分布式电源对配电网保护影响的研究

分布式电源对配电网保护影响的研究摘要分布式发电作为一种新兴的发电技术，以其高效、环保的特点在近几年获得了飞速的发展。然而，分布式电源(DistributedGeneration，DG)接入配电网以后，原来简单的单电源辐射网络变为了复杂的多电源网络，导致原有配电网馈线保护出现灵敏度降低、拒动、误动等问题，由此给配电网的运行和控制带来多方面的影响，因此研究分布式电源的引入对配电网保护所带来的影响及提出相应的对策是十分必要的，对于分布式电源的发展和推广有着重要的意义。本文简单介绍了研究课题的背景、发展现状和研究目标，并从DG的容量、类型、位置等因素出发，对配电网馈线保护可能产生的影响进行了定性分析，关键词分布式电源；配电网；继电保护；馈线自动化；MATLAB仿真；整定原则AbstractTheDistributedGenerationtechnologyispredictedtoplayanincreasingroleinpowersystemofthenearfutureinthelightofitscharacterofhighefficiency,environmental．However,withtheinterconnectionofdistributedgeneration(DG)，thedistributionsystemhasdevelopedfromthetraditionalsimplesingle-sourceradial-networktocomplicatedmulti-sourceloop-network，bringingtraditionalfeederprotectionnewproblemsindistributionnetwork,suchassensitivitydecrease，misoperationandmalfunction，whichdeeplyaffectssystemoperatingandcontrolling．ThereforeitisnecessarytoanalyzetheinfluenceoftheDGtothedistributionnetworkprotectionandproposeitscountermeasures，whichisveryusefultothedevelopmentandpracticality，forthedistributedgenerationtechnology．Thispaperexplainsthebackground，theresearchprogressesandresearchaims，discussesthatdifferentcapacitytypeandlocationoftheDGsourcehavedifferentimpactsonthecurrentflowingthroughthefeederprotectionindistributionnetwork．Also,theMATLABsimulationofthemodelconfirmsthattheresultsofqualitativeanalysisaretrue．Inaddition,improvementschemesareproposedintllelightoftheexistingdistributionprotection，mainlyincludinginstallingthedirectionelement，modifyingthesettingvalueandusingthelongitudinaldifferentialprotection．Keywordsdistributedgeneration(DG)，distributionnetwork,relayprotection,feederautomation，MATLABsimulation,settingprinciples摘要Abstract第1章绪论1.1课题背景1.2课题研究的目的和意义1.3国内外研究现状1.3.1分布式发电技术国内外研究现状 41.3.2含DG配电网保护的研究现状 61.4论文的主要工作第2章分布式电源技术2.1分布式发电的概念2.2分布式电源的分类2.2.1燃料电池 92.2.2微型燃气轮机 92.2.3风力发电技术 102.2.4太阳能光伏电池 112.3本章小节第3章分布式电源对配电网保护的影响3.1引言3.1.1分布式电源的类型及容量对配电网保护的影响 143.1.2分布式电源的不同接入点对配电网保护的影响 153.1.3分布式电源对配网自动装置的影响 173.2算例分析3.2.1模型参数的选择 183.2.2MATLAB仿真软件介绍 203.2.3仿真系统模型 213.2.4仿真验证 223.3本章小节第4章改进后的配网保护方案4.1配电网现有保护配置的介绍4.1.1电流速断保护 304.1.2限时电流速断保护 314.1.3定时限过电流保护 324.2对现有馈线保护的改进方案4.3本章小节结论参考文献致谢附录1附录2附录3附录4附录5第1章绪论1.1课题背景社会的发展离不开能源，能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去的200多年中，建立在煤炭、石油、天然气等化工燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而在人们物质生活和精神生活水平不断提高的同时，一次性资源却日益枯竭，环境也不断恶化。为此人类必须寻找新的、清洁、安全、可靠的可持续发展能源。新能源和可再生能源的含义是指除常规能源和大型水力发电之外的风能、太阳能、小水电、潮汐能、生物质能、地热能等能源资源。中国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用。经粗略计算，在现有科技水平下，中国太阳能、风能、生物质能和水能等一年可以获得的资源量大约相当于46亿吨标准煤，为2000年全国一次能源总消耗量12.8亿吨标准煤的3.59倍。但目前小水电资源只开发了约33％；太阳能的开发利用量还不到可开发量的0.1％；风能资源的开发利用量相当于可开发资源量的0.09％；现代生物质能开发量只有33l万吨标准煤，仅相当于可开发资源量的0.6％；地热能和海洋能的已开发利用量，相对于资源量来说，就更微不足道。目前新能源和可再生能源主要以非商品能源的形式为广大农村地区提供能源供应，但随着社会、经济的发展新能源和可再生能源也正稳步的向商品化能源的方向转变。现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界90％的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供应的质量与安全可靠性要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电甚至是全网崩溃，造成灾难性后果，这样的事故在国外时有发生；而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，严重时将危害国家的安全，如科索沃战争和刚刚结束的海湾战争等；另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。所以根据西方国家的经验：大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统安全性和灵活性的主要方法[2]。当代的分布式电源是指分布在配电网中的功率为10kW～30MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源，它具有调峰、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益。DG主要包括燃料电池、风力发电、小型水力发电站、太阳能电池阵列以及生物发电等多种形式。分布式发电能源可再生、无污染等一系列优点已引起广泛关注。这些电源由电力部门、电力用户或第三方所有，以满足电力系统和用户特定的要求：调峰、为边远用户或商业区和居民区供电、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等等。分布式电源的出现还出于以下考虑：(1)由于城市的发展和公众对架空线路可能产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。于是，直接安置在用户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。(2)由于大电网面对不可抗拒的自然或意外灾害表现出的脆弱性，加上对于日益加剧的恐怖活动的担心，为了躲开“多米诺骨牌”式的电网连锁灾难，为了保证电源的安全可靠性，而将电源分散。分布式电源可以在电网崩溃和意外灾害情况下，维持对重要用户的供电。(3)对边远分散用户，分布式电源与现有配电网增容的方案相比可能要更为经济。(4)许多利用再生能源的发电装置，如太阳能电池阵列、微型水电等只能分散地接入当地配电系统。根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。基于化石能源的分布式发电技术主要由以下三种技术构成：往复式发动机技术、微型燃气轮机技术、燃料电池技术。基于可再生能源的分布式发电技术主要由以下几种技术构成：太阳能光伏发电技术、风力发电技术。混合分布式发电技术通常是指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来，形成复合式发电系统。目前一个重要的方向是热电冷三联产的多目标分布式供能系统，通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。分布式电源及其应用被认为是本世纪最受重视的高科技领域之一。随着对环境及能源使用效率的进一步重视，分布式电源在我国广泛的应用是可以预见的。目前对电源系统本身的研究已经引起了相当程度的重视，但对与电网有关的技术问题的研究却还非常薄弱。已进行的研究表明，使用分布电源的效益与现场情况关系很大。如果计划不周或选择的地点不当，分布电源会给电力系统和有关用户带来问题，轻则电压闪动，重则使重要设备故障或脱离电网，甚至危及人身安全。1.2课题研究的目的和意义分布式发电(DistributedGeneration，简称DG)是指区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，其功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的清洁环保的，经济、高效、可靠的发电方式。它可以起到节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等经济效益。由于DG容量小，电压低，一般直接通过变压器在配网接入电力系统。DG的引入使得配电系统从单电源辐射式网络变为双端或多端有源网络。原有的配电网保护和重合闸设计结构必须进行相应的调整和改变。否则，DG会使配电网的故障无法及时、准确地切除，影响配电系统稳定运行、对供配电设备和DG造成损坏。目前我国的中、低压配电网主要采用变压器中性点不接地(或经消弧线圈接地)、单侧电源、辐射型供电形式，而且地区之间的继电保护及自动化发展水平很不均衡，整体水平不高。在这种形势下，分布式电源的并网运行将影响配电网络的结构以及配电网中短路电流的大小、流向及分布，由此给配电网的运行与控制带来多方面的影响。对于分布式发电的研究刚刚起步，尚没有成熟的含分布式电源的配电网保护方案，使得各种分布式电源普遍存在“并网难”的问题，这无疑会制约分布式发电技术的推广与发展。因此，必须迸一步深入研究含分布式电源的配电网保护方案，使分布式发电技术给电网带来各种便利的同时，又不降低接入电网的安全性。1.3国内外研究现状1.3.1分布式发电技术国内外研究现状在美国，容量式电源发电和储能单元正在成为未来分布式供能系统的发展趋势。由于分布式电源的高可靠性、高质量、高效率以及灵活性，故可满足工业、商业、居住和交通应用的一系列要求。预计几年后，新一代的微汽轮机(10～250kW)可以完全商业化，为调峰和小公司余热发电提供了新机会。预计到2020年，由于新的能源需求与老的电厂的退役，估计要增加1.7×1012kW·h的电，几乎是近20年增量的2倍。为满足市场需要，下一个10年之后，美国的分布式发电市场装机容量估计每年将达5×～6×W，为解决这个巨大的缺口，美国能源部提出了以下几个涉及分布式发电技术的计划，包括燃料电池、分布式发电涡轮技术、燃料电池和风力发电技术等。可以预料，在不久的将来，各种分布式发电技术将在美国得到相当的发展[3]。在我国，随着经济建设的飞速发展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种发展所带来的安全性问题不容忽视。由于各地经济发展很不平衡，对于广大经济欠发达的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供应严重制约这些地区的经济发展。而分布式发电技术则刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广大农村地区风力资源十分丰富，像内蒙古已经形成了年发电量l亿kW·h的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的良好办法。因此，应引起足够的重视。在我国城镇，分布式发电技术作为集中供电技术不可缺少的重要补充，将成为未来能源领域的一个重要发展方向。在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷三联产技术，因为对于中国大部分地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。天然气进京和“西气东输”工程为发展小型热、电、冷联产开创了新的机遇。在中国，目前工业领域的热电联产总装机容量约2000万kW，预计到2010年可达到5000万kW，到2020年可达到1亿kW。光伏发电容量可任意组合，最适合分散使用。由于光伏发电成本高，近期大型集中式光伏发电站的经济性比较差，主要用于人口分散地区的离网独立电源和城市与建筑物结合的并网发电，典型的就是屋顶光伏发电。屋顶光伏发电替代的电力成本是电网供电的零售电价，这是最可能使光伏发电的经济性接近常规能源供电的应用领域。近年来，欧盟、美国和日本等国家的光伏发电发展很快，2000年以来，并网光伏发电的新增容量已经超过离网的分散光伏发电。目前中国的光伏发电主要还在远离大电网的偏僻地区作为分散电源应用，最近建成了一些城市并网光伏发电的示范项目，城市建筑光伏发电的应用市场也会逐步扩大。光伏发电小型分散的特点与分布式发电的特征一致。预计到2020年，中国无电地区分散电源、商业用途分散电源和城市并网型光伏发电的总量可达到100万kW[4]。风力发电已经发展成为除水力发电之外最可靠和清洁的发电方式。美国风能产业开发刚刚起步。美国风电占美国电力供应的l％以下，但根据美国风能协会估计，在稳定的政策支持下，可保持年均18％的增长幅度，到2020年，风能至少可以提供6％以上的全美电力需求量。美国风电装机容量在过去的5年中平均增长率达到28％，两位数的平均增长既体现了较强的市场需求，同时也面临许多挑战。中国风能资源丰富，可开发的装机容量约2.53亿kW，截止到2003年底，全国风能资源丰富的14个省(自治区)已建成风电场40座，累计运行风力发电机组1042台，总容量达567.02MW(以完成整机吊装作为统计依据)[5]。1.3.2含DG配电网保护的研究现状分布式电源接入配电网后势必会改变配电网络的拓扑结构和潮流方向，使原来简单的单电源辐射型网络变成复杂的多电源网络。现有的基于单端电源系统设计的配电系统保护和自动重合闸装置也必须做出相应的调整，否则由于分布式电源的存在必定使保护出现拒动、误动等问题，影响保护的选择性和灵敏性，甚至对配电系统及设备的安全稳定运行造成破坏。分布式电源的容量、类型及接入点的差异给配电网中的短路电流的分布带来不同的影响，所以定性地分析不同情况下分布式电源对配电网继电保护及配电网自动装置的影响为以后提出更好的继电保护解决方案奠定了基础，新的保护方案的提出更可以给分布式发电技术的发展提供了更广阔的发展空间。由于目前分布式发电己成为一个发展趋势，国内外对分布式电源的引入对配网保护的影响分析做了大量的工作，并提出了很多新的保护原理。文献[6]对接入分布式电源的配电网的稳定性、对继电保护的影响以及电能质量等方面进行了分析介绍；文献[7][8]具体的分析了分布式电源对配电网继电保护的一系列的影响；文献[9]提出在原保护方案的基础上加装方向元件和修改定值；文献[10]提出将故障限流器接入配电网，在检测到故障电流后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，有效降低故障电流，很好的保证了保护的选择性和灵敏性。1.4论文的主要工作本文详细分析分布式电源对配电网继电保护和自动装置的影响，并进行了具体的仿真验证。同时，根据现有的保护现状，提出了几种适用于含有DG配电网的保护方案。论文主要内容为1、概述分布式电源应用的意义和它的发展历程及现状，分布式发电技术的研究现状及课题的研究意义。2、介绍目前较为热门的四种分布式电源技术，及各种分布式能源的发电原理、各自的特点及应用场合。3、定性地分析当分布式电源的容量、类型及接入点不同时，分布式电源对馈线各处保护的影响，以及对前加速重合闸装置的影响，并利用MATLAB仿真软件搭建10kV系统模型对以上分析进行仿真验证。4、针对现有配网保护方案加以改进，主要是加装方向元件和修改定值。第2章分布式电源技术2.1分布式发电的概念2.2分布式电源的分类在不同的研究领域DG有不同的分类方式。一般可以根据DG的技术类型，所使用的一次能源及与电力系统的接口技术进行分类。根据DG通常所使用的技术可分为：柴(汽)油机组发电、水力发电、风力发电、光伏发电、燃气轮机组发电和燃料电池等。它们所使用的能源有化石燃料、可再生能源及电能储存元件。若DG与电力系统相连，则可以根据DG并网技术的类型分类，即直接与系统相联(机电式)和通过逆变器与系统相联两大类。若DG是旋转式发电机直接发出工频交流电则属于第一类，像小型燃气轮机组发电、地热发电、水力发电等：而逆变器型DG通常指的是将直流电逆变上网的DG(如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种电能储存技术)和发出高频交流电的DG(如微透平机组)。在DG的实际应用中，考虑到DG大小对其在电办系统中，应．用有直接影响，因此按其大小分为小型MW)三类[11]。目前，分布式电源研究的热点之一是可再生能源发电技术，其中水力发电、生物质能发电属于比较成熟的技术，而风力发电、光伏发电、太阳热发电、地热及潮汐发电等都属于新兴的发电技术。对于使用燃料的分布式发电技术，燃料电池和微型燃气轮机是目前大家比较关注的焦点。下面将对目前比较关注的几种分布式发电技术的工作原理和运行方式分别做介绍。2.2.1燃料电池燃料电池发电不同于传统的火力发电，其燃料不经过燃烧，而是在催化剂的作用下直接将燃料与空气或氧气之类的氧化剂相结合，发生化学反应，在生成水的同时进行发电，因而其实质是化学能发电。燃料电池也不同于平时所说的干电池和蓄电池。燃料可以是氢气、碳氢化合物、天然气、甲醇甚至汽油等，尽管燃料电池在发电时有热损失，但在室温下它的转化效率仍能达到84％。燃料电池是一种电化学装置，其组成与一般电池相同单体燃料电池是由正负两个电极以及电解质组成。不同的是，一般电池的活性物质贮存在电池内部，电池容量因此受到限制；而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。当然，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。燃料电池可按电解质的性质可分为：聚合电解质膜电池(PEM)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体电解质燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，其中磷酸型燃料电池最接近商业化，新一代的熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池则被认为最值得推荐用于电力系统的发电方式。作为21世纪的一种新型能源，燃料电池的先进性和实用性已经得到公认，在加大对燃料电池的开发、研究与利用力度方面尽管还存在一些问题，比如电极材料、制造成本、催化剂等问题，但是瑕不掩瑜，加快燃料电池发展必然是世界发展的总趋势。随着燃料电池技术不断成熟，其在各个领域的作用会越来越明显，发展潜力十分巨大[12]。2.2.2微型燃气轮机微型燃气轮机是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96000r／min，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500℃，其发电效率可达30％，实行热电联产，效率可提高到75％。微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。微型燃气轮机是目前最成熟、最有竞争力的分布式发电设备之一。微型燃气轮机排放的CO和NOx的体积百分含量都小于9×。微型燃气轮机发电单元运行时即可在本地监控，也可由中心监控站来管理；当出现故障时，由于重量轻，安装快，可以马上整机替换，然后把故障机组整体运往维修中心维修。其原理[12]很简单，如2-1图所示。图2-1微型燃气轮机原理图2.2.3风力发电技术风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，也是一种清洁能源。和光伏电池一样，它的输出功率由风能决定。风力发电是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。风力发电技术的原理是：天然风吹转叶片(形如风轮)，带动发电机的转子旋转而发电。风力发电系统中最主要的组成部分是风机和发电机。风力发电机的风轮机多采用水平轴、三叶片结构。叶片的直径随单机容量的增大而加长，目前世界上最大的旋转叶片的直径达66m，塔架高度达80m。功率调节是风轮机的关键技术之一，目前投入运行的机组主要有两类功率调节方式：一类是定浆距失速控制；另一类是变浆距控制。风力发电机系统按照发电机运行的方式来分，主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。目前，兆瓦级风力发电机组普遍采用绕线式异步发电机的变速恒频风力系统。这是一种比较合适的变速恒频方案，该结构定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仪仅是转差功率，双馈调速将转差功率回馈到发电机轴或者电网，这是各种传动系统中效率比较高的。该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。风力发电的运行方式可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行等。独立运行是指风力发电机输出的电能经蓄电池储能，再供应用户使用。这种方式可供电网达不到的边远农村、牧区、海岛等地区使用，一般单机容量数百到数千瓦。并网运行是在风力资源丰富地区，按一定排列方式安装风力发电机组，成为风力发电场，发出的电能全部经变压器（应是逆变器吧？）送至电网，如图2-2所示。这是目前风力发电的主要方式[13]。图2-2风力发电系统结构图2.2.4太阳能光伏电池太阳能作为清洁无污染的新能源方式之一，具有广阔的发展前景，在我国太阳能发电主要以光伏发电为主。近年来我国太阳电池的生产能力得到了较大的提高，据统计到2002年底我国的光伏系统累计容量达40MW，但是多晶硅太阳能电池还仅仅处于少量的试生产阶段。与国外相比我国的光伏生产和开发研究还有很大的差距，太阳能发电还处于小规模利用阶段。太阳能发电可分为太阳能光伏电池发电和太阳能热发电两大类。太阳能光伏电池发电是利用半导体材料的光伏效应直接将太阳能转换为电能，其主要设备是太阳能电池。白天发电的盈余倒送电网，晚间用户从电网取电。采用光伏电池发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。光伏电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响，系统的频率和电压对其基本上没有影响。光伏发电容量可任意组合，最适合分散使用。因为光伏发电成本高，大型集中式光伏发电站的经济性比较差，所以光伏电池主要用于人口分散地区的离网独立发电和城市与建筑物相结合的并网发电，典型代表就是屋顶光伏发电。一般情况下，由若干太阳能电池组件按串并联方式连接形成较大容量的方阵，称为太阳能光伏阵列。目前，太阳能光伏发电方面主要研究方向包括：晶硅转换速率的研究；薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的研究；太阳能电池阵列组成形式；变换器结构；光伏电站蓄电池的充放电策略的研究；并网研究；风光混合系统控制等等[14]。图2-3光伏系统示意图2.3本章小节面对能源枯竭和环境污染等问题，人类对新型发电技术的研究和开发愈加重视。目前的分布式电源种类繁多，潜力巨大。本章首先介绍了分布式电源的概念以及目前的应用情况，然后对各种分布式电源从所使用的一次能源、输出、并网技术、大小等方面进行分类。并详细介绍现在较为热门的四种分布式电源技术，主要包括燃料电池、微型燃气轮机、风力发电技术、太阳能光伏电池，分别介绍了各种分布式能源的发电原理，分析了它们各自的特点及应用场合。第3章分布式电源对配电网保护的影响3.1引言对于配电系统，无论是辐射式还是环网结构，DG的接入都将极大地影响电网中的潮流和电压。在传统的供电方式中，功率从高电压等级传送到低电压等级，通过配电变压器分配到用户。配电系统的设计、运行及其保护控制都是基于这样的供电方式。当大量DG接入时，配电线路上的潮流可能反向。配电系统不再是简单的电能配送工具，而是集发电、配电功能于一身，其电压、潮流分布不仅取决于负荷，而且取决于DG。以图3-1所示分布式发电条件下的配电系统(以下简称为分布式发电系统)为例，热电联产装置(CHP)向系统输送有功功率，同时它有可能发出或吸收无功功率，这取决于装置中励磁调节器的参数设置：风力发电机组发出有功，同时很可能吸收无功，这主要是由于机组中的异步感应电机在运行时需要吸收一定的无功；光伏电池阵列(PV)可以看作是一个恒压源，它还可以以某个设定的功率因数发送有功和无功功率，但同时容易产生较多的谐波。所以在这个配电系统中的潮流分布可以是任意方向的，这取决于负荷功率和DG的发电功率。图3-1分布式发电系统DG对配电系统的影响可能是积极的也可能是消极的，这主要取决于系统和DG的运行特性．总的来说积极作用主要体现在改善系统运行方式，支持系统高效、可靠地运行[15]上，具体包括：然而，这些DG的积极作用在实际中并不能够轻松实现，它要求DG必须具有很高的运行可靠性、可以接受调度，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。由于大多数DG不是电网公司所有，而且利用太阳能、风能等气候性能源发电本身就具有功率不确定的特点，所以这些条件很难保证。事实上，由于一些条件常常得不到满足，DG的接入反而对配电系统造成诸多不利影响，尤其是对继电保护和自动控制装置。下面从分布式电源的容量、类型以及接入配电网的不同位置等方面对配网保护及自动装置的影响进行分析。3.1.1分布式电源的类型及容量对配电网保护的影响分布式电源对配电网主要的影响是在发生故障时将对故障点提供故障电流。不同类型的分布式电源提供的短路电流不同。从研究继电保护的角度而言，分布式电源模型可以用一个电源串联电抗的模型来表示，因此需要考虑的是，在故障发生时分布式电源能够提供多大的故障电流。不同类型的分布式电源其电抗值是有差别的，它表征了该电源的故障电流注入能力。文献[7]中作者分析了几种类型分布式电源的故障电流注入能力，如表3-1所示。将该表中最大的故障电流注入数据用于短路计算就可以确定最严重的故障情况。DG类型故障电流注入百分比换流器100％～400％，持续时间取决于控制装置，某些换流器可能小于100％同步电机500％～1000％，逐渐衰减到200％～400％感应电机500％～1000％，过10个周波衰减至可忽略此外，在不改变分布式电源接入位置的情况下，随着分布式电源容量的改变，发生短路故障时，配电网中的短路电流有着较大的改变。与不接分布式电源相比，在同一点发生故障，流过分布式电源下游保护的短路电流增大，在不改变保护定值的情况下，这将使下游保护的保护范围增大；随着容量的增加，分布式电源的助增能力越大，伸入下一段保护的范围越大，继电保护的选择性将得不到满足[16]。3.1.2分布式电源的不同接入点对配电网保护的影响分布式电源接入配电网中，会改变其附近节点的短路容量。分布式电源对配电网继电保护的影响可从多个方面来考虑。分布式电源相对于保护的位置不同，会有不同的影响效果。下面针对分布式电源位于保护的上游位置、下游位置，在不同点发生故障进行考虑，配网图见图。当DG位于B点时，保护1位于其上游，保护2，3位于其下游，保护4在相邻馈线始端。图分布式电源相对于保护不同位置时对继电保护的影响分析图当无分布式电源接入时，如上图所示，故障发生在馈线2上时，有以下关系成立：====（3-1）其中：——系统故障电流；——流过保护1的电流；——流过保护2的电流；——流过保护3的电流；——流过故障点的电流。当故障发生在DG上游的Fl点时，因为DG也要给故障点提供故障电流，所以，不仅使得故障点的故障电流，F增大，而且使得AB线路变成了双侧供电线路，但此时流过保护的短路电流，2仍为零。在这种情况下，虽然保护1的短路电流与无DG时的变化不大，方向也没有改变，对保护1影响不大。但是上游AB线路只装设保护1就不能真正切除故障了，必须要在对侧装设断路器，将两侧断路器都跳开，才能切除故障。当F4点故障时，DG的存在使故障点故障电流增大，流过保护1的故障电流为分布式电源向故障点提供的故障电流，而且功率方向从负荷侧流向系统侧。在此种情况下，分布式电源对保护1有影响，会造成反方向故障的误动作。所以，不能单独地采用电流保护，必须采用方向性的电流保护才能满足选择性的要求。系统故障电流、流过保护的故障电流、故障点的故障电流之间具有下面的关系式成立：=+（3-2）=（3-3）≠≠（3-4）2．分布式电源对下游保护的影响当DG下游的F2点发生故障时，由于DG的助增作用，故障点的短路电流增大，流过DG至短路点之间保护的电流、也是增大的，分布式电源对继电保护有影响，造成各个保护的保护范围延伸，失去选择性。系统故障电流、流过保护的故障电流、、，故障点的故障电流之间具有下面关系：=+=+（3-5）==（3-6）≠（3-7）≠（3-8）其中：为DG提供的故障电流。为了让下游保护正确动作，必须按照有助增电源的情况对下游各个保护重新进行整定。当相邻馈线上的F3发生故障时，故障点的电流增大，因为DG会提供故障电流通过保护1流向故障点。如果该电流足够大，而且保护1未加装方向元件的话，将有可能造成保护1的误动作。而保护4流过的故障电流的增大，有可能会使保护4的保护范围延伸到下一段线路，与保护5失去配合，无法保证选择性。3.1.3分布式电源对配网自动装置的影响1．分布式电源所在馈线发生故障图3-3分布式电源所在馈线发生故障时对重合闸装置的影响分析图在电力系统中发生的故障大多数都是瞬时性故障，因此重合闸在电力系统中应用得非常广泛。如图3-3所示，两条馈线均采用前加速自动重合闸装置，分别装设在保护1、4处。当馈线AB、BC、CD上任何一段线路发生故障时，第一次均由保护1瞬时动作予以切除；之后保护1瞬时动作重新合上断路器，清除瞬时性故障恢复供电。在断路器跳闸后，必须有充分的时间使故障点的电弧熄灭才能保证重合闸成功。但是当分布式电源接入B点后，任何一段线路发生瞬时性故障时，保护1跳开后，分布式电源仍然向故障点提供电流，故障点的电弧持续燃烧。如果这时分布式电源处的保护没有在重合之前检测到故障并将DG从电网上断开的话，将导致保护1前加速装置重合不成功，有可能导致永久性故障，扩大停电范围。2．相邻馈线发生故障图3-4相邻馈线发生故障时对重合闸装置的影响分析图当相邻馈线上的F3发生瞬时性故障时，保护4的前加速动作瞬时跳开断路器4，之后重合成功恢复供电。但DG接入后，如果分布式电源向F3提供的故障电流过大，有可能引起本馈线保护1的误动作，由于保护1处装设有前加速自动重合闸装置，所以也会引起保护1自动重合闸装置的误动作。由上述两种情况的分析可见，分布式电源所在馈线发生瞬时性故障时，分布式电源的存在会导致前加速重合闸装置重合失败，会形成永久故障、扩大停电范围。而相邻馈线故障有可能会引起分布式电源所在馈线出口保护和重合闸装置的误动作[17]。3.2算例分析3.2.1模型参数的选择以某10kV配电网为例，额定电压为10．5kV。系统基准容量为500MVA，基准电压为10．5kV，模型如图3-5所示，参数如下：图3-5含分布式电源的配电网模型图(1)系统电源参数系统侧电压选取10kV配电网的额定电压10.5kV，即=∠kV系统最大运行方式和最小运行方式的系统阻抗值为：，即(2)线路参数包括架空线路和电缆线路。一般电缆线路故障多为永久性故障，所以全电缆线路上不装设重合闸装置，只装设电流保护装置。对于架空线路，一般装设三段式电流保护和前加速自动重合闸装置。选取架空线路型号及参数：R=0.27/㎞X=0.347/㎞选取电缆线路型号及参数：R=0.259/㎞X=0.093/㎞如图3-5所示，模型为含分布式电源的二馈线的配网图，馈线末端为负荷。馈线2的AB、BC段为2公里的架空线路，CD、DE为电缆线路，分别为7公里和14公里。分布式电源从母线C接入电网。馈线2由两段线路组成，AF为4公里的架空线路，FG表3-2模型阻抗参数表线路阻抗值（）线路阻抗值（）AB0.54+jO.694DE3.626+j1.302BC0.54+j0.694AF1.08+j1.388CD1.813+j0.651FG1.554+j0.558(3)负荷参数配电网中负荷参数选取的依据为限制每条馈线上电流有效值不超过200A。因此本文采用恒阻抗模型代替负荷:=30+j15.7，相当于单条馈线上所带负荷约为4MVA。3.2.2MATLAB仿真软件介绍3.2.3仿真系统模型3.2.4仿真验证本节拟通过仿真软件MATLAB对分布式电源对配电网的影响进行仿真验证，其中选取最恶劣的短路条件，即系统最大运行方式下发生三相短路的情况进行仿真验证。先考虑无DG的情况。对于三相短路故障，可以完全用正序参数进行计算分析。根据3.2.1节的电流参数的设置，得到系统最大运行方式下各段线路末端发生三相短路故障时的故障电流，如表3-3所示。表3-3系统最大运行方式下各段线路末端发生三相短路故障时的故障电流线路故障电流（）线路故障电流（）AB6362DE823BC3311AF3310CD1687FG1820根据表4-2得出的故障电流按照电流保护整定公式进行各保护的电流速断保护整定(可靠系数=1．2)。由于电流保护保护范围随系统运行方式的变化而变化，一般按系统最小运行方式下两相短路来校验保护范围，可以得出各处保护电流速断保护整定值及保护范围，如表3-4所示。表3-4配电网电流速断保护整定值保护速断保护整定值（）速断保护范围（%）1763466%2397338%3202448%4397238%限时电流速断保护用来切除本线路上电流速断保护范围以外的故障，并于下一段的电流速断保护相配合。另外，为了能够保护线路的全长，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灵敏度。本节所用系统模型各处保护限时电流速断保护整定值(可靠系数=1.1)及灵敏度如表3-5所示。保护限时电流速断保护整定值(A)保护范围末端故障电流(A)灵敏度1437055091.262222628671.293108714611.344200228661043由以上的分析看出：无DG的情况下，算例模型进行的保护配置满足了对保护选择性和灵敏性的要求。1．分布式电源容量变化对配电网保护的影响由于分布式电源的引入，流过配电网中的短路电流将发生较大的变化，这些变化不仅仅是数值上的变化，在某些情况下，短路电流的方向也可能发生变化，从而影响原有配电网电流保护的正常运行。首先研究分布式电源容量对配电网保护的影响，下面本文采用同样的网络参数，在确定分布式电源的位置之后，改变分布式电源容量的大小来进行短路试验。选择系统最大运行方式下发生三相短路来分析对保护的影响。C点接入DG后，在Fl、F2点发生三相短路时的电流幅值如下表3-6所示。表3-6C点接入DG/MVA故障点/A/A/A/A0063630027406363729163957636394020513526363132929717036363167436001685168516852379153415341878349014871487193656931400140020397870132113212130仿真结果表明，在不改变分布式电源接入位置的情况下，随着分布式电源容量的改变，配电网中的短路电流有着较大的改变。如表3-6所示，在Fl点故障时，随着分布式电源容量的增加，分布式电源注入故障点的电流逐渐增大，流过保护2的逆向短路电流增大。当容量增大到一定值时，流过保护2的电流可能超过整定值，保护2将误动作于跳闸。在F2点发生故障时，分布式电源注入故障点的电流逐渐增大，流过保护3的故障电流逐渐增大，但是流经保护l、保护2的故障电流、却是逐渐减小的。与不接分布式电源相比，在同一点发生故障，流过分布式电源下游保护的短路电流增大，这将使下游保护的保护范围增大；流过分布式电源上游保护的短路电流减小，使得上游保护的保护范围减小。仿真数据还表明，当分布式电源的容量为5MVA时，在F2发生三相短路故障时，流过保护3的短路电流达到2039A，而保护3的电流速断保护整定值为2024A，在此情况下，本段线路的电流速断保护将动作。当分布式电源容量大于5MVA，保护3的保护范围将伸到下一级线路。随着容量的增加，分布式电源的助增能力越大，伸入下一段保护的范围越大，继电保护的选择性将得不到满足。所以DG下游的线路的保护应考虑助增电流的影响。2．分布式电源位置变化对配电网的影响给定分布式电源的容量为5MVA，将分布式电源接入配电网的位置从搭建的系统模型中从馈线AB的首端向末端移动，选取模型中己设好的F2点故障位置，计算配电网中的短路电流。下面的短路计算同样是考虑系统最大运行方式下的三相短路。图3-7DG位于AB段首端F2点故障时的短路电流图3-8DG位于AB段末端F2点故障时的短路电流由图3-7、3-8所示仿真结果表明，在分布式电源容量一定、故障位置不变时，改变分布式电源接入位置，馈线中短路电流的分布将发生较大的变化。随着分布式电源的移动，分布式电源的注入电流将逐渐增大。即当分布式电源越靠近故障点，分布式电源对故障电流的影响越大。3．分布式电源对上游保护、下游保护和相邻馈线保护的影响设DG接入C点，则保护1、2位于上游，保护3在下游，保护4位于相邻馈线．Fl点故障图3-9DG位于BC段末端F1点故障时流过保护2的故障电流图3-10DG位于BC段50%处F1点故障时流过保护2的故障电流如图3-9、3-10所示F1点故障时，分布式电源离故障点越近，流过保护2的故障电流越大。当分布式电源越是靠近保护2，提供的逆向故障电流越大，保护有可能失去方向性而动作。(2)F2点故障当故障发生在保护下游，在分布式电源位置变化过程中，由于并网位置的不同，流过保护的故障电流另有变化规律。=1\*GB3①当分布式电源在保护2上游，即DG在AB上时图3-11DG位于AB段末端F2点故障时流过保护2的故障电流如图3-11所示F2点故障时，流过保护2的短路电流逐渐增大，大于无分布式电源时流过的故障电流，此时分布式电源具有助增作用。此种分布式电源并网情况下，保护的灵敏度将增加或者保护范围增大。分布式电源在保护上方离保护越近，助增作用越大，保护范围也越大。=2\*GB3②当分布式电源在保护2下游，也即DG在BC、CD上时图3-12DG位于BC段末端F2点故障时流过保护2的故障电流故障发生在DG下游时，流过保护2的故障电流小于不接DG时的故障电流。此时分布式电源有分流作用，使保护灵敏度减小，或者说保护范围减小。(3)F3点故障当相邻馈线F3点故障时，DG接入AB段会对相邻馈线保护产生影响。图3-13DG位于AB段末端F3点故障时流过保护4的故障电流图3-14DG位于AB段末端F3点故障时流过保护1的故障电流如图3-13、3-14所示，当相邻馈线上的F3发生故障时，故障点的电流增大，因为DG会提供故障电流通过保护1流向故障点。如果该电流足够大，而且保护1未加装方向元件的话，将有可能造成保护1的误动作。而保护4流过的故障电流的增大，有可能会使保护4的保护范围延伸到下一段线路，与保护5失去配合，无法保证选择性。3.3本章小节分布式电源接入配电网中使得原来简单的单电源辐射网络变为了复杂的多电源网络，导致故障发生时原有配电网电流保护出现灵敏度降低、拒动、误动等问题。本章定性地分析了分布式电源的容量、类型及不同接入点等情况下，线路上不同区域发生故障时，分布式电源对馈线各处保护的影响．本章还建立了一个含分布式电源的lOkV配电网典型模型，针对分布式电源不同接入点的情况下，馈线不同位置发生故障时，不同注入容量的分布式电源对馈线各处保护的影响进行仿真验证，证明了理论分析的正确性。分析仿真结果表明：(1)位于DG下游的保护，由于DG的助增作用，故障点的短路电流增大，造成各个保护的保护范围延伸，失去选择性；(2)位于DG上游的保护，流过的短路电流和功率方向都可能变化，只在线路的一侧装设保护不能真正切除故障，必须要在对侧装设断路器和方向性的电流保护才能满足选择性的要求；(3)相邻馈线上发生故障时，DG的存在不仅使得故障点的电流增大，该馈线上的保护超范围误动作，而且有可能引起DG所在馈线保护的误动作；(4)DG的存在会导致前加速重合闸装置重合失败，扩大停电范围。由此可见，配电网接入分布式电源后，原有的电流保护将不能正确地反应于故障，需要对原有原理进行改进，或者采用其它原理的保护第4章改进后的配网保护方案4.1配电网现有保护配置的介绍目前我国中、低压配电网主要是单侧电源辐射型供电网络，其电流、功率的方向是恒定的，因此继电保护的配置也是基于单端电源系统设计的。配电网馈线保护一般配置为传统的三段式电流保护，即电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。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方式。它们之间的主要区别在于按照不同的整定原则来选择起动电流，所谓起动电流是指使保护装置起动的最小电流值，它所代表的意义是：当在被保护线路的一次侧电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。电流速断保护按照躲开线路末端故障产生的最大三相短路电流的方法整定，不能保护线路的全长；限时电流速断保护按照躲开相邻元件电流速断保护的动作电流整定，能够保护线路的全长；定时限过电流保护按照躲开线路最大负荷电流来整定，作为相邻线路保护的远后备保护，能够保护相邻线路的全长[18]。4.1.1电流速断保护根据对继电保护速动性的要求，在简单、可靠和保护选择性的前提下，原则上力求装设快速动作的保护。电流速断保护就是这样的保护，它是反映电流升高而不带时限动作的一种电流保护，它是按照躲开下一条线路出口处最大短路电流来整定的。对图4．1中的保护2，其速断保护的整定值为：=(4-1)其中，为保护2的速断保护起动电流；为可靠系数，取1．2～1．3；为d2点短路时的最大短路电流值。由于保护无法区分本线路末端短路和相邻线路始端(出口处)短路时的电流值，因此无时限电流速断保护虽然能迅速切断短路故障，但不能保护线路全长。对于电流速断保护的灵敏度的检验，是计算在系统最小运行方式下保护的最小保护范围，一般要求其不小于线路全长的15％～20％。否则，电流速断保护满足不了传统保护的要求。4.1.2限时电流速断保护为了弥补电流速断保护无法保护线路全长的缺陷，可考虑增加一段新的保护，用来切除本线路上速断保护范围以外的故障，同时也能作为速断的后备，这就是限时电流速断保护。由于要求限时电流速断保护必须保护线路的全长，因此它的保护范围必然要延伸到下一条线路中去，这样当下一条线路出口处发生短路时，它就要起动，在这种情况下，为了保证动作的选择性，就必须使保护的动作带有一定的时限，此时限的大小与其验审的范围有关。为了使这一时限尽量缩短，首先考虑是它的保护范围不超出下一条线路速断保护的范围，而动作时限则比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段。如图2.1中保护2的限时电流速断保护的整定值和动作时限为：=(4-2)=+(4-3)其中，为保护2的限时电流速断保护起动电流；为可靠系数，一般取1.1～1.2；为保护1的速断保护起动电流；为保护2的限时电流速断保护动作时限；为保护1的限时电流速断保护动作时限；为一时间阶段，通常取0.5s。由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联合工作就可以保证全线范围内的故障都能够在0.5s的时间以内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求。为了能保护本线路的全长，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，这个能力用灵敏系数来衡量。其含义是：=(4-4)限时电流速断保护虽然能保护线路的全长，但不能作为相邻线路的后备。4.1.3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。保护装置的起动电流为：=(4-5)其中，为可靠系数，一般采用1.15～1.25；自起动系数，数值大于1，由网络具体接线和负荷性质确定；为电流继电器的返回系数，一般采用0.85。在一般情况下，过电流保护不仅能够保护本线路的全长，而且也能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。在动作时限上，过电流保护满足阶梯状的动作时限，从负荷到电源段逐渐提高一个时间阶段。这也正反映了过电流保护的一个缺点，当故障越接近电源端时，短路电流越大，但保护动作切除故障时限反而越长。其灵敏度的计算也按(4-4)式进行。4.2对现有馈线保护的改进方案由第3章的分析可知，当分布式电源接入配电网之后，配电网的结构将发生变化，原来的简单的单电源辐射网络变成了复杂的多电源网络，传统的三段式电流保护装置不再满足选择性的要求，会出现灵敏度降低、拒动、误动等问题，由此给配电网的运行和控制带来多方面的影响。因此需研究新的保护方案。当配电网中无广域网时，鉴于分布式电源对配电网保护的影响分析和传统三段式保护的特点，我们可以采取以下几种方案[19]改进：(1)由于分布式电源的接入，分布式电源与原系统电源之间的各段线路相当于双侧电源系统。因此，对这些上游线路需要在两侧均装设方向性的三段式电流保护，以保证动作的选择性；对分布式电源下游的各线路保护则需要根据分布式电源注入的容量按照助增电流的情况重新进行整定。图4-1加装的方向元件的动作方向的规定如图4-1所示，由于分布式电源的引入，线路AB、BC、CD为双侧电源系统。其中任一线路上发生短路故障时，线路两侧分别流过系统电流和分布式电源提供的短路电流。如果只在线路一侧装设断路器和保护装置，实际上并不能真正切除故障，因此每条线路两侧均需装设断路器和保护装置。当流过如图所示的正方向电流时，开放电流保护；反之，闭锁电流保护。保护7仍为单侧电源供电，无需加装方向元件。但是由于分布式电源的引入，保护7下游发生故障时电流增大，因此保护7的整定值需要按照分布式电源注入容量的大小重新整定。(2)考虑到分布式电源下游第一条线路上发生瞬时性故障时，位于保护1的重合闸前加速装置断开后，分布式电源继续往短路点提供故障电流，从而会导致重合闸失败，扩大停电范围。所以建议：原电源与分布式电源之间不采用前加速重合闸，而在分布式电源下游的第一条出线上采用前加速重合闸。(3)在原有保护不能满足选择性、灵敏度要求的情况下；或者，随着分布式电源不断的并入电网、造成保护整定值频繁改变的情况下，可以采用反应两端电气量比较的光纤纵联保护，如光纤分相差动保护等。4.3本章小节在上一章综合分析了分布式电源的引入给配电网原有保护带来的影响后，本章提出了含分布式电源的配电网的改进保护原理，并对新的保护原理进行了理论分析。本文所归纳的保护原理主要是针对现有配电网保护方案加以改进，主要是加装方向元件和修改定值或考虑采用纵联差动保护。至于其它更新的保护方案，由于笔者目前能力有限，所以未作深入探讨。结论本文对分布式电源对配电网保护和控制装置的影响进行了深入的分析，并利用仿真软件进行了仿真验证。针对理论分析和仿真结果给出了适用于含DG的配电网保护方案。主要得到以下结论：(1)分布式电源的容量、类型及接入点的差异给配电网中保护带来不同的影响。①位于DG下游的保护，由于DG的助增作用，故障点的短路电流增大，造成各个保护的保护范围延伸，失去选择性；②位于DG上游的保护，流过的短路电流和功率方向都可能变化，只在线路的一侧装设保护不能真正切除故障，必须要在对侧装设断路器和方向性的电流保护才能满足选择性的要求；③相邻馈线上发生故障时，DG的存在不仅使得故障点的电流增大，该馈线上的保护超范围误动作，而且有可能引起DG所在馈线保护的误动作；④DG的存在会导致前加速重合闸装置重合失败，扩大停电范围。由此可见，原有的保护将不能正确地反应于故障，需要对原有原理进行改进，或者采用其它原理的保护。(2)本文针对现有配电网保护给出了改进方案。对上游线路需要在两侧均装设方向性的三段式电流保护，以保证动作的选择性；对分布式电源下游的各线路保护则需要根据分布式电源注入的容量按照助增电流的情况重新进行整定；在原有保护不能满足选择性、灵敏度要求的情况下，或者，随着分布式电源不断的并入电网、造成保护整定值频繁改变的情况下，可以采用反应两端电气量比较的光纤纵联保护，如光纤分相差动保护等；原电源与分布式电源之间不采用前加速重合闸，而在分布式电源下游的第一条出线上采用前加速重合闸。参考文献1、殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术.机械工业出版社，2008.92、吴靖，江吴，分布式发电系统的应用与前景，农村电气化，2003，(7)：19～203、梁振锋，杨晓萍，张娉，分布式发电技术及其在中国的发展[J]，西北水电2006，1：51—534、梁志鹏，谢正武，中国分布式发电的机遇和挑战，节能与环保，204，l1：11～135、关立山，世界风力发电现状和展望[J]，全球科技经济展望，2004，76、梁有伟，胡志坚，陈允平．分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述．电网技术，2003，27(12)：71-75．7、Barker,P．，RobertW．，deMello．DeterminingtheImpactofDistributedGenerationonPowerSystems：Panl-RadialPowerSystems[C]Proc．2000IEEEPowerEngineeringSocietysummerpowermeeting，2000Page(s)：l645-l6588、张超，计建仁，等．分布式发电对配电网馈线保护的影响．继电器，2006，34(13)：9—12．9、刘森，含分布式电源的配电网保护研究：[天津大学硕士学位论文]，天津；天津大学，2007．10、吴罡，陆于平，花丽丹，等．分布式发电采用故障限流器对继电保护性能的影响．江苏电机工程，2007，26(2)：1-4．11、王敏，丁明，分布式发电及其效益[J]，合肥工业大学学报，2004，7(4)354～358．12、代凤仙.分布式电源对配电网保护的影响分析及对策：[硕士学位论文]天津大学，200813、梅柏杉，风力发电技术[J]，电气时空，2002，(2)：20～2l14、王长贵，王斯成主编．太阳能光伏发电实用技术[M]。北京：化学工业出版社，2005．15、郑健超，电力前沿技术现状和前景[J]，中国电力，1999，32(10)：9～12．16、王志群，朱守真，周双喜，黄仁乐，王连贵．分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J]．电力系统及其自动化学报，2005，17(2)：53～5817、SukumarM，AdlyGirgi．Microprocessor-BasedReclosingtoCoordinateFuseandRecloserinaSystemwithHighPenetrationofDistributedGeneration[C]．PowerEngineeringSocietyWinterMeeting，200218、贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）.中国电力出版社，2010.119、Redfern,M．A．,BrownD．，BartlettMG．DevelopmentsinPowerSystemProtection[C]．SeventhIntematiorlalConferenceon(IEE)9-12April200lPage(s)：90-93致谢本论文是在我的导师荣雅君教授的悉心指导下完成的，荣老师渊博的专业知识、严谨的治学态度、科学的工作方法都让我受益匪浅。在荣老师的影响下，我对电力系统继电保护学科产生了浓厚的兴趣，并且实实在在学到了知识，这对即将参加工作的我来说意义非凡。在此衷心感谢荣老师对我的关心和指导。此外，在做毕业设计期间，研究生龚源学长也给了我很大帮助。不管是从材料收集、仿真学习，还是论文撰写，学长一直腾出宝贵时间耐心的辅导，也正是由于学长的全程帮助才有了我本次毕业设计的顺利完成。在此真诚的对学长说一声“谢谢”。当然，我还要感谢学校、学院的领导和教过我的老师，是他们四年来的精心培养和教导才有了我化茧成蝶的今天，相信我一定不会让大家失望。附录1开题报告一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1、课题研究的目的和意义顾名思义，分布式供电（DistributedGeneration）是相对于传统的集中式供电方式而言的，是指将发电系统以小规模（数千瓦至50MW的小型模块式）、分散式的方式布置在用户附近。这个概念是从1978年美国公共事业管理政策法（PURRA）公布后正式先在美国推广，然后被其它先进国家接受的。由于DG容量小，电压低，一般直接通过变压器在配网接入电力系统。DG的引入使得配电系统从单电源辐射式网络变为双端或多端有源网络。原有的配电网保护和重合闸设计结构必须进行相应的调整和改变。否则，DG会使配电网的故障无法及时、准确地切除，影响配电系统稳定运行、对供配电设备和DG造成损坏。‘目前我国的中、低压配电网主要采用变压器中性点不接地(或经消弧线圈接地)、单侧电源、辐射型供电形式，而且地区之间的继电保护及自动化发展水平很不均衡，整体水平不高。在这种形势下，分布式电源的并网运行将影响配电网络的结构以及配电网中短路电流的大小、流向及分布，由此给配电网的运行与控制带来多方面的影响。对于分布式发电的研究刚刚起步，尚没有成熟的含分布式电源的配电网保护方案，使得各种分布式电源普遍存在“并网难”的问题，这无疑会制约分布式发电技术的推广与发展。因此，必须迸一步深入研究含分布式电源的配电网保护方案，使分布式发电技术给电网带来各种便利的同时，又不降低接入电网的安全性。2、国内外研究动态：近年来，分布式发电技术的研究越来越受到世界各国的重视。在欧美许多发达国家，分布式发电的研究已进入实用化阶段，研制出多种高效节能的分布式发电装置，包括风力发电机组、水力发电机组、光伏电池阵列、小型热电联产设备等。当前，对于分布式发电的实用化研究一方面是要进一步设计更加高效率、低成本、利用可再生能源发电的分布式电源；另一方面就是要研究这些分布式电源接入配电网以后对电力系统产生的各种影响，通过设计有效的保护策略，使其与接入的电网相兼容。在分布式电源研究和开发领域，美国、德国、英国、日本等国家在技术上处于领先地位。像美国的EPRI和DOE等官方机构也成立了研究分布式电源的部门，通过研究报告等形式对分布式电源的应用及其并网后对电力系统的影响进行分析，为分布式电源的研究和应用提供了指导。国际电气工程学会己经制定了分布式电源接入配电系统的相关准则，即IEEEl547标准。英国采用的是电力联合会颁布的G59／l，对容量大于5MW、接入电压等级高于20kv的分布式电源则采用G75。含有DG的配电网保护研究在国外也属于起步阶段，仍有许多问题亟待解决。有关解决保护问题的文献也较少，有的提出采用距离保护来解决方向性问题和灵敏度降低问题；有的则提出了一种自适应保护方案来解决较大容量DG引起的协调性问题。国外文献中DG接入的配电网多为24kV中性点接地电网，而我国的配电网为中性点非有效接地系统，直接照搬国外技术并不适用。我国对分布式电源的研究尚处在起步阶段，已经开始在北京、上海等地兴建基于冷、热、电联产的分布式电源，在西部和沿海兴建基于可再生能源(太阳能、风能等)的分布式电源。这些电站大多还是属于示范性的，规模较小，许多问题还有待于在进一步的工作中探索。．二、研究的基本内容，拟解决的主要问题1、分布式发电和配电网保护的基本原理分布式发电(DistributedGeneration，简称DG)是指区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，其功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的清洁环保的，经济、高效、可靠的发电方式。它可以起到节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等经济效益。配电网保护装设时一般没有考虑DG的引入，鉴于配电网电压等级较低，出于简单经济有效的原则，故配置的保护以电流保护原理为主，且没有配备方向元件。这导致了薄弱的保护配置难以承受DG引入所带来的挑战。2、建立DG接入配电网模型，分析DG的引入对配电网保护的影响DG的引入会对配电网保护产生影响的根本原因在于：配电网被规划为无源网络，作用仅是将电能从高压输电网络送至配电用户。这种规划中，配电网只是电能传输的通道，而不允许其中含有电源向负荷供电。DG的引入是在规划之外的，它的出现打破了这一规划，也改变了负荷电流和故障电流的大小和方向，不可避免的会对基于配电网络特点而配置的继电保护产生影响。3、学习并应用MATLAB软件对模型进行仿真成功建立起模型后，采用MATLAB软件对此模型进行动静态的仿真分析，并得出相关特性曲线与结论。三、研究步骤、方法及措施1、初步了解设计任务，查阅资料，学习分布式发电技术及电力系统继电保护原理。2、建立分布式电源接入配电网模型，研究分布式电源对配电网保护的影响。3、结合配电网保护基本原理，针对分布式电源对配电网保护产生的影响进行解决办法的探讨，努力寻找最佳改进方案。4、利用MATLAB对建立好的模型进行仿真、调试及分析，并得出预期结论。四、研究工作进度第1～4周：明确设计任务，大量查阅相关资料，学习并掌握分布式发电技术及电力系统继电保护原理。第5～8周：学习MATLAB程序设计与应用并设计总体方案。第9～12周：设计合理的分布式电源接入配电网模型，分析分布式电源对配电网保护的影响并提出相应改进方案。第13～16周：利用MATLAB对建立好的模型进行仿真、调试及分析，并得出结果。第17～18周：撰写论文，准备答辩。五、主要参考文献1、殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术.机械工业出版社，2008.92、贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）.中国电力出版社，2010.13、高友权.配电系统继电保护.中国电力出版社，20054、吴蕾．分布式电源对配电网保护的影响及对策：[硕士学位论文].华北电力大学，20085、吴琴芳.分布式电源及其对配电网影响的研究：[硕士学位论文].南昌大学，20086、代凤仙.分布式电源对配电网保护的影响分析及对策：[硕士学位论文].天津大学，20087、庞建业．分散电源并网对配电系统的影响分析研究：[博士学位论文]．山东大学，20068、于旭东，陈建玉.分布式发电对配电网继电保护的影响.中国高等学校电力系统及其自动化专业第24届学术年会报告.（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京，210003）9、肖静，唐建红，李颖慧，李慧聪.浅论分布式发电技术对配电网继电保护的影响.（山东电力超高压公司，山东济南，250021）10、胡成志，卢继平，胡力华，冉力.分布式电源对配电网保护影响的分析.（重庆大学，电气工程学院，高电压与电工新技术教育部重点实验室，重庆400030）11、谢昊，夏冬平，卢继平.距离保护在具有分布式电源系统中的应用.（Ⅰ重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室400030，Ⅱ内江电业局641000）12、王志群，朱守真，周双喜，等．分布式发电对配电网电压分布的影响[M]．电力系统自化，2004，28(16)：56．6013、殷桂集，孙芙玲，肖丽萍．分布式发电系统孤岛检测方法研究[J]．电子测量技术，2007，30(1)：1～614、王志群，朱守真，周双喜，黄仁乐，王连贵．分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J]．电力系统及其自动化学报，2005，17(2)：53～5815、李彦哲．输电线路短路故障实现自适应保护的分析及计算[J]．兰州交通大学学报，2005，24(3)：75～7916、SukumarM，AdlyGirgi．Microprocessor-BasedReclosingtoCoordinateFuseandRecloserinaSystemwithHighPenetrationofDistributedGeneration[C]．PowerEngineeringSocietyWinterMeeting，200217、Redfern,M．A．,BrownD．，BartlettMG．DevelopmentsinPowerSystemProtection[C]．SeventhIntematiorlalConferenceon(IEE)9-12April200lPage(s)：90-9318、MozinaC.J.DistributedGneratorInterconnectProtection[C]PracticesTransmissionandDistrjbutionConferenceandExhibition，2005／2006IEEEPES2l-24May2006Page(s)：1164-117019、Barker,P．，RobertW．，deMello．DeterminingtheImpactofDistributedGenerationonPowerSystems：Panl-RadialPowerSystems[C]Proc．2000IEEEPowerEngineeringSocietysummerpowermeeting，2000Page(s)：l645-l658六、指导教师意见指导教师签字：年月日七、系级教学单位审核意见审查结果：□通过□完善后通过□未通过负责人签字：年月日附录2文献综述近年来，分布式发电技术的研究越来越受到世界各国的重视。在欧美许多发达国家，分布式发电的研究已进入实用化阶段，研制出多种高效节能的分布