2 i r ( 5 - 1 - 3 ) 浙江大学硕士学位论文 式中厶为断路器c b 2 电流速断保护整定值。 图5 2d g 降低线路保护灵敏度 d g 2 的接入对于母线上其它出线及断路器c b i 的保护动作无影响。 d g l 的接入，对断路器c b 2 保护动作行为没有影响。对断路器c b l 保护提供反向短路 电流，对断路器c b i 保护的影响同相邻线路故障，即要求满足式5 - 1 1 和5 - 1 - 2 。 若故障发生在c b i 与d g i 之间，应由系统侧断路器c b 2 的电流速断保护动作切除故 障，然后由c b 2 的重合闸前加速进行重合以恢复供电，若重合于永久故障，应由c b i 的 过流保护动作切除故障。对于断路器c b 2 的保护而言，d g 2 接入，减小了流过断路器c b 2 的故障电流，降低了保护的灵敏度，要求满足式5 - i - 3 ；d g l 的接入对断路器c b 2 的保 护动作无影响。对于断路器c b i 保护而言，d g 2 的接入，增加了断路器c b l 流过故障电流， 对保护动作有利，d g i 的接入对断路器c b i 的保护动作无影响。 若故障发生在d g l 下游，应由系统侧断路器c b 2 的电流速断保护动作切除故障，然 后由c b 2 的重合闸前加速进行重合以恢复供电，对于c b 2 保护而言，d g l 和d g 2 的接入， 降低了保护的灵敏度，要求满足式5 - 1 - 3 ；如果断路器c b 2 跳闸后，由c b 2 的重合闸前加 速进行重合以恢复供电，若重合于永久性故障，则c b l 的过电流保护应能可靠动作，以 切除故障。如果配电线路上只接有一台分布式电源d g 2 ，此时d g 2 所产生的故障电流使 c b i 过电流保护检测到的故障电流增大，其可靠性增加，从而对此种情况下i ) 6 2 提供的短 路电流没有限制。若接有另一台d g i 或多台d g 时，故障发生时，则由系统电源，d g l ， i ) 6 2 提供的流过c b i 、c b 2 的短路电流，l 、厶的变化就是不定的，这样我们要求在满足式 ( 5 一卜3 ) 的前提下，还需满足下式， i i ， 式中为c b l 的过电流保护整定值。 浙江大学硕士学位论文 5 1 3 分支线故障 前面介绍了主馈线故障的情况，现在来看支线的情况，如图5 3 所示，这也是我国 配电网最常采用的一种保护系统。如果支线发生故障，在熔断器f 损伤前，线路电流速 断保护首先跳闸，切除故障。使得熔断器f 免受不必要破坏。当接入分布式电源d g 后， 流过熔断器的短路电流增加，熔断器f 就很可能在c b 跳闸之前熔断。 这时对d g 提供的短路电流的要求是：在电流速断保护动作跳开断路器之前，熔断器 不能受到损伤，且c b 的保护装置仍应具有一定的可靠性。这就必须满足下列等式关系： ，srs ，胄( 5 十5 ) ，dg+sy ，f( 5 十6 ) 图5 3i x ；破坏保护与熔断器协调运行 式中f 为在熔断器最小熔解点( m i n i m u mm e l t i n gc u r r e n t ) 曲线上，c b 被速断保 t 护动作跳闸时刻