（电气工程专业论文）含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真.pdf

t h er e l a yp r o t e c t i o nm e t h o dr e s e a r c ha n ds i m u l a t i o nf o rt h e d i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n b y z h a ow e i b e ( h e b e iu n i v e r s i t yo fe n g i n e e r i n g ) 2 0 0 9 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rh u a n gc h u n s e n i o re n g i n e e rz h e n gk e m i n a p r i l ，2 011 m 5川0m m 7 ，7，0m 9iiiii_y !i r ，- 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 五咬 日期j 剀 学位论文版权使用授权书 年r 月习日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囤。 ( 请在以上相应方框内打“、”) 作者签名： 导师签名： 日期：驯年z - 月力1 日 日期： 加，年f 月2 ) 日 拗溉 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 摘要 能源问题和环保问题的日益突出，推动了分布式发电的快速发展。分布式发 电有着集中供电无法比拟的优势，但在已经成熟的大电网中接入分布式电源会带 来很多问题，分布式发电对配电网继电保护的影响就是其中的重要问题之一。本 文基于p s c a d e m t d c 电磁暂态仿真软件，建立含分布式电源的配电网继电保 护分析模型，对目前配电网常见的几种保护方案进行仿真研究。 本文首先对分布式电源特点、优势与弊端进行阐述，并对其进行分类，同时 对现有含分布式电源的保护方案进行了归类总结。然后简要介绍了 p s c a d e m t d c 电磁暂态仿真软件，且采用该软件对所研究的配电网系统进行 建模。 分析了分布式电源接入配电网对目前常用的三段式电流保护的影响。通过改 变分布式电源接入位置，在不影响保护动作的前提下，对允许接入配电网的分布 式电源的最大容量进行仿真研究，同时分析其特点。 距离保护具有方向性和不受系统运行方式影响的特点，本文分析了分布式电 源接入配电网后对距离保护的影响因素，通过改变分布式电源的容量和接入位 置，仿真分析了给距离保护i 、i i 段带来的影响。 电流保护和距离保护都限制了接入配电网中分布式电源的容量，最后本文对 能不受接入配电网分布式电源容量限制的自适应电流保护进行研究，重点对逆变 型分布式电源接入配电网后自适应电流保护的特点及整定方法进行了阐述，同时 改变逆变型分布式电源接入配电网的容量和故障位置，用p s c a d e m t d c 电磁 暂态仿真软件进行建模仿真j 仿真结果表明，改进后的自适应保护能满足不同容 量分布式电源接入配电网，起到很好的保护作用。 关键字：分布式发电；配电网；p s c a d ；继电保护；自适应电流保护 ， i i 硕士学位论文 1 1 a b s t r a c t t h ep r o b l e m so fe n v i r o n m e n ta n de n e r g yh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t a n dt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ed i s t r i b u t e dp o w e rg e n e r a t i o nh a sb e e np r o m o t e d c o m p a r i n ga g a i n s t c e n t r a l i z e d p o w e rs u p p l y , d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n h a s i n c o m p a r a b l ea d v a n t a g e s ，b u tt h ed i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ni n s e r t e di nt h em a t u r eb i g p o w e rg r i db r i n g s al o to fp r o b l e m s t h ei m p a c to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no n d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp r o t e c t i o ni so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o b l e m s t h i sp a p e rb u i l d s t h ea n a l y s i sm o d e lo fr e l a yp r o t e c t i o nf o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o nb yp s c a d e m t d ce l e c t r o - m a g n e t i ct r a n s i e n ts i m u l a t i o ns o f t w a r e ，t h e n s i m u l a t e sa n da n a l y z e ss e v e r a le x i s t i n gp r o t e c t i o ns c h e m e s t h ep a p e r , f i r s t l y ，e x p o u n d st h ec h a r a c t e r i s t i c s ，a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s o fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，t h e nd o e st h ec l a s s i f i c a t i o n a tt h es a m et i m e ，c l a s s i f i e s a n ds u m su pt h ee x i s t i n gd i s t r i b u t e dp o w e rp r o t e c t i o ns o l u t i o n sf o rt h ed i s t r i b u t e d n e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n n e x tt h ep a p e rb r i e f l y i n t r o d u c e s p s c a d e m t d ce l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n ts i m u l a t i o ns o f t w a r e ，a n db u l i d st h e m o d e lo ft h er e s e a r c h i n gd i s t r i b u t i o ng r i ds y s t e mb yt h i ss o f t w a r e t h ei n f l u e n c eo ft h ed i s t r i b u t e dn e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o no nt h e t h r e e z o n ec u r r e n tp r o t e c t i o nh a sb e e na n a l y z e dt h o r o u g h l yi n t h i sp a p e r by c h a n g i n gt h ea c c e s s i n gl o c a t i o n o fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，o nc o n d i t i o nt h a ti t d o e s n ta f f e c tt h ep r o t e c t i o n s ，t h ep a p e rs i m u l a t e st h eb i g g e s tc a p a c i t yo fd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n w h i c ha l l o w i n gi n s e r tt ot h ed i s t r i b u t e dn e t w o r k ，a n da n a l y z e si t s c h a r a c t e r i s t i c s a c c o r d i n gt ot h ed i s t a n c ep r o t e c t i o nh a s c h a r a c t e r i s t i c so fd i r e c t i o na n dn o i n f l u e n c ew i t hd i f f e r e n ts y s t e mo p e r a t i n gm o d e s ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei n f l u e n c e f a c t o r so fd i s t a n c ep r o t e c t i o no nt h ed i s t r i b u t e dn e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n i m p a c t so ft h ei , i is e c t i o no fd i s t a n c ep r o t e c t i o nh a v eb e e ns i m u l a t e da n da n a l y z e d w i t hd i s p a r a t el o c a t i o na n dc a p a c i t yo ft h ed i s t r i b u t e dr e s o u r c e i nt h en e t w o r kw i t hd i s t r i b u t e dr e s o u r c e ，t h ec u r r e n tp r o t e c t i o na n dt h ed i s t a n c e p r o t e c t i o nl i m i t e dc a p a c i t i e so ft h ed i s t r i b u t e dr e s o u r c e s ot h ep a p e rr e s e a r c h e st h e a d a p t i v ec u r r e n tp r o t e c t i o nw h i c hi sn o tl i m i t e dt h ec a p a c i t yo ft h ed i s t r i b u t e dp o w e r ， a n df o c u so ne x p o u n d i n gi t sc h a r a c t e r i s t i c sa n ds e t t i n gm e t h o da f t e ri n v e r t i n gt h e t y p eo fd i s t r i b u t e dp o w e rc o n n e c t e dt o t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k a c c o r d i n gt o l l i 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 d i s p a r a t et h ef a u l t e dl o c a t i o na n dc a p a c i t y , t h i sp a p e rb u i l d st h ea n a l y s i sm o d e lb y p s c a d e m t d ce l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n ts i m u l a t i o n s o f t w a r e ，t h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ei m p r o v e da d a p t i v ep r o t e c t i o nc a ns a t i s f yd i s t r i b u t e dp o w e rw i t h d i f f e r e n t c a p a c i t y sa c c e s s i n gi n t ot h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，a n dh a sv e r yg o o d p r o t e c t i o ne f f e c t k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ；d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；p s c a d ；r e l a yp r o t e c t i o n ； s e l f - a d a p t i v ec u r r e n tp r o t e c t i o n i v 广 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论1 1 1 研究的背景与意义1 1 2 分布式发电的应用与研究现状2 1 2 1 分布式电源分类2 1 2 2 国内外应用现状3 1 3 分布式发电对继电保护的影响研究现状4 1 4 本文的主要工作7 第2 章配电网继电保护分析仿真模型8 2 1p s c a d e m t d c 简介8 2 2 配电网仿真模型9 2 3 分布式电源模型1 0 2 4 本章小结1 1 第3 章含d g 配电网的三段式电流保护的研究与仿真1 2 3 1 配电网模型和电流保护的配置1 2 3 1 1 含分布式电源的配电网模型1 2 3 1 2 电流保护配置1 2 3 2 电流保护的仿真实现1 3 3 3 分布式电源对配电网电流保护的影响1 4 3 3 1 故障发生在相邻馈线1 4 3 3 2 故障发生在d g 上游1 5 3 3 3 故障发生在d g 下游1 6 3 4 接入配电网中分布式电源容量计算1 6 3 5 本章小结一2 0 第4 章含d g 配电网的距离保护的研究与仿真2 1 4 1 配电网模型和保护的配置2 l 4 1 1 含分布式电源配电网模型2 1 4 1 2 距离保护配置2 2 4 2 距离保护的实现2 3 v 含分布，i 乜源配电嘲的继f i l 保护方泣的研究j 仿真 4 3 分布式电源对距离保护的影响2 4 4 3 1 改变分布式电源的容量2 5 4 。3 2 改变分布式电源的接入位置2 6 4 4 本章小结2 7 第5 章含d g 配电网的自适应电流保护的研究与仿真2 8 5 1 自适应电流保护的原理2 8 5 2 含逆变型分布式电源的自适应电流保护的分析2 9 5 3 含逆变型分布式电源的自适应电流保护的整定3 1 5 3 1 两相短路时的情况3l 5 3 2 三相短路时的情况3 2 5 4 仿真计算3 3 5 4 1 两相故障3 4 5 4 2 三相故障3 5 5 5 本章小结3 5 结论与展望3 7 参考文献3 8 致 射4 l 附录( 分布式电源接入l0 k v 配电网的系统图) 4 2 v l 丁程硕士学位论文 1 1 研究的背景与意义 第1 章绪论 近年来，随着电力行业的发展和对环境保护的要求，能源的永续利用和环保 已成为全球关注的战略问题。利用新的能源发电也成为各国电力行业研究的重点。 目前全球大部分国家发电都主要以对不可再生资源的利用为主，尤其以煤、天然 气、石油等资源的利用。但是不可再生资源的枯竭已在全球达成共识，据国际相 关权威部门在2 1 世纪初对世界能源储量的调查表明：石油、天然气和煤炭可采量 分别为3 9 9 年、6 1 年和2 2 7 年1 1j 。同时，大量利用这些不可再生资源所带来的环 境污染也是巨大的，c 0 2 带来的温室效应越来越严重。随着社会的快速发展和对 电能资源的巨大需求，利用新的能源发电已是全球各国急需解决的问题。 在寻找新的能源中，利用风能、太阳能、水能、潮汐能等可再生的清洁能源 是研究的热点。太阳能及其衍生的风能、水能不仅取之不尽，用之不竭，而且仅 排放极少的二氧化碳，是发展低碳经济、实现永续发展的最佳选择。我国是发展 中的大国，而发展很大程度上是依靠在能源的基础上。虽然我国地大物博，但是 很多资源还是要依赖从国外进口，我国地势西高东低，西部地区昼长夜短，太阳 能和风能充足，加紧清洁资源的利用和减少对进口能源的依赖，是我国能源战略 的重大举措。 目前全世界的9 0 以上的电力负荷都是以大机组、大电网、高电压为主要特 征的集中式单一供电。但是，近年来世界各国的大电网停电事故频繁发生，这种 大电网集中供电方式存在的一些弊端1 2 】：局部事故极易扩散，可能导致大面积停电 和电网崩溃；不能灵活跟踪负荷的变化，随着负荷峰谷差的不断增长，电网发电 及输电设施的利用率都有下降的趋势；距离电力系统远、自然条件太恶劣等因素 造成一些比较偏远地区的供电问题等等。 分布式发电是基于以上问题提出来的，分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ) 简 称d g t 3 1 ，由美国1 9 7 8 年在公共事业管理政策法中公布并正式推广，其定义为： 与传统供电模式完全不同的新型供电系统，为满足特定用户需要或支持现有配电 网的经济运行，以分散方式布置在用户附近、发电功率为几十k w 到几十m w 的 小型模块式、与环境兼容的独立电源。将大电网与分布式发电相结合被世界许多 能源、电力专家公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活 性的主要方式。 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 含分布式电源的供电系统一般有以下优点【4 】：( 1 ) 合理利用资源，调整能源结 构。( 2 ) 大幅提高能源利用率。( 3 ) 减少c 0 2 等气体排放，保护环境。( 4 ) 优化电网 结构，提高安全可靠性。( 5 ) 解决边远地区的供电问题。 然而，d g 的这些积极作用在实际中并不能够轻松实现，它要求必须具有可靠 性高、调度性好，而且具有合适的接入位置和容量，此外还需满足其他一些运行 限制。同时太阳能、风能等气候性能源发电本身就具有功率不确定的特点，使得 一些条件常常得不到满足，d g 的接入反而对配电系统造成诸多不利影响1 5 j 。 1 对电压影响。( 1 ) 当以感应电机类型d g 接入配电网时，由于d g 具有过补 偿的作用，在d g 退出电网时，容易使端子电压快速升高；( 2 ) 在中性点不接地的 电网中如果发生接地故障，将使非故障相电压升高；( 3 ) 抬高沿馈线的各负荷节点 处电压，导致一些负荷节点的电压偏移超标，d g 接入的位置及容量大小影响电压 被抬高多少。( 4 ) d g 的频繁启动容易引起配电网电压波动。 2 对系统频率影响。主要是发生在d g 孤岛运行时，导致孤岛发电功率比负 荷功率过高或者过低，过高的频率将增加d g 的机械损耗，过低的频率将使电机 和变压器的铁芯更容易饱和，同时故障切除后，容易引起非同期重合闸，影响电 网恢复。 3 对网络损耗的影响。d g 可能增大或减少网损这取决于d g 的接入位置接 入容量、负荷量的相对大小以及网络拓扑结构等因素。 4 对配电网的继电保护的影响。d g 接入配电网中，使得原有的电网结构由 单辐射网络变成双电源或者多电源网络，从而使得潮流分布不再是单一方向的变 化。而传统的配电网的保护一般都是按照单电源的放射状链式结构来设置，分布 式发电引入配电网后，潮流的方向和大小发生变化，配电网的继电保护将会受到 影响。主要表现在：使重合闸不成功；保护范围缩小；保护误动作。 分布式电源接入配电网后，将由其接入位置的不同，容量的不同对配电网的 继电保护将会产生的影响也不同，不同类型的d g ，会对继电保护产生不同影响， 因此首先要将d g 分类，然后对于接入配电网的不同类型的d g ，考虑其容量和接 入位置对继电保护的影响。 1 2 分布式发电的应用与研究现状 1 2 1 分布式电源分类 分布式电源根据不同的标准可以分为不同的类型【3 】。按容量大小可以分为小型 ( 1 m w ) 三类；按是否可再生能源发电可以 分为利用可再生能源的d g 和利用不可再生能源的d g 。利用可再生能源的d g 主 2 工程硕士学位论文 要包括太阳能发电、风力发电、地热能发电、生物质能发电、小型水电和潮汐能 发电等。不利用可再生能源的d g 主要包括往复式发电机、斯特林发电机、微型 燃气轮机、热电联产和燃料电池等；按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类，前者在体积、重量、变换效率、可靠性、电性能等 方面均优于后者。分类如表1 1 所示。 表1 1 常见d g 的分类 分布式电源接入到配电网后，在故障发生时将对故障点提供故障电流。从研 究继电保护的角度而言，不同类型的分布式电源用不同的模型，模型可以用一个 电源串联电抗的模型来表示。因此所需要考虑的是，在故障发生时d g 能够提供 多大的故障电流。对于不同类型的分布式电源，其电抗值是有所区别的，它代表 着该电源的故障电流注入能力。b a r k e r 6 j 对分布式电源的故障电流注入能力进行了 分类，如表1 2 所示。 表1 2 不同类型d g 的故障电流注入能力 d g 类型故障电流注入能力 逆变d g 同步电机 感应电机 1 0 0 4 0 0 ， 持续时间取决于控制装置 5 0 0 1 0 0 0 ，逐渐衰减到2 0 0 4 0 0 5 0 0 一1 0 0 0 ，在1 0 个周波内衰减至可忽略 1 2 2 国内外应用现状 以发展可再生能源、清洁能源为主题的低碳经济已经成为未来发展主流。美 国、欧盟、日本已经确立了新能源的发展地位，到2 0 2 0 年、2 0 3 0 年全球各国可再 生能源比重将大幅提高7 1 ，表1 3 列出部分国家对可再生资源占总资源百分比的规 划情况。 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 表1 3 部分国家对新能源利用规划表 可再生资源的大量接入，将使供电系统面临大比例间歇性电源接入，特别是 风电与光伏发电在电网中发电量比重将大幅提升，到2 0 2 0 年美国、欧盟、日本等 地区风电、光伏总发电量比重将超过1 0 ( 甚至2 0 ) ，到2 0 3 0 年还将进一步提高， 届时传统电网将面临严峻挑战。 我国在十二五规划中明确指出发展分布式发电是我国电力行业的重点问题。 要积极推进技术的成熟；开发潜力大的风电、太阳能发电和生物质发电等可再生 能源发展：加快可再生能源发电建设，解决偏远农村地区用电问题：促进可再生 能源技术和产业发展，提高可再生能源技术研发能力和产业化水平，力争2 0 2 0 年 我国风电技术处于世界领先水平，2 0 3 0 年我国太阳能技术处于世界领先水平。 1 3 分布式发电对继电保护的影响研究现状 国内外学者在d g 接入后对配电网系统影响方面的研究得比较多，同时在保 护方面也做了一定研究，主要研究方案有以下方面。 ( 1 ) 在d g 所在并网线上串联电抗器来减小d g 的助增电流，保证原有电流阶 段式保护正常工作。文献 8 1 1 】都是在串联电抗器的基础上研究如何减小故障电 流，从而使已有的保护不做大的改变。 文献【8 提出利用电抗器高阻抗值的特性，限制分布式电源提供的短路电流， 但高阻抗电抗器会对正常运行的电压产生影响，现代电力系统中，在电压质量必 须得到保证的情况下，这种方法还无法大规模推广。 文献 9 1 0 】在串联阻抗器限流的基础上提出的新型短路限流器f c l ( f a u l t c u r r e n tl i m i t e r ) ，将短路限流器接入分布式发电系统，并根据系统的具体模型和参 数合理设置限流器的阻抗值，从而有效降低分布式电源提供的故障电流，减弱分 布式电源对原系统继电保护的影响，使保护正确动作。 文献【1 1 】提出了一种利用p w m 控制的新型短路电流限制器的方法。在线路正 常运行时，可以按步长调节线路电抗，实现可控串联补偿功能，在线路发生故障 时，通过p w m 快速灵活地改变f c l 的阻抗，实现可控限流功能，但是用电子器 件进行控制同时会产生大量的谐波。 ( 2 ) 以原有保护不作较大改动，并有较好的灵敏度和配合裕度为限制条件，计 4 工程硕士学位论文 算馈线允许接入d g 的数量、容量和位置。 文献 1 2 1 4 】分析当故障发生在d g 接入点上游、下游、相邻馈线等处时，故 障电流对已有保护定值的影响，要求d g 接入后对产生的故障电流不能大于他们 的整定值。 文献【15 】分析了d g 接入1 0 k v 配电网中，采用两段保护即瞬时电流速断保护 和定时限过流保护和支路采用熔断器保护，在线路故障时，对d g 提供的短路电 流进行条件约束，并以此分析出接入d g 的最大容量。 文献【1 6 】研究了多台d g 接入配电网对沿线电压分布和有功网损的影响，以最 小化有功网损为目标，重点研究了离散模型情况，并分析了电压分布上下限对d g 安装位置的影响，计算d g 最优接入位置，对减小有功网损、提高系统运行的经 济性和改善系统电压分布都可起到良好作用。 文献【1 7 】研究了分布式电源接入配电网后，对三段式电流保护整定值进行修 订，然后来分析其在各个节点上接入的最大容量。同时利用电流电压连锁保护来 实现接入配电网的d g 容量的提高。 ( 3 ) 利用距离保护受系统运行方式影响较小，其i ，i i 段的测量元件具有明确 的方向性的特点，将距离保护应用于含d g 的配电网中。 文献【1 8 】分析了分布式电源接入配电网对距离保护i ，i i 段的影响，并提出一 种将单电源辐射状的线路改为距离保护，双电源线路的保护改成纵联差动保护。 文献【1 9 】通过分析不同分布式电源的类型、容量和接入位置等因素，仿真研究 了分布式电源接入配电网系统后对距离保护影响，并分析了运行中可能出现的问 题，如长短线配合、短路点过渡电阻对测量阻抗的影响，并给出了相应解决办法。 文献 2 0 】分析了工频变化量距离保护在含d g 典型配电网故障时的动作情况， 研究表明，工频变化量距离保护方向性明确、动作快速，其可靠性、灵敏度等性能 均优于配电网传统的距离保护和电流保护，在含d g 的配电网中，保护能够准确 动作。 ( 4 ) 探讨智能电子装置、分布式人工智能( d a i ) 技术、多a g e n t 系统( m a s ) 以及 通信技术在保护、控制新原理和方案中的应用。 文献【2 1 提出了一种新的集成保护继电器并运用于分布式发电系统的保护方 案。该继电器通过变电站通讯网获得线路的c t 和v t 数据信息。运用过电流和低 电压的算法，通过检测被保护线路远端断路器的动作情况判定故障是否发生在保 护区内，来实现加速跳闸。该保护具有过电流保护，方向低电压保护，同时还有 加速过电流保护和加速方向低电压保护的性能。 文献 2 2 】利用电流综合幅值大小的比较判断故障的正方向，将故障搜索的范围 缩小到两个三分支的母线节点之间，确定故障的最小关联区域。该方案解决了传 5 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 统电流保护各自独立判断故障且不能判断故障方向的问题，保护的选择性和速动 性得到有效提高。该方案对d g 投退等引起的运行方式变化具有较强的自适应性， 适合配电网节点众多和运行方式灵活多变的特点。 文献 2 3 】在已有的三段保护改造为两段保护，同时在上游每条线路两端原有的 电流保护基础上均加装方向元件。将每个保护的i 段与其下条馈线保护的i 段构成 一个通信单元，当下条馈线的i 段保护不动作时开放本线路的i 段保护。反之，闭 锁本线路的i 段。这样本线路i 段保护动作且收不到闭锁信号就判为内部故障，在 跳开本侧断路器的同时发送遥控信息到对端，使对侧断路器也跳闸，从而将故障 隔离。该方案是在原来的三段保护的基础上，所以不要大面积改造，同时有后备 保，但是对通信提出很高的要求。 文献【2 4 】提出只在d g 接入的馈线的始端装设一套三段式电流保护，在d g 上 游的每条馈线末端安装断路器，并与始端的保护联系，通过始端检测到的故障电 流的大小锁定故障区域，然后启动相应的断路器，从而隔离故障。该方案无法区 分本线路的末段故障与下条线路的出口故障，不能将线路作为整体精确地划分出 故障区段。 文献 2 5 】提出一种基于多a g e n t 的广域电流差动保护系统，根据电网一次、二 次设备运行状况进行电流差动主、后备保护区的在线划分。同时，将各保护视为 一个保护a g e n t 并按其与保护区的邻接关系划分到各保护区，同一保护区的保护 a g e n t 间相互通信，故障的检测、定位与隔离由分布式的各保护a g e n t 独立进行， 该方案提高了保护系统的灵活性和对电网结构变化的适应能力。 文献 2 6 】提出可以将系统分区，各区域间通过断路器连接，由配电站处的继电 器完成在线感应故障、识别故障类型和故障区域及向相应的断路器发出跳闸信号 的功能，由断路器实现故障区的隔离及切除故障区的d g 系统，这样就可以保证 非故障区域的正常运行，而对于瞬时故障的重合闸由主继电器实现。该方法对于 当有大量d g 接入配电网，系统大范围地失去其辐射状的性质时，该方法是有效 的；但对于系统中仍然呈辐射状且有分支的区域，因为处于该区域的分支到任何 一个电源的等值阻抗都可能相同，采用该方法可能不起作用。 文献 2 7 】根据d g 提供的功率和负荷保持平衡的关系，将含d g 的配电网分区， 通过主继电器将各区域连接起来，主继电器包含整个系统各个故障状态时的信息。 故障时，由主继电器来检测故障发生在系统侧还是d g 侧，d g 侧故障时，由d g 侧保护动作切除，故障切除后，d g 侧保护向主继电器发出信号，要求主继电器调 整故障后的保护信息。该方案能有效的自适应的调整故障后的状态，但主继电器 要求存储大量的数据，动作时间将延长，同时对通讯要求也很高。 6 工程硕十学位论文 1 4 本文的主要工作 本文分析了d g 接入到中低压配电网后对目前常用的保护的影响情况，通过 仿真研究了在改变d g 的接入容量和接入位置对配电网对各种保护的影响特点， 同时对不受容量限制的自适应电流保护进行研究，通过修改整定参数后的自适应 电流保护能有效地解决d g 接入容量和接入位置的限制，为大容量d g 接入配电 网在继电保护方面提供理论参考和技术支持。本文就以下几方面进行了研究： ( 1 ) 介绍了研究d g 并网的背景和意义，阐述了d g 接入配电网的优点和弊端。 同时对d g 进行了分类，并重点介绍了d g 接入配电网后对继电保护产生的影响 及其解决方法。 ( 2 ) 介绍了p s c a d e m t d c 电磁暂态仿真软件，建立了含d g 的配电网继电 保护分析仿真模型，对模型中各元件参数进行设置；针对逆变型d g ，进行了仿真 模型搭建。 ( 3 ) 利用p s c a d 软件对含d g 的配电网的三段式电流保护进行仿真研究，详 细分析了d g 在不同位置允许接入最大容量的条件，通过仿真求出d g 在不同位 置允许接入的最大容量，进一步通过仿真验证其正确性。 ( 4 ) 借助p s c a d 软件对含d g 的配电网的距离保护进行仿真研究，分析在接 入d g 后影响距离保护的因素，通过改变分布式电源的容量和接入位置，来分析 d g 的接入对距离保护的影响。 ( 5 ) 分析了已有自适应电流保护整定方法不适合含有逆变型d g 的配电网的原 因，修改了自适应电流保护的整定参数，并对两相故障和三相故障时整定情况进 行分析。最后用p s c a d 软件仿真验证了修改后的整定方法的正确性，具有很好的 保护性能。 7 含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真 第2 章配电网继电保护分析仿真模型 电力系统是一个大规模、时变和非线性的复杂系统，对其动态过程的分析主 要依靠数字仿真技术。电力大系统的数字仿真现已成为电力企业在系统动态过程 分析、系统规划设计、运行方式制定和优化、控制方案实施时的重要辅助手段。 在研究分布式发电对继电保护的影响中，数字仿真己成为分析影响因素和研究新 保护的重要手段。 目前的电力系统仿真软件主要有p s a s p 、a t p 、e m t p 等电磁暂态仿真软件， 由加拿大m a n i t o b a 高压直流输电研究中心开发的p s c a d e m t d c 软件2 8 脚l ，具 有计算规模大、元件模型库丰富、稳定高效、界面友好、开放性等特点。现在新 版的p s c a d e m t d c 不但有工作站版，而且有微机版( p c 版) ，在世界范围内的科 研机构、高校和电力生产部门中得到广泛应用。 2 1p s c a d e m t d c 简介 电磁暂态仿真程序e m t d c ( e l e c t r o m a g n e t i ct r a n s i e n ti nd cs y s t e m ) 程序是目 前世界上被广泛使用的，一种可进行电力系统电磁暂态过程详细仿真的商业化软 件，于1 9 7 6 年最早由d e n n i sw o o d f o r d 博士设计开发。经过3 0 多年的发展，现已 具有友善的用户界面p s c a d ( p o w e rs y s t e mc a d ) 、大量丰富的电气元件模型库、 强大的分析处理能力、方便的数据输入方式以及开放式分析模式( 如提供了用户自 定义模型功能、可与m a t l a bs i m u l i n k 程序进行协同仿真等) ，使得用户能更方便地 使用e m t d c 进行电力系统( 尤其是交直流混联系统) 的分析，同时该软件所提供的 可视化功能，可以使人们对电力系统复杂的动态过程进行直观地观察。e m t d c 是 p s c a d e m t d c 软件的核心仿真程序，p s c a d 则是与e m t d c 完美结合的图形界 面，用户可以在一个完全集成的图形环境下构造仿真模型、分析计算和处理数据。 本文中采用p s c a d e m t d cv 4 2 版，它是由加拿大m a n i t o b a 高压直流输电研究中 心在2 0 0 5 年推出的p s c a d e m t d c 软件包的最新版。 p s c a d e m t d c 的元件模型库十分丰富，包括集中参数以及随时间变化的电 阻、电感和电容；单相和三相逻辑控制断路器，用于模拟网络连接的改变和各类 型的短路故障；旋转电机，不但可模拟同步电机、感应电机，还可模拟汽轮机、 水轮机的调速器以及交直流励磁器的动态特性；各种继电器模型；h v d c 及f a c t s 模型库；以及各种测量与控制系统模型库等。另外m a s t e rl i b r a r y 的分类整合功能 也为仿真研究提供了诸多方便。其它的如模型视图、在线控制、控制组、元件拖 8 t 程硕1 ：学位论文 拽移动、网络频率在线扫描、m a t l a b s i m u l i n k 接口等等，为仿真提供了极大的方 便。 2 2 配电网仿真模型 本文以1 0 k v 配电网为基础，将分布式电源接入到配电网中，采用m a s t e r l i b r a r y 元件库的元件，搭建的仿真系统图如附录所示。 1 ) 系统电源 我国的1 0 k v 馈线均由3 5 2 2 0 k v 变电站的1 0 k v 母线送出，考虑通用性，将 变电所以上的系统等值为一电压源，系统的基准容量取为1 0 0 m v a ，基准电压取 为1 0 5 k v ，并用短路容量来表示配电网的短路水平。由于配电网一般离系统电源 的电气距离比较远，在最大运行方式和最小运行方式下的短路容量变化不大，故 障变电所变压器的l o k v 低压母线最大运行方式的短路容量为2 5 0 m v a ，最小运行 方式的短路容量为2 0 0m v a 。 2 ) 线路参数 配电网线路采用架空线，型号为l g j 1 2 0 2 5 ( 钢芯铝绞线) ，参数e = 0 2 7 f 2 k m ， 五= 0 3 4 7 f 2 砌。线路长度和阻抗大小按下表2 1 设置。 表2 1 线路参数设置 a bb cc dd ee fa g g h 长度( k m ) 5 43453 6 等效阻抗( q ) 1 3 5 +1 0 8 +0 8 l +1 0 8 +1 3 5 + o 8 1 +1 6 2 + 1 7 3 5 j 1 3 8 8 j 1 0 4 l j1 3 8 8 j1 7 3 5 j1 0 4 1 i2 0 8 2 i 3 ) 负荷参数 分别在配电网中每条母线上接入额定容量为1 m v a 的负荷，在馈线的终端接 入额定容量为6 m v a 的负荷，功率因素为0 8 5 。 4 ) 变压器参数 以感应电机和同步电机发电的分和式电源，通过变压器连接10 k v 配电网。进 行故障研究时，假定变压器的容量与分布式电源的容量一样大，短路电压百分比 为4 5 。为了减少d g 接入后所带来的谐波影响，对分布式电源接入时，变压器 d g 侧采用三角形接法，配电网侧采用星形接法。 5 ) 其它模型参数 在每段线路前安装一个多