畢業(yè)論文--分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響研究

1、<p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　xx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電力工程系 </p><p>　學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)</p&g

2、t;<p>　題目題目名稱分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響研究</p><p>　題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ √ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.管理類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）</p><p>　題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（

3、）</p><p>　題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)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(hù)的配置方案3. 分析分布式電源的加入對(duì)于現(xiàn)有配電網(wǎng)保護(hù)的影響4. 針對(duì)實(shí)例設(shè)計(jì)仿真方案并進(jìn)行驗(yàn)證</p><p>　基本要求1．遵守畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的紀(jì)律，按時(shí)答疑；2．獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任

4、務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力；3．設(shè)計(jì)說明書一份（不少于2萬(wàn)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(jì)撰寫規(guī)范的要求；論文、圖紙中的文字符號(hào)符合國(guó)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(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)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—1

5、6周17—18周</p><p>　應(yīng)完成的內(nèi)容查閱相關(guān)文獻(xiàn)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(hù)的配置方案分析分布式電源的加入對(duì)于現(xiàn)有配電網(wǎng)保護(hù)的影響針對(duì)實(shí)例設(shè)計(jì)仿真方案并進(jìn)行驗(yàn)證撰寫論文，準(zhǔn)備答辯</p><p>　指導(dǎo)教師：xx職 稱：講師2012年12月 25日系級(jí)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(guó)內(nèi)還是國(guó)外，電力用戶對(duì)供電可靠性環(huán)保性、節(jié)能性、靈活性等的要求越來(lái)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(lái)的電力行業(yè)。電力行業(yè)也迫切需要尋找可再生能源來(lái)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(jiǎn)稱DG)，就是這樣一個(gè)將風(fēng)能、太陽(yáng)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)在電力行業(yè)發(fā)展

7、趨勢(shì)，在未來(lái)幾年內(nèi)，必定會(huì)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(duì)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(gè)方面就是它對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)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(duì)傳統(tǒng)配網(wǎng)保護(hù)帶來(lái)了靈敏度降低甚至拒動(dòng)、誤動(dòng)等繼電保護(hù)問題。本文從其概念、意義、分類、運(yùn)行方式和建模這些方

8、面介紹了分布式電源。分析了分布式發(fā)電對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響,重點(diǎn)探討了分布式發(fā)電對(duì)三段式電流保護(hù)的影響,并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后根據(jù)仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析驗(yàn)證。</p><p>　　關(guān)鍵詞　分布式電源；配電網(wǎng)；三段式電流保護(hù)；繼電保護(hù)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowaday

9、s, 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 suitable

10、 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 Gen

11、eration, 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 and

12、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 radi

13、al 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-step

14、 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></p&g

15、t;<p>　　1.1 課題背景與意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.2.2 國(guó)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(hù)8</p>

16、<p>　　2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8</p><p>　　2.2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)8</p><p>　　2.2.1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)原理8</p><p>　　2.2.2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)定值整定及靈敏性校驗(yàn)9</p><p>　　2.3 限時(shí)電流速斷保護(hù)10</p><p>　　2.3.

17、1限時(shí)電流速斷保護(hù)原理10</p><p>　　2.3.2限時(shí)電流速斷保護(hù)定值整定及，靈敏性校驗(yàn)10</p><p>　　2.4 定時(shí)限過電流保護(hù)12</p><p>　　2.4.1 定時(shí)限過電流保護(hù)定值整定12</p><p>　　2.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)12</p><p>　　2.5

18、 本章小結(jié)13</p><p>　　第3章 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)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>

19、<p>　　4.1 MATLAB簡(jiǎn)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(duì)下游保護(hù)的影響30</p><p>　　5.1.2 對(duì)上游保護(hù)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 本章小結(jié)

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

22、gt;　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景與意義</p><p>　　2000年以來(lái)，人類越來(lái)越獲得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的雙贏。經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(guó)家為了應(yīng)對(duì)這一形勢(shì)，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)過程中不用消耗

23、化石燃料、所排放的廢氣廢水都比較少，因此對(duì)分布式電源(Distributed Generation，簡(jiǎn)稱DG)的利用成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)[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(yuǎn)距離輸電作為主要的運(yùn)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(lái)越苛刻，因此遠(yuǎn)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(huì)擴(kuò)散到整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)，例如，

24、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(fù)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(jìn)而造成整個(gè)經(jīng)濟(jì)效益不夠理想；同時(shí)大電網(wǎng)發(fā)電還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)保問題。因此，著重分析DG并入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響對(duì)各地豐富的可再生能源的利用和我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略的實(shí)施具有非常大的推動(dòng)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(lái)電力系統(tǒng)做貢獻(xiàn)。分布式電源有很多優(yōu)

25、勢(shì)，但在分布式電源擁有很多的優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，它也存在著許多技術(shù)難題，在繼電保護(hù)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(gè)電源和負(fù)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和繼電保護(hù)保護(hù)產(chǎn)生了一系列的影響[3]。尤其是對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)影響最大，在某些嚴(yán)重情況下，它的并網(wǎng)運(yùn)行可能危害整個(gè)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。這樣就使得分布式電源的應(yīng)用大打折扣，大大地?fù)p害了分布式電源所有者的利益

26、，同時(shí)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[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(shí)不直接退出運(yùn)行，而是允許分布式電源帶一部分負(fù)荷繼續(xù)運(yùn)行。但是分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行后，會(huì)引起配網(wǎng)故障電流水平發(fā)生改變，會(huì)引起其保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)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(diǎn)有：</p>&

27、lt;p>　　(1) 分布式電源相對(duì)獨(dú)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(shí)，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(dòng)停止簡(jiǎn)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(fù)荷的需求，有助于系統(tǒng)調(diào)峰；</p><p>　　分布式

28、電源成本低，環(huán)保，裝置簡(jiǎn)單?？梢詼p少大規(guī)模水力火力發(fā)電廠的建設(shè)進(jìn)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(zhǎng)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(diǎn)，但DG滲透率技術(shù)的限制也給電力系統(tǒng)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，比如，系統(tǒng)的調(diào)度、安全運(yùn)行、保護(hù)和系統(tǒng)控制等，因此也提出了對(duì)電力系統(tǒng)的新要求，

29、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(hù)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(huì)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(hù)不能起到良好的保護(hù)作用[8]。DG 接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的研究是為新的繼電保護(hù)方案打好基礎(chǔ)，使得分布式電源在未來(lái)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(hù)的一個(gè)發(fā)展方向的基于廣域信息的保護(hù)

30、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(hù)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(hù)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?？傊治龇植际诫娫磳?duì)配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的影響是非常重要、非常有意義的。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>

31、　　1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來(lái)，受世界能源枯竭和全球氣候變暖的影響，世界各國(guó)越來(lái)越重視分布式電源技術(shù)的研究。就全球來(lái)看，分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在工業(yè)發(fā)達(dá)、用電量大的國(guó)家更加地成熟[9]。根據(jù)文獻(xiàn)[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(guó)分布發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量占所有新增電網(wǎng)裝機(jī)總?cè)萘康陌俜种?；日本本?guó)的自然資源也日益匱乏，所以提倡可再生能源的利用，從1994

32、年開始，日本就已經(jīng)制定了“新能源計(jì)劃”，當(dāng)時(shí)日本的太陽(yáng)能發(fā)電就已經(jīng)達(dá)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)枺陕?lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究機(jī)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(gè)課題組，展示新能源技術(shù)應(yīng)用的方案[10]。很多國(guó)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(guó)和DOE等官方機(jī)構(gòu)成立的研究分布式電源的部

33、門，這個(gè)部門研究很多方面，例如對(duì)分布式電源的應(yīng)用及其并網(wǎng)、對(duì)電力系統(tǒng)的影響等方面，并通過報(bào)告等形式進(jìn)行了分析，為相關(guān)研究提供了技術(shù)和理論的支持[11]。國(guó)際電氣工程學(xué)會(huì)針對(duì)分布式電源接入配電系統(tǒng)</p><p>　　1.2.2 國(guó)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(hù)配置將受到很大的影響，某些元件有可能失去保護(hù)作用。因此，在研究DG接入配電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影

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

35、國(guó)情和電網(wǎng)特點(diǎn)，從資源情況、環(huán)境保護(hù)、國(guó)家政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向等四個(gè)方面分析幾個(gè)的現(xiàn)實(shí)中的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前提。文獻(xiàn)[2]中，在分析了DG并入電網(wǎng)后對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)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(hù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的距離保護(hù)，這種方法有利于并網(wǎng)變電站的實(shí)際可行性和供電可靠性的提高。文獻(xiàn)[3] 中，同樣也是先是介紹了DG的定義，再是詳細(xì)地介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)配置，然后搭建DG的接入配電網(wǎng)模型，詳細(xì)討論了配電網(wǎng)接入分布式電

36、源的位置不同時(shí)，給原有配電網(wǎng)繼電保護(hù)及自動(dòng)重合閘的影響，在此基礎(chǔ)上還重點(diǎn)分析了不同位置發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)分布式電源的上游、下游及相鄰線路的短路電流大小、對(duì)傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)、距離保護(hù)的動(dòng)作行為和時(shí)限特性配合的影響和自動(dòng)重合閘的影響，給分布式電源并入配電網(wǎng)后的繼電保護(hù)算法研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[4]詳細(xì)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)模型，

37、通過仿真分析了分布式電源對(duì)故障電流的影響。文獻(xiàn)[5]</p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，我國(guó)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(lái)的安全問題卻也是不容忽視的[14]。由于全國(guó)各地經(jīng)濟(jì)水平存在兩極分化，對(duì)于許多經(jīng)濟(jì)落后的農(nóng)村和山區(qū)特別是農(nóng)牧地區(qū)和偏遠(yuǎn)山區(qū)來(lái)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(shí)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)很難在這些地方建造和

38、運(yùn)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(jì)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(bǔ)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(guó)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(dá)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(wú)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。能解決我國(guó)農(nóng)

39、村偏遠(yuǎn)地區(qū)缺電的除風(fēng)力發(fā)電外還有中小型水電、太陽(yáng)能光伏電池等可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)。我國(guó)未來(lái)能源領(lǐng)域的一個(gè)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(shí)間短；不占用物質(zhì)資源；無(wú)環(huán)境壓力；而且裝機(jī)數(shù)量規(guī)模易變通，安裝幾臺(tái)便可實(shí)時(shí)投產(chǎn)幾臺(tái)，因此籌集資金便利，工作效率高；因?yàn)槠溥\(yùn)行方式簡(jiǎn)單，無(wú)須人為操

40、作和監(jiān)控，可做到無(wú)人值守；占地面積小，發(fā)電機(jī)組、變電與監(jiān)控等建筑物僅占風(fēng)場(chǎng)約1%的土地，另外99%的場(chǎng)地仍可正常供給農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)使用；對(duì)土地的限制幾乎沒有要求，無(wú)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(jī)組都是微型或小型的。我國(guó)在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面以15萬(wàn)臺(tái)擁有量居全球第一，可以看出進(jìn)步突飛猛進(jìn)[15]。</p><p>　　熱、電、冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在分布式發(fā)電技術(shù)中

41、的應(yīng)用中是最為廣泛、前景最為明朗的一項(xiàng)技術(shù)，中國(guó)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(duì)于熱電冷三聯(lián)產(chǎn)分布式供能系統(tǒng)的應(yīng)用市場(chǎng)有很大的促進(jìn)作用。小型熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)在“西氣東輸”工程和天然氣進(jìn)京工程中得到了很好的應(yīng)用。燃?xì)鉄?、電、冷?lián)產(chǎn)可以合理的利用天然氣，由于它的各種優(yōu)勢(shì)在全國(guó)各地大中城市都建有試點(diǎn)項(xiàng)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(gè)很不錯(cuò)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(gè)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(jì)性差，因此在人口稀疏地區(qū)的非并網(wǎng)獨(dú)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(guó)等國(guó)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)超越了非并網(wǎng)的

43、分散的光伏發(fā)電，尤其表現(xiàn)在新增容量上面。而在我國(guó)，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(yuǎn)離大電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)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(xiàng)目，城市建筑光伏發(fā)電的應(yīng)用市場(chǎng)也將逐步擴(kuò)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(diǎn)。到2020年，分布式電源在中國(guó)的無(wú)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(jì)可達(dá)到100萬(wàn)千瓦。</p><p>　　我國(guó)小型水電站的發(fā)電容量一般小于

44、5萬(wàn)千瓦。在我國(guó)，水資源豐富而且分布廣泛，尤其是在我國(guó)的南部地區(qū)。有些小型水力發(fā)電站并入到大電網(wǎng)運(yùn)行，另外一部分則是分散獨(dú)立運(yùn)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╇娦枨鬄橹鳌Ａ硗膺€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(fèi)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(yuǎn)距離輸電線路投資少；電力損耗小的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)電力消費(fèi)水平低的偏遠(yuǎn)山村而言，

45、是一種經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性較高的一種供電方式。我國(guó)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(yuǎn)山區(qū)提供了大量廉價(jià)的小水電所發(fā)電力，現(xiàn)今，其裝機(jī)達(dá)到3104萬(wàn)千瓦。為進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)小水電的發(fā)展，中央更在2003年啟動(dòng)了“小水電代燃料”工程。為利用可再生能源發(fā)電來(lái)解決青海、新疆、四川、西藏等西部邊遠(yuǎn)地區(qū)的生活用電問題，國(guó)家計(jì)委于2002年啟動(dòng)的“送電下鄉(xiāng)”工程。</p><p>　

46、　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(duì)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等不同類型的分布式電源運(yùn)行方式的分析，建立了分布式電源的等效模型，并對(duì)分布式電源在不同位置、不同容量接入配電網(wǎng)時(shí)，對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的不同的影響進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并對(duì)接入不同容量的DG是對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響方面進(jìn)行仿真驗(yàn)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(duì)分布式電源及其對(duì)配電網(wǎng)影響的國(guó)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(xì)分析了電流三段式保護(hù)的原理、動(dòng)作值整定原則及動(dòng)作時(shí)限的配合；</p><p>　　第3章對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)影響的進(jìn)行了定性分析。首先理論分析了DG以不同接入

48、位置和不同容量接入配電網(wǎng)后對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響；</p><p>　　第4章中簡(jiǎn)單介紹了MATLAB軟件，通過MATLAB仿真軟件建立簡(jiǎn)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(duì)并入分布式電源故障位置和容量的變化對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　第2章 配電網(wǎng)保護(hù)</p>

49、<p>　　本章首先介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后詳細(xì)介紹了瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)的原理及保護(hù)定值和動(dòng)作時(shí)限的整定 [16] 。</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　繼電保護(hù)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(guó)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)的三段式電

50、流保護(hù)，即：瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。</p><p>　　2.2 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)</p><p>　　以保護(hù)裝置的動(dòng)作電流大于保護(hù)區(qū)域外短路時(shí)的最大短路電流而獲得選擇性的一種電流保護(hù)。</p><p>　　2.2.1 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)原理</p><p>　　如圖2-1所示，圖中所畫的是我國(guó)使用較為廣泛的輻射型配電

51、網(wǎng)的簡(jiǎn)易圖，為方便做繼電保護(hù)研究假設(shè)所有線路上都安裝了瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，以保護(hù)1為例來(lái)分析瞬時(shí)電流速斷保護(hù)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(shí)，短路電流迅速增大，因此和正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流相比，此時(shí)流過保護(hù)1的故障電流會(huì)遠(yuǎn)大于正常時(shí)候。若流過保護(hù)1 的短路電流大于保護(hù)1的電流整定值時(shí)，且故障在瞬時(shí)電流速斷的保護(hù)范圍內(nèi)，則保護(hù)

52、1上的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)便會(huì)起動(dòng)。</p><p>　　如圖2-1中所示，點(diǎn)是線路AE末端的短路故障點(diǎn)，點(diǎn)是線路EF末端的短路故障點(diǎn)，由圖中可知，、點(diǎn)同屬于保護(hù)1的下游，因此、點(diǎn)故障時(shí)，流過保護(hù)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(shí)，保護(hù)2感受到故障電流正常動(dòng)作，但是由于電路電流也超過了保護(hù)1 的整定值，因此保護(hù)1也發(fā)生動(dòng)作，線路EF故障時(shí)，正常情況下，保護(hù)1不應(yīng)該發(fā)生動(dòng)作。綜上所述，瞬時(shí)

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

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

55、流整定值由式(2-1)計(jì)算:</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　式中：是可靠系數(shù)，通常取。</p><p>　　瞬時(shí)電流速斷的動(dòng)作時(shí)間在繼電保護(hù)中被認(rèn)為是保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)作時(shí)間，因此它的動(dòng)作時(shí)間是非常短的，基本可忽略不計(jì)。用保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的靈敏度，保護(hù)范圍就是是用線路全長(zhǎng)的百分比表示

56、的。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍一般都不小于被保護(hù)線路全長(zhǎng)的百分之。當(dāng)系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍最小，因此，其保護(hù)范圍得按最小保護(hù)范圍來(lái)校驗(yàn)。最小保護(hù)范圍下列式子來(lái)計(jì)算。</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)，通常??；</p><p>　　：被保護(hù)線路總的阻抗；</p>

57、<p>　?。罕Ｗo(hù)安裝處到最小保護(hù)范圍末端之間的線路阻抗；</p><p>　?。合到y(tǒng)最小運(yùn)行方式下的最大阻抗；</p><p>　?。合到y(tǒng)最大運(yùn)行方式下的最小阻抗。</p><p>　　由上述分析可以得出，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)是按照計(jì)算選取整定值來(lái)滿足選擇性的。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的優(yōu)勢(shì)主要是：反應(yīng)靈敏，動(dòng)作敏捷，簡(jiǎn)單而且可靠；當(dāng)然，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)并不完美，系

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

59、有一定的靈敏度，它的動(dòng)作時(shí)限比瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的時(shí)限來(lái)的要長(zhǎng)?，F(xiàn)在對(duì)限時(shí)電流速斷保護(hù)的原理進(jìn)行分析。</p><p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)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(shí)電流速斷保護(hù)。由于限時(shí)電流速斷保護(hù)要保護(hù)本段線路全長(zhǎng)，所有它的動(dòng)作范圍有時(shí)難免會(huì)延伸到相鄰的下一條線路中去，這樣就可能造成限時(shí)電流速斷保護(hù)的誤動(dòng)，為了保證二段保護(hù)的選擇性，那么一定要讓

60、本線路的限時(shí)電流速斷保護(hù)與下一條線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)進(jìn)行有效地配合，這樣當(dāng)相鄰的下一條線路的出口處動(dòng)作時(shí)，限時(shí)電流速斷保護(hù)就不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。仍然見圖2-1中的保護(hù)1，其限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流須滿足 (為保護(hù)2的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的整定值)。</p><p>　　限時(shí)電流速斷保護(hù)定值整定及，靈敏性校驗(yàn)</p><p>　　圖2-1中，以保護(hù)1為例，其限時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流可按下列式子進(jìn)

61、行整定。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中：：可靠系數(shù)，通常??；</p><p>　?。簽楸Ｗo(hù)2瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流。</p><p>　　因?yàn)橄迺r(shí)電流速斷保護(hù)的整定原理，保護(hù)1的電流二段保護(hù)的保護(hù)范圍和保護(hù)2的電流二段保護(hù)的保護(hù)范圍相配合，所以其電流二段保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限值需要

62、比瞬時(shí)電流速斷保護(hù)煩人動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)時(shí)間段。如果從增高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的方面來(lái)看的話，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間是越小越好；但是為了要保證電流二段保護(hù)的選擇性，一般取為限時(shí)電流速斷的動(dòng)作時(shí)限。</p><p>　　電流二段保護(hù)的靈敏系數(shù)是指在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，本線路末端發(fā)生兩相故障時(shí)，流過線路上保護(hù)裝置的故障電流與動(dòng)作電流的比值[17]。一般取限時(shí)電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)以達(dá)到滿足當(dāng)本線路末端短路時(shí)，二段保護(hù)的保護(hù)裝置一定能夠

63、有效地動(dòng)作。若此時(shí)，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(shí)電流速斷保護(hù)范圍應(yīng)該進(jìn)一步向下延伸，即，與相鄰的下一條線路限時(shí)電流速斷保護(hù)相配合，仍然將保護(hù)3作為例子，此時(shí)限時(shí)速斷保護(hù)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)限須按下列式子來(lái)作整定計(jì)算。</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中：：保護(hù)2的限時(shí)電流速斷整定值；</p>

64、<p>　?。罕Ｗo(hù)2的限時(shí)電流速斷動(dòng)作時(shí)限；</p><p><b>　　一般情況下，。</b></p><p>　　由上述可以得到，限時(shí)電流速斷保護(hù)范圍的增大，直接造成了限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的增加。線路中，裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷和限時(shí)電流速斷保護(hù)的話，線路全長(zhǎng)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)線路的保護(hù)正常

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

66、備保護(hù)而裝設(shè)的[19]。一方面它可以作為本線路的近后備保護(hù)，在主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)動(dòng)作來(lái)保護(hù)本線路全長(zhǎng)；另一方面它還起到遠(yuǎn)后備保護(hù)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(shí)限過電流保護(hù)定值整定</p><p>　　按照躲過線路最大負(fù)荷電流來(lái)整定定時(shí)限電流保護(hù)的動(dòng)作電流值，如下式所示。</p><p><b>　　（2-5）&

67、lt;/b></p><p>　　式中： 為自起動(dòng)系數(shù)，一般取；</p><p>　　是可靠系數(shù)，一般??；</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(shí)，位于線路最尾端保護(hù)3可以瞬時(shí)動(dòng)作切除故障，由此可以看出，保護(hù)3的動(dòng)作時(shí)間可以整定成=繼電保護(hù)裝置的固有的反應(yīng)時(shí)間。保護(hù)2的動(dòng)作時(shí)限

68、以保證線路FG短路時(shí)，定時(shí)限電流保護(hù)動(dòng)作的選擇性。得出后，線路EF若發(fā)生短路，則保護(hù)在故障時(shí)間后切除故障，已達(dá)到保護(hù)1選擇性動(dòng)作的目的。同理，保護(hù)1的動(dòng)作時(shí)限。由上述分析可得，定時(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間的特點(diǎn)是呈階梯狀增長(zhǎng)的，距離線路末端越遠(yuǎn)，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間t就越長(zhǎng)。</p><p>　　2.4.2 定時(shí)限過電流保護(hù)的靈敏性校驗(yàn)</p><p>　　定時(shí)限過電流的靈敏性校驗(yàn)可以分為兩種情況

69、進(jìn)行：作為線路的主保護(hù)或近后備保護(hù)時(shí)靈敏系數(shù)的概念是最小運(yùn)行方式下本線路末端兩相短路時(shí)的故障電流與動(dòng)作電流之比，一般地，?。划?dāng)作為相鄰線路的遠(yuǎn)后背保護(hù)時(shí)，靈敏系數(shù)為最小運(yùn)行方式下相鄰線路末端兩相短路時(shí)的故障電流與起動(dòng)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(xì)分析了瞬

70、時(shí)電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)的原理、動(dòng)作值整定原則及動(dòng)作時(shí)限的整定。</p><p>　　第3章 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響</p><p>　　有瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和定時(shí)限過電流保護(hù)組成的傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)不僅保護(hù)原理簡(jiǎn)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(hù)中，傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)應(yīng)用非

71、常廣泛，可以說是無(wú)處不在的。但是傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)也存在受系統(tǒng)運(yùn)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(shí)，故障的電流大小和方向也會(huì)發(fā)生改變。本章對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)影響的進(jìn)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(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。最后將影響進(jìn)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(hù)裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障的位置不同時(shí)，分布式電源的存在對(duì)各保護(hù)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>　　DG

73、上游點(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點(diǎn)在分布式電源的上游，當(dāng) 處發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)、保護(hù)在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護(hù)、保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否無(wú)關(guān)。分析了保護(hù)、后，我們?cè)賮?lái)分析點(diǎn)的情況。雖然只有系統(tǒng)S向點(diǎn)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(yùn)行，DG存在著分流作用，因此此時(shí)流過保護(hù)點(diǎn)的電流應(yīng)該是小于無(wú)DG時(shí)點(diǎn)故障時(shí)流過該保護(hù)的短路電流（而且隨著接入的

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

75、，電流比未加入DG時(shí)的大，裝置能迅速且可靠地動(dòng)作以切除故障。和點(diǎn)發(fā)生短路故障的情形相同，DG的分流作用使得流過保護(hù)的短路電流比接入DG時(shí)減小，靈敏度降低，嚴(yán)重情況下保護(hù)還有可能拒動(dòng)。因此，必要時(shí)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(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點(diǎn)屬于同一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)?/p>

76、保護(hù)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(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否是無(wú)關(guān)的。系統(tǒng)和分布式電源提供的短路電流都流過保護(hù)，電流比未加DG時(shí)增大，所以保護(hù)可以可靠動(dòng)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(hù)可能會(huì)誤動(dòng)而切除本線路。</p><p>　　同一母線的其他饋線點(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-1可知，點(diǎn)屬于同一母線

77、的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時(shí)，因?yàn)楸Ｗo(hù)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(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否是無(wú)關(guān)的。系統(tǒng)和分布式電源提供的短路電流都流過保護(hù)，電流比未加DG時(shí)增大，所以保護(hù)可以可靠動(dòng)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(hù)可能會(huì)誤動(dòng)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(hù)，電流比未加DG時(shí)增大，可能會(huì)比本段瞬時(shí)速斷保護(hù)的電流整定值大，所以保護(hù)的瞬時(shí)

78、速斷保護(hù)可能誤動(dòng)，切除本線路，造成保護(hù)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(hù)裝置。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障的位置不同時(shí)，分布式電源的存在對(duì)各個(gè)保護(hù)的影響也是不一樣的。具體見下述分析。</p><p>　　圖3-

79、2 在線路末端位置并入DG</p><p>　　DG上游點(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點(diǎn)在分布式電源的上游，當(dāng)處發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)、保護(hù)仍然在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護(hù)、保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否無(wú)關(guān)。分析了保護(hù)、后，我們?cè)賮?lái)分析點(diǎn)的情況。由圖中分析可知，流過保護(hù)的短路電流只是由系統(tǒng)S 提供，保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否是無(wú)關(guān)的，和未接入DG

80、時(shí)一樣能可靠動(dòng)作切除故障。點(diǎn)故障后，通過保護(hù)的故障電流僅有DG 提供，此時(shí)有兩種可能：一是形成電力孤島，此時(shí)的條件是此時(shí)DG的容量足夠大能提供足夠大的短路電流使得保護(hù)能可靠動(dòng)作切除故障，饋線由DG獨(dú)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(huì)對(duì)系統(tǒng)、用戶的設(shè)備等造成危害，且對(duì)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(huì)產(chǎn)生劣質(zhì)的電能，這種電能會(huì)反過來(lái)?yè)p害孤島中的負(fù)荷，所以一般情況下是不允許孤島運(yùn)行的；二是采取

81、“反孤島（anti-islanding）”策略，DG通過感應(yīng)瞬時(shí)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(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點(diǎn)在分布式電源的上游，當(dāng) 處發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)、保護(hù)仍然在另一條饋線上，因此短路電流不流過該饋線，保護(hù)、保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作和DG的存在與否無(wú)關(guān)。流過點(diǎn)的故障電流由系統(tǒng) S 和 DG兩者提供，但流過保護(hù)

82、、保護(hù)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(hù)動(dòng)作和DG的存在與否無(wú)關(guān)，能可靠動(dòng)作切除故障。</p><p>　　同一母線的其他饋線點(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點(diǎn)屬于同一母線的其他饋線，當(dāng)處發(fā)生短路故障時(shí)，流過保護(hù)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(hù)可靠動(dòng)作切除故障。分析完，現(xiàn)在來(lái)

83、分析保護(hù)和保護(hù)。由圖中可以看出，故障發(fā)生后，保護(hù)、保護(hù)的短路電流都是 DG提供的，由于原有的動(dòng)作整定值和動(dòng)作時(shí)限比大，若DG 容量過大，則電流過大超過保護(hù)的整定值，保護(hù)會(huì)誤動(dòng)造成電力孤島。</p><p>　　同一母線的其他饋線點(diǎn)發(fā)生短路故障</p><p>　　由圖3-2可知，點(diǎn)和點(diǎn)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(shí)，當(dāng)點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，分析和的相同，如果故障發(fā)生時(shí)僅由保護(hù)

84、動(dòng)作來(lái)切除故障是最理想的選擇。但是若此時(shí)的DG容量太大，使保護(hù)誤動(dòng)使DG給獨(dú)立供電形成電力孤島，為防止這種無(wú)意的電力孤島系統(tǒng)應(yīng)與分布式電源自動(dòng)解列。若此時(shí)的分布式電源容量比較小，提供的故障電流未達(dá)到動(dòng)作整定值，不能使保護(hù)動(dòng)作，但是保護(hù)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(hù)的電流一段保護(hù)在點(diǎn)故障時(shí)誤動(dòng)切除本線路，失去選擇性。因此，為保證保護(hù)的選擇性需要限制分布式電源的容量。</p>&l

85、t;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(duì)傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)的影響主要表現(xiàn)如下：</p><p>　　可能會(huì)導(dǎo)致非故障線路的其他線路保護(hù)的誤動(dòng)，從而使保護(hù)失去選擇性以及事故影響范圍的擴(kuò)大；</p><p>　　可能會(huì)導(dǎo)致本線路保護(hù)的靈敏度降低，嚴(yán)重時(shí)保護(hù)可能會(huì)拒動(dòng)。</p&g

86、t;<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(duì)傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)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(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)Math Works公司開發(fā)的大型軟件。在MATLAB軟件中，包括了兩大部分：數(shù)學(xué)計(jì)

87、算和工程仿真。其數(shù)學(xué)計(jì)算部分提供了強(qiáng)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(gè)工程領(lǐng)域，并且不斷完善。</p><p>　　在MATLAB軟件中，Simulink模塊是一個(gè)功能強(qiáng)大的工具箱，它存在的兩個(gè)概括性的功能：Simu（仿真）與Link（鏈接），即建模和仿真，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)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(diǎn)，具有系統(tǒng)

88、仿真的效率高和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)；另外，Simulink還進(jìn)一步擴(kuò)展了MATLAB的功能，可實(shí)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(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)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(shí)現(xiàn)含分布式電源的配電網(wǎng)建模及仿真。并針對(duì)不同容量和不同故障點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)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(dú)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(shí)，若此時(shí)有小容量的分布式電源并入在配電系統(tǒng)中，則分布式電源將對(duì)故

90、障點(diǎn)提供故障電流。從研究繼電保護(hù)的角度而言，分布式電源可以等效成一個(gè)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(shí)能夠提供故障電流大小，即故障電流注入能力。對(duì)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(jìn)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的故障

91、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(jì)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(jì)算來(lái)研究分布式電源對(duì)配電系統(tǒng)繼電保護(hù)選擇性、靈敏性、可靠性的影響。通過系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路故障來(lái)得到DG并入對(duì)保護(hù)靈敏度的影響；通過系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路故障來(lái)得到DG并入對(duì)保護(hù)的保護(hù)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(fù)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。&l

93、t;/p><p>　　系統(tǒng)電源、線路、負(fù)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(hào)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、/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(hào)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(duì)各饋線保護(hù)的選擇性、靈敏性、可靠性的正確動(dòng)作有較大的影響，因此建立如圖4-3所示的系統(tǒng)圖

95、，模型為含分布式電源的配網(wǎng)圖，饋線末端為負(fù)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(hù)裝置之前；設(shè)在饋線2保護(hù)裝置的定時(shí)限電流速斷保護(hù)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為架空線路

96、（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(zhǎng)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(fù)荷參數(shù)</b></p>

97、<p>　　饋線1上所帶負(fù)荷容量約1MW；</p><p>　　饋線2上所帶負(fù)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(shí)，流過保護(hù)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(shí)流過的電流</p><p

98、>　　圖4-5 故障時(shí)DG提供的A相短路電流</p><p>　　圖4-6 故障時(shí)DG提供的B相短路電流</p><p>　　圖4-7 故障時(shí)DG提供的B相短路電流</p><p>　　此時(shí)，DG的容量為1MVA，DG在0.1s時(shí)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、4-9

99、所示。</p><p>　　圖4-8 故障時(shí)流過的電流</p><p>　　圖4-9 故障時(shí)DG提供的短路電流</p><p>　　由上述仿真圖形可以得出，點(diǎn)短路故障時(shí)，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(duì)短路電流的變化作了定性的分析，具體的數(shù)據(jù)分

100、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(jī)、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等。由于能源種類的多樣性，而逆變型DG的應(yīng)用相對(duì)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器件接

101、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(jìn)行故障分析時(shí)，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(shí)存在沖擊電流，其有功功率、無(wú)功功率在次暫態(tài)過程中都會(huì)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(gè)周波內(nèi)輸出的功率會(huì)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，因此可以假設(shè)

102、 DG 在故障前后輸出功率是不變的。</p><p>　　PQ 控制的實(shí)質(zhì)就是將有功功率和無(wú)功功率解耦以后，對(duì)電流進(jìn)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模塊具體組成&l

103、t;/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：由于本課題

104、主要側(cè)重于對(duì)繼電保護(hù)的研究，導(dǎo)師建議其模型可以用一個(gè)電源串聯(lián)電抗的模型來(lái)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(shí)可分為兩種情況：分布式電源對(duì)下游保護(hù)和上游保護(hù)的影響。</p><p>　　5.1.1 對(duì)下游保護(hù)的影響</p><p>　　選取線路CD的5%處點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由于DG對(duì)故障電流起到助增的作用，順勢(shì)電流速斷保護(hù)的范圍會(huì)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(hù)裝置可知，的瞬時(shí)電流速斷

106、保護(hù)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(diǎn)發(fā)生故障時(shí)S、與的關(guān)系</p><p>　　位于線路CD的5%處，當(dāng)點(diǎn)故障時(shí)，保護(hù)的保護(hù)范圍在未接入分布式電源時(shí)是小于BC線路全長(zhǎng)的，則點(diǎn)故障位于不在保護(hù)電流一段保護(hù)的保護(hù)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(hù)的短路

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