分布式电源对配电网继电保护的影响

分布式电源对配电网继电保护的影响 目 录 1分布式电源的概念及背景 ............................................ 2 1.1 分布式电源的概念 ........................................... 2 1.2 分布式电源的背景 ........................................... 2 2 分布式电源的特点及分类 ........................................... 3 2.1 分布式电源的特点 ........................................... 3 2.2 分布式电源的分类 ........................................... 3 2.3 几种主要的分布式电源类型 ................................... 3 3配电网的继电保护 .................................................. 4 3.1无时限电流速断保护 .......................................... 5 3.2限时电流速断保护 ............................................ 5 3.3过电流保护 .................................................. 6 4 含DG的配电网短路电流算法研究 .................................... 7 4.1配电网系统的建立 ............................................ 7 4.2含DG的配电网短路电流算法 ................................... 8 5 分布式电源对配网继电保护影响的仿真分析 .......................... 11 5.1仿真模型参数 ............................................... 11 5.2基于sumlink的含分布式电源的配电网继电保护仿真分析 ......... 12 5.3分布式电源对继电保护影响的仿真结果分析 ..................... 14 5.3.1分布式电源对继电保护短路电流影响的仿真结果分析 ....... 14 5.3.2分布式电源对继电保护瞬时电流速断保护影响的仿真结果分析错误～ 未定义书签。 5.3.3分布式电源对继电保护限时电流速断保护影响的仿真结果分析22 5.3.4分布式电源对继电保护定时限过电流保护影响的仿真结果分析24 6风力发电在配电网中的应用 ......................................... 27 6.1风力发电机等值电路图 ....................................... 27 6.2风力发机戴维南等效电路 ..................................... 28 6.3风力发电机的简单计算 ....................................... 29 6.4风力电源接入对配电网继电保护影响的仿真 ..................... 30 6.4.1风力电源接入对配电网瞬时速段保护影响的仿真 ........... 30 6.4.2风力电源接入对配电网限时速断保护影响的仿真 ........... 34 6.4.3风力电源接入对配电网定时限过电流保护影响的仿真 ....... 36 7结论 ............................................................. 39 参考文献: ........................................................ 39 附录1: ........................................................... 41 附录2: ........................................................... 41 附录3: ........................................................... 42 谢 辞 .......................................... 错误～未定义书签。 分布式电源对配电网继电保护影响的研究 吴生乐 指导教师:李春兰 摘要:本文归纳了分布式电源(DG)方面的研究内容，概括了分布式电源的概念、 分类，概述了配电网的继电保护分类及方法。建立了含DG配网模型、不含DG配 网模型以及等值电网模型，基于这些模型推导出三相短路电流值表达式，比较两 种模型下短路电流值大小。基于matlab/sumlink软件仿真验证了理论分析的正 确性。分析了多个大容量的DG以微网的方式接入配网时对整个系统稳定性造成 的影响，得出影响的结论。 关键词:分布式电源;配电网;短路电流 The research of the affection that the distributed power to distribution network relay protection WuShengle Tutor:LiChunlan Abstract:This paper summarizes the distributed power (DG) in the research content, summarizes the concept, classification of distributed power supply, summarizes the distribution network of relay protection’s classification and methods.DG distribution network model ,not conclude DG distribution network model and the equivalent network model are established, three-phase short-circuit current value expression is deduced based on the model, comparing two models under the size of the short circuit current value. Verified the validity of the theoretical analysis that based on matlab/sumlink software simulation . Analyzes the effect that multiple large capacity DG access to distribution network by micro network to the stability of whole system.The impact of the conclusions. Key words: Distributed power;Power distribution network;Short circuit current 1 随着电力需求迅速增长，以大机组、大电网、高电压为主要特征的大型电网的弊端日益显著。具体表现为: 1)大型互联电网的故障容易扩散，从而导致大面积停电。大电网中某处故障所产生的扰动可能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。 2)大电网的成本高，运行难度大，难以适应用户对安全性和可靠性越来越高的要求，以及多样化的供电需求[1]。 3)大型电网对环境保护和土地需求的压力不断地增大。 分布式电源(Distributed Generation System)可以满足电力系统和用户的特殊要求，与环境兼容的独立电源系统，具有灵活的变负荷调峰性能，可为边远用户或商业区提供较高的供电可靠性，节省输变电投资，适合可再生能源利用。 1分布式电源的概念及背景 1.1 分布式电源的概念 分布式发电(Distributed Generation，简称DG) [1]主要指区别于集中发电、大容量装机、远距离传输、大规模互联的传统发电形式，利用分布在负荷附近的可方便获取的可再生能源和一次化石能源进行发电的新型发电形式。其功率通常为几千瓦到几十兆瓦，具有经济、高效、灵活、可靠、清洁环保等特点[2]，有节约能源、减少线损、缓建输配电设备、提高供电可靠性、削峰填谷等多个功能。 1.2 分布式电源的背景 近年来，分布式电源受到世界各国的高度重视，将在节能减排，能源可持续发展方面发挥很重要的作用。在欧美和日木等一些发达国家中，由于研究起步比较早，分布式发电己进入实践化阶段。他们已经研制出多种高效、节能的分布式发电装置，例如，水力发电机组、风力发电机组、小型热电联产设备、光伏电池 [3]阵列等。分布式发电技术的发展促进装机容量的大幅上升，截至2010年，美国的分布式能源总装机容量约为9200万千瓦，占全国总装机容量的14%，日木约为3600万千瓦，占总装机容量的13.4%，德国约为2084万千瓦，占总装机容量的19.8%，其中80%以上为住宅用小型太阳能发电系统。目前，在对于分布式 2 发电的实用化研究领域，一方面，我们要进一步 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 低成本、高效率、利用可再生能源发电的分布式电源;另一方面，我们要研究针对分布式电源接入配电网之后，可能对电力系统产生的各种影响，通过设计有效保护策略，使电源与接入的电网相兼容。 2 分布式电源的特点及分类 2.1 分布式电源的特点 分布式电源可以直接独立于公共电网为部分用户提供电能，也可以直接接入配电网络，与公共电网一起为用户提供电能。与远负荷中心依靠远距离输配的传统电源相比，DG具有如下特点[4]: 1)节能环保，污染小。由于DG大量采用可再生能源和清洁能源如风力发电、太阳能发电和生物能源发电等，因而相对火力发电更加环保。 2)提高电网的可靠性。由于DG装置与大电网的接入和断开具有相对自主性，当大电网发生故障时，可通过启动断开装置使DG与电网断开，由DG独立为用户供电。 具有投资少，安装和运营具有更高的灵活性。由于容量及体积均较小，因3) 此易于找到合适的安装地点，可以方便地为边远地区供电。同时，分布式电源多采用性能先进的中小型、微型机组，操作简单，负荷调节灵活。 2.2 分布式电源的分类 分布式发电主要可分为以下几类: (1)生物质能发电系统。 (2)燃料电池发电系统。其中主要包括:磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。 (3)以天然气为常用燃料的燃气轮机、内燃机和微燃机等为基本核心的发电系统。 (4)太阳能光伏电池发电系统。 (5)风力发电系统。 2.3 几种主要的分布式电源类型 3 目前,根据所研究的方向不同,DG的分类也不一样,根据DG所采用的发电技术可分为风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机、生物质能发电、小水电和海洋能发电等,根据所采用的一次能源类型,分为不可再生能源和可再生能源;根据所采用的电力系统接口技术,分为直接连接和通过逆变器连接两种方式[5],详见表2-1,下面对几种主要的分布式发电技术做一个简单的分析。 表2-1 常见分布式发电特点 技术类型 一次能源 与系统接口 单位装机成本 标杆上网单价 风力发电 可再生能源 直接相连 8895元/kW 0.5-0.6元/kwh 太阳能发电 可再生能源 逆变器 20000元/kW 1-1.15元/kwh 燃料电池 可再生能源 逆变器 —— —— 化石燃料 微型燃气轮机 可再生能源 直接相连 —— —— 化石燃料 3配电网的继电保护 配电网的继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障，是保护区内故障还是区外故障的功能。保护装置要实现这一功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成。电力系统发生故障后，工频电气量变化的主要特征是:(1) 电流增大。(2) 电压降低。(3) 电流与电压之间的相位角改变。(4) 测量阻抗发生变化。按保护动作原理分 [6]类，有过电流保护、过电压保护、距离保护、差动保护等。 目前,我国的中低压配网大多采用单侧电源福射状供电方式。馈线保护安装于电源侧出线母线断路器处或分支箱断路器处,配置传统的三段式电流保护:即瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。 4 3.1无时限电流速断保护 电流速断保护是瞬时动作切除故障的电流保护，称为无时限电流速断保护，按照躲开线路末端故障产生的最大三相短路电流整定。保护装置的灵敏度系数按最小运行方式下线路始端两相短路电流校验[7]。 电流速断保护只能保护本条线路的一部分，而不能保护全线路，规定在最大运行方式下三相短路时，保护范围最大，为lmax，在最小运行方式下两相短路时，保护范围最小，为lmin。 在最小运行方式下，速断保护范围的相对值应该大于(15%-20% )，才合乎要求。 lmin 3-1 ,，100%,(15,20)%lblAB 11 3-2 ,kIIset.12K3.maxrel 13Es,(，, ) 3-3 lXS.maxmin2xI1op.k 式中; K1rel--可靠系数，一般取1.2-1.3 I2k3.max--最大运行方式下线路末端三相短路稳态电流; Iopk--保护装置一次动作电流; Es--系统基准电压; XS. Max--系统最大运行方式下的最小等值阻抗。 无时限电流速断保护没有人为延时，在速断保护装置中加装一个保护出口中间继电器，一方面扩大接点的容量和数量，另一方面躲过管型避雷器的放电时间，防止误动作，t=0。 该保护简单可靠，动作迅速，但不能保护线路的全长;在运行方式变化较大时，可能无保护范围。 3.2限时电流速断保护 定时限电流速断保护，保护装置的动作电流应躲过相邻元件末端短路时的最 5 大三相短路电流或与相邻元件的电流速断保护的动作电流相配合，按两个条件中最大者整定。 212I3K3.MAX 3-4 ,AIkkset2relrelnTA I2K2.MIN 3-5 ,,1.52Ksen Iset.2 式中; Nta--电流互感器变比 K2rel--可靠性配合系数，一般取1.1-1.2 Ksen--灵敏系数 I2k2.min--最小运行方式下，线路末端两相短路稳态电流; I3k3.max--最大运行方式下相邻元件末端三相短路稳态电流。 限时速断的动作时限t2，应选择的比下一级线路速段保护的动作时限t1高 ,出一个时间阶梯t，即 t2=t1+t 3-6 , 该保护结构简单，动作可靠，能保护线路的全长，但不能作为相邻元件(下一条线路)的后备保护，受系统运行方式变化较大。 3.3过电流保护 过电流保护，要求能保护本条线路和下条线路的全长，作为本条线路主保护拒动的近后备保护，保护范围包括下条线路或设备的末端，保护整定的动作电流应躲过线路的过负荷电流: 33Imax 3-6 ,AkIksetrelsskre 保护装置的灵敏度系数按最小运行方式下线路末端两相短路电流校验: I2k2.min,,1.5 3-7 ksenIop 6 保护装置的动作时限，应较相邻元件的过电流保护大一时限阶段，一般为0.5-0.7S。 过电流保护结构简单，工作可靠，对单侧电源的放射型电网能保证有选择性的动作。不仅能作本线路的近后备保护(有时作为主保护)，而且能作为下一条线路的远后备保护。在放射型电网中获得广泛应用，一般在35千伏及以下网络中作为主保护。但是动作时间长，而且越靠近电源端其动作时限越大，对靠近电源端的故障不能快速切除。 公式: K3rel--可靠系数，一般采用1.15-1.25; Kss--自启动系数，数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定; Kre--电流继电器的返回系数，一般处采用0.85-0.95; Imax--正常运行时的最大负荷电流; I2k3.min--最大运行方式下线路末端三相短路稳态电流; 4 DG对电流保护的影响 4.1配电网系统的建立 木文研究模型为双馈线不含DG配网模型、含DG配网模型，建立了接线电网模型和等值电网模型[8]。(见图4-1一图4-4 ) 图4-1不含DG的配电网模型 7 图4-2含DG的配电网模型 图4-3不含DG的配电网等值模型 图4-4含DG的配电网等值模型 4.2 对过电流保护的影响分析 配电网接入DG后，传统的单电源辐射状结构发尘改变，系统的潮流将重新分布，发生短路故障时，故障点的短路电流方向和大小也有可能发生变化。自何就短路点位置相同，但所处模型不同时流过相同保护装置处短路电流大小进行定性的分析。设系统电源电压为Es，等效阻抗为Xs，分布式电源电压为Ed，等效阻抗为Xd，断路器CB1-CB4所在段线路的阻抗分别为X1-X4，以上参数均为标么值，便于计算比较，Es,Ed近似取1。当短路点分别发生在母线f1,f2,f3,f4时，现就不接入DG和接入DG情况分别对电流速断保护进行分析。(ICB(1)表示不含 8 DG配电网模型(图4-1)下的短路电流值，ICB(2)表示含DG配电网模型(图4-2 )下的短路电流值)。 (1)f1点短路(风电场上游发生故障) 流过保护AB处的故障电流左IAB(1)=IAB(2)，故对CB1的保护配置无影响。流过保护BC处的电流在不含DG情况下为0，而加入DG后，DG会提供一定的反向的短路电流，该短路电流值足够大时会导致保护CB2动作。 (1)(2)ES 4-1 ,,IIABAB，xxs1 (1) 4-2 ,0IBC (2)Ed 4-3 ,IBC，xxd2 2)f2点短路(风电场中游发生故障) ( 在图3-1和图3-2两种模型下，流过保护CB1和保护CB2的短路电流大小均相等，对原有保护无影响，保护能正确动作切除故障。 Es(1)(2) 4-4 ,,IIABAB，，xxxs12 (1)(2)Ed 4-5 ,,IIBCBC，，xxxs12 (3)f3点短路(风电场下游发生故障) 母线上f3点发生短路故障时，由于该故障点在DG下游侧，所以系统电源和DG将共同向故障点提供短路电流，使故障点短路电流增加，对DG上游保护CB1和CB2也会产生影响。 (1)(1)ES,, 4-6 IIABBC，，xxxs12 x,(2)(2)ES1,, 4-7 IIABBC(，)(，，)，xxxxxxxd3s123d 9 (1)ES 4-8 ,ICD，，，xxxxs123 ,(，)(2)xxEs3d 4-9 ,ICD(，)(，，)，xxxxxxxd3s123d 显然IAB1=ICB(1)>ICB1(2)=ICB2(2)，ICB3(2)>ICB3(1) DG的短路电流注入会使流过其上游侧保护CB1和CB2的短路电流减小，使保护装置的灵敏度降低，可能会导致保护拒动。而流过下游侧保护CB3的短路电流会增加，将会导致CB3的瞬时速断保护灵敏度增加，有可能会扩大瞬时速断保护的保护范围，与限时速断保护的配合冲突，引起保护的误动。 (4)f4点短路(风电场相邻线路发生故障) 当相邻馈线f4点发生短路时，DG产生的反向短路电流经过保护CB1和CB2注入故障点，可能导致正常馈线的保护误动。虽然保护CB4正确动作即可切断故障线路，但由于保护CB4的短路电流增加，延长了保护范围，导致非故障线路保护动作，扩大了故障范围。 (1)(1) 4-10 ,,0IIABBC x,(2)(2)ESS,, 4-11 IIABBC，，xyyyyxS2121S (1)ES 4-12 ,IAE，xxs4 ,(，)yx(2)Ess1, 4-13 IAE，，xxyyyy1212ss 试中:Y1=X1+X2+Xd，Y2=X4 显然:ICB1(1)=ICB2(1)ICB4(1) 经过以上推论分析可以得出分布式电源接入配网对原有保护的影响主要体现在以下三个方面。 当故障发生在DG下游侧，DG的接入将导致流过DG下游保护的电流变大，而流过DG上游保护的电流变小:对DG下游保护，可能会导致其瞬时电流速断保 10 护误动作，当DG输出功率越大，影响越严重;对DG上游保护，DG的汲流作用会导致保护灵敏降低，可能会使保护拒动，同样当DG输出功率越大，影响越严重。 当故障发生在DG上游侧，由于各个保护并未配置方向元件，DG上游的各保护之间可能会失去选择性而误动作。 当故障点位于相邻馈线时，分布式电源的存在有可能引起所在正常馈线保护的误动作。 5 分布式电源对配网继电保护影响的仿真分析 5.1仿真模型参数 含分布式电源配电网故障模型图如图5-1所示，设定以下参数: 图5-1含DG的配电网等值模型 (1)系统电源参数 系统基准容量为100MVA，基准电压10.5kV，系统最大运行方式下和最小运 ,0.316,xsmin,0.0021Hlsmin{,0.538,{xsmax,0.0045Hlsmax行方式下的系统阻抗值为: ,，等效阻抗Xsmin-=0.32Ω，等效阻抗Xsmax=0.54 (2)分布式电源参数 系统基准容量为变值100MVA，基准电压10.5kV，系统最大运行方式下和最小运行方式下的系统电阻与电抗比值7:1 (3)线路参数 线路参数:R=0.27Ω/Km，X=0.347Ω/Km 线路AB、BC, CD, AE长度均为3km，阻抗等效为1.33Ω 11 (4)仿真软件为Matlab/Sumlink 5.2分布式电源接入对配电网继电保护影响的仿真 (1)配电网接入分布式电源后，传统的单电源辐射状结构发生改变，系统的潮流将重新分布。发生短路故障时，故障点的短路电流方向和大小也有可能发生变化。现根据电源配电网故障仿真模型(图5-2、5-3)，假定分别在f1，f2，f3，f4处依次发生三相电流短路，由sumlink仿真得出电流波形(如图5-4、5-5)。 图5-2不含分布式电源配电网故障仿真模型图 图5-3含分布式电源配电网故障仿真模型图 12 图5-4不含分布式电源配电网故障仿真波形图 图5-5含分布式电源配电网故障仿真波形图 经过以上仿真波形图也可以得出分布式电源接入配网对原有保护的影响主要体现在以下三个方面。 由图5-4、5-5可知，当故障发生在DG上游侧时，引起上游产生反向短路电流。由于各个保护并未配置方向元件，DG上游的各保护之间可能会失去选择性而误动作。 由图5-4、5-5可知，当故障发生在DG下游侧，DG的接入将导致流过DG下游保护的电流变大，而流过DG上游保护的电流变小:对DG下游保护，可能会导致其瞬时电流速断保护误动作，当DG输出功率越大，影响越严重;对DG上游保 13 护，DG的汲流作用会导致保护灵敏降低，可能会使保护拒动，同样当DG输出功率越大，影响越严重。 由图5-4、5-5可知，当故障点位于相邻馈线时，分布式电源的存在有可能引起所在正常馈线保护的误动作。 5.3分布式电源对继电保护影响的仿真结果分析 5.3.1分布式电源对继电保护短路电流影响的仿真结果分析 当母线C不加DG时最大运行方式下三相短路电流，以及最小运行方式下三相短路电流，由matlab仿真，数据如表5-1所示。 表5-1 短路电流计算表 单位:KA 短路类型 f1点短路电流 f2点短路电流 f3点短路电流 f4点短路电流 (3)I 6.325 3.512 2.431 6.325 BC (2)I 5.615 3.281 2.318 5.615 BC 当母线C加入不同容量的DG时，f1点发生三相短路故障，流过AB,BC,CD,AE的电流，DG为20MVA时sumlink波形如图5-6，仿真数据如表5-2所示 图5-6含分布式电源f1点故障时流过断路器的故障电流仿真波形图 表5-2f点故障时流过断路器的故障电流值表 1 14 DG容量(MVA) I(KA) I(KA) I(KA) I(KA) ABBCCDAE0 6.325 0 0 0.167 1 6.325 0.094 0 0.167 5 6.325 0.448 0 0.167 20 6.325 1.535 0 0.167 40 6.325 2.570 0 0.167 60 6.325 3.315 0 0.167 70 6.325 3.615 0 0.167 当母线C加入不同容量的DG时，f2点发生三相短路故障，流过AB,BC,CD,AE -7，仿真数据如表5-3所示 的电流，DG为20MVA时sumlink如图5 图5-7含分布式电源f2点故障时流过断路器的故障电流仿真波形图 表5-3 f点故障时流过断路器的故障电流值表 2 DG容量(MVA) I(KA) I(KA) I(KA) I(KA) ABBCCDAE 15 0 3.512 3.512 0 0.167 1 3.512 3.512 0 0.167 5 3.512 3.512 0 0.167 20 3.512 3.512 0 0.167 40 3.512 3.512 0 0.167 60 3.512 3.512 0 0.167 70 3.512 3.512 0 0.167 当母线C加入不同容量的DG时，f3点发生三相短路故障，流过AB,BC,CD,AE的电流，DG为20MVA时sumlink如图5-8，仿真数据如表5-4所示 图5-8含分布式电源f3点故障时流过断路器的故障电流仿真波形图 表5-4 f点故障时流过断路器的故障电流值表 3 DG容量(MVA) I(KA) I(KA) I(KA) I(KA) ABBCCDAE 16 0 2.431 2.431 2.431 0.167 1 2.410 2.410 2.439 0.167 5 2.333 2,333 2.474 0.167 20 2.083 2.083 2.585 0.167 40 1.822 1.822 2.701 0.167 60 1.619 1.619 2.791 0.167 70 1.534 1.534 2.829 0.167 当母线C加入不同容量的DG时，f4点发生三相短路故障，流过AB,BC,CD,AE的电流，DG为20MVA时sumlink如图5-9，仿真数据如表5-5所示 图5-9含分布式电源f4点故障时流过断路器的故障电流仿真波形图 表5-5 f点故障时流过断路器的故障电流值表 4 DG容量(MVA) I(KA) I(KA) I(KA) I(KA) ABBCCDAE 17 0 0.132 0.132 0 6.329 1 0.018 0.018 0 6.336 10 0.150 0.150 0 6.355 20 0.247 0.247 0 6.375 40 0.367 0.367 0 6.389 60 0.438 0.438 0 6.412 80 0.485 0.485 0 6.422 100 0.518 0.518 0 6.428 200 0.601 0.601 0 6.445 400 0.652 0.652 0 6.455 600 0.672 0.672 0 6.459 700 0.677 0.677 0 6.460 5.3.2分布式电源对继电保护瞬时电流速断保护影响的仿真结果分析 如图5-10所示，当C点接入不同容量的分布式电源时，根据表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5得出的故障电流，当f1点短路时，由于分布式电源作用，会使BC段形成反向电流。因此f1点短路，前后都需要保护。设A到D，A为保护、B为保护2、C为保护3。A到E，A为保护4。C到A时，C为保护5、B为保护6。 -2进行瞬时电流速断保护整定(可靠系数K1rel取1.3 )按照电流保护整定公式3 如表5-6所示。 18 图5-10含分布式电源的保护装置分布图 表5-6含有分布式电源瞬时速段保护整定值表 分布式电源保护1瞬时保护2瞬时保护3瞬时保护4瞬时保护5瞬时容量(MVA) 速段整定值速段整定值速段整定速段整定速段整定值 (KA) (KA) 值(KA) 值(KA) (KA) 0 8.223 4.565 3.165 8.221 0 1 8.223 4.565 3.171 8.228 0.122 5 8.223 4.565 3.216 8.245 0.584 20 8.223 4.565 3.361 8.287 1.995 40 8,223 4.565 3.512 8.318 3.341 60 8.223 4.565 3.619 8.336 4.309 70 8.223 4.565 3.678 8.343 4.699 19 图5-11含分布式电源保护1的瞬时速段保护整定 图5-12含分布式电源保护2的瞬时速段保护整定仿真图 20 图5-13含分布式电源保护3的瞬时速段保护整定仿真图 图5-14含分布式电源保护4的时速段保护整定仿真图 21 图5-15含分布式电源保护5的时速段保护整定仿真图 5.3.3分布式电源对继电保护限时电流速断保护影响的仿真结果分析 如图5-10所示，当C点接入不同容量的分布式电源时，根据表5-2、5-3得出的故障电流，按照电流保护整定公式进行限时电流速断保护整定计算(可靠系数取K1rel1.3 、可靠性配合系数K2rel取1.2)，如表3-7所示。 表3-7含有分布式电源限时速断整定值表 分布式电源保护1的瞬保护2瞬时保护3瞬时保护4瞬时保护5瞬时容量(MVA) 时速段整定速段整定值速段整定值速段整定值速段整定值 值(KA) (KA) (KA) (KA) (KA) 0 5.478 3.799 2.194 5.699 0 1 5.478 3.806 2.218 5.753 0.145 5 5.478 3.859 2.249 5.765 0.663 20 5.478 4.033 2.350 5.795 2.004 40 5.478 4.214 2.456 5.817 3.024 60 5.478 4.355 2.538 5.821 3.642 70 5.478 4.414 2.572 5.834 3.868 22 图5-16含分布式电源保护1的限时速断保护整定仿真图 图5-17含分布式电源保护2的限时速断保护整定仿真图 图5-18含分布式电源保护3的限时速断保护整定仿真图 23 图5-19含分布式电源保护4的限时速断保护整定仿真图 图5-20含分布式电源保护5的限时速断保护整定仿真图 5.3.4分布式电源对继电保护定时限过电流保护影响的仿真结果分析 如图5-10所示，当C点接入不同容量的分布式电源时，根据表5-1得出的故障电流，按照电流保护整定公式进行定时限过电流整定(可靠系数K3rel-取1.2、自启动系数Kss取1.1、电流继电器的返回系数Kre取0.9)，如表3-7所示。 表3-8含有分布式电源定时限过电流整定值表 分布式电源保护1的定保护2的定保护3的定保护4的定保护5的定容量(MVA) 时速断整定时速断整定时速断整定时速断整时速断整 值 值 值 定值 定值 24 0 4.108 2.465 1.479 4.108 0 1 4.108 2.465 1.499 4.108 0.033 5 4.108 2.465 1.578 4.108 0.146 20 4.108 2.465 1.873 4.108 0.657 40 4.108 2.465 2.268 4.108 1.315 60 4.108 2.465 2.662 4.108 1.927 70 4.108 2.465 2.859 4.108 2.301 图5-14含分布式电源保护1的定时限过电流整定仿真图 图5-14含分布式电源保护2的定时限过电流整定仿真图 25 图5-14含分布式电源保护3的定时限过电流整定仿真图 图5-14含分布式电源保护4的定时限过电流整定仿真图 图5-14含分布式电源保护4的定时限过电流整定仿真图 一定容量的分布式电源接入配电网络，的确会给配电网的继电保护带来影响.其影响的大小与分布式电源的类型、容量、接入位置相关. 26 随着分布式电源容量的增加，分布式电源对继电保护的助增电流加大，保护范围有可能伸到下一级线路，使保护失去选择性. 分布式电源在继电保护的上游时，有助增作用，使保护范围增大;分布式电源在继电保护下游时，有分流作用，保护范围减小.当分布式电源接入配电网之后，有必要加装方向元件来保证继电保护的正确动作. 6风力发电在配电网中的应用 6.1风力发电机等值电路图 发电机定子侧电压电流的正方向按发电机惯例，转子侧电压电流的正方向按电动机惯例，电磁转矩与转向相反为正，转差率s按转子转速小于同步转速为正，参照异步电机的分析方法，可得双馈发电机的等效电路，如图 3-5 所示 根据等效电路图，可得双馈发电机的基本方程式: ，，， (6-1) ，，U,,E,IR，jX11111 ，,UR',,22，，,, (6-2) ,,E,I，jX',,222SS,, ，，， (6-3) ，，E,E,,IjX12mm ，，，, (6-4) I,I,I12m RX11其中，、分别为定子侧的电阻与漏抗 ,,RX22 、分别为转子折算到定子侧的电阻和漏抗 Xm 为励磁电抗 ，，，UEI111 、、分别为定子侧电压、感应电势和电流 ，，,,EI22 、分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值 ，,U2，，,,UU22S 转子励磁电压经过绕组折算后的值，为再经过频率折算后的值 27 图6-1 双馈异步电机等值电路 6.2风力发机戴维南等效电路 已知双馈式异步电机的等效电路如图3-5所示，化简过程如下: ，,U2(1)将电路化简，假设的初相角为0度。 图6-2 电路化简 ,R2,Z,R，jXZ,R,jX其中;; Z,，jXmmm11122S (2)将电压源转化成电流源，合并电路 图6-3 合并电路 28 其中θ是U和I之间的相位角 22 (3)戴维南电路 图6-3 戴维南等效电路 6.3风力发电机的简单计算 假设一个1MW的双馈异步风力发电机，额定电压UN2=10.5kV，额定视在功率SN=2222kVA，定子电阻r1*=0.01pu，定子漏抗X1*=0.1pu，转子电阻r2*=0.01pu，转子漏抗 X2*=0.1pu，励磁电抗XM*=3.5pu。 ，，S,3UIMVANNN S2222KVANI,,,122.19(A) N3U3，10.5KVN 22U10.5,4N r,r,0.01，,4.96，10(,)11,S2222N 22U10.5,3Nx,x,0.1，,4.96，10(,) 11,S2222N 22U10.5,4Nr,r,0.01，,4.96，10(,) 22,S2222N 22U10.5,3Nx,x,0.1，,4.96，10(,) 22,S2222N 22U10.5,1Nx,x,3.5，,1.74，10(,) mm,S2222N P,Scos,,2222，0.8,1777.6(MW) NNN 29 Q,Ssin,,2222，0.6,1333.2(MW)NNN 等效电抗为 Z,Z，(Z//Z)12m ,4,3,1(4.96，10，j4.96，10)，(j1.74，10),4,3,(4.96，10，j4.96，10)， ,4,3,1(4.96，10，j4.96，10)，(j1.74，10) ,2-1,1.1，10，j1.2，10 最后得出戴维南等效电路如图3-9所示。 图6-4 戴维南等效电路 6.4风力电源接入对配电网继电保护影响的仿真 1MW的双馈异步风力发电机，额定电压UN2=10.5kV戴维南等效电路如图所示，由基尔霍夫定律计算得出风力电源容量、电压、内阻的关系，如表所示。 风力电源容量、电压、内阻的关系 表6-1 分布式电源容量(MVA) 分布式电源电压(KV) 分布式电源内阻(Ω) -2-11 1.1，10，j1.2，1010.5 5 -2-10.22，10，j0.24，1010.5 20 -3-20.55，10，j0.6，1010.5 40 -3-2 0.275，10，j0.3，1010.5 6.4.1风力电源接入对配电网瞬时速段保护影响的仿真 如图6-5所示，当C点接入不同容量的风力电源时，根据表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5得出的故障电流，当f1点短路时，由于分布式电源作用，会使BC段形成反向电流。因此f1点短路，前后都需要保护。设A到D，A为保护、B为保护2、C为保护3。A到E，A为保护4。C到A时，C为保护5、B为保护6。按照 30 电流保护整定公式3-2进行瞬时电流速断保护整定(可靠系数K1rel取1.3 )如表6-2所示。 图6-5含分布式电源的保护装置分布图 表6-2含有风力电源瞬时速段保护整定值表 分布式电保护1瞬时保护2瞬时保护3瞬保护4瞬保护5瞬时源容量速段整定速段整定时速段整时速段整速段整定(MVA) 值(KA) 值(KA) 定值(KA) 定值(KA) 值(KA) 0 8.223 4.565 3.165 8.221 0 1 8.223 4.565 4.403 8.400 9.41 5 8.223 4.565 4.529 8.406 10.08 20 8.223 4.565 4.556 8.407 10.22 31 图6-6含风力电源保护1的瞬时速段保护整定仿真图 图6-7含风力电源保护2的瞬时速段保护整定仿真图 32 图6-8含风力电源保护3的瞬时速段保护整定仿真图 图6-9含风力电源保护4的瞬时速段保护整定仿真图 33 图6-10含风力电源保护5的瞬时速段保护整定仿真图 6.4.2风力电源接入对配电网限时速断保护影响的仿真 如图6-1所示，当C点接入不同容量的分布式电源时，根据表5-2、5-3得出的故障电流，按照电流保护整定公式进行限时电流速断保护整定计算(可靠系数取K1rel1.3 、可靠性配合系数K2rel取1.2)，如表6-3所示。 表6-3含有风力电源限时速断整定值表 分布式电源保护1的瞬保护2瞬时保护3瞬时保护4瞬时保护5瞬时容量(MVA) 时速段整定速段整定值速段整定值速段整定值速段整定值 值(KA) (KA) (KA) (KA) (KA) 0 5.478 3.799 2.194 5.699 0 1 5.478 5.284 3.079 5.874 5,892 5 5.478 5.435 3.167 5.878 6.103 20 5.478 5.467 3.186 5.879 6.144 34 图6-11含风力电源保护1的限时速断保护整定仿真图 图6-12含风力电源保护2的限时速断保护整定仿真图 35 图6-13含风力电源保护3的限时速断保护整定仿真图 图6-14含风力电源保护4的限时速断保护整定仿真图 图6-15含风力电源保护5的限时速断保护整定仿真图 6.4.3风力电源接入对配电网定时限过电流保护影响的仿真 如图6-1所示，当C点接入不同容量的分布式电源时，根据表5-1得出的故障电流，按照电流保护整定公式进行定时限过电流整定(可靠系数K3rel-取1.2、自启动系数Kss取1.1、电流继电器的返回系数Kre取0.9)，如表6-4所示。 表-4含有风力电源定时限过电流整定值表 分布式电源保护1的定保护2的定保护3的定保护4的定保护5的定 时速断整定时速断整定时速断整定时速断整定时速断整定 36 容量(MVA) 值 值 值 值 值 0 4.108 2.465 1.479 4.108 0 1 4.108 2.465 1.499 4.108 0.033 5 4.108 2.465 1.578 4.108 0.146 20 4.108 2.465 1.873 4.108 0.657 图6-15含风力电源保护1的定时限过电流整定仿真图 图6-16含风力电源保护2的定时限过电流整定仿真图 37 图6-17含风力电源保护3的定时限过电流整定仿真图 图6-18含风力电源保护4的定时限过电流整定仿真图 图6-19含风力电源保护5的定时限过电流整定仿真图 38 7结论 由于DG的接入，使配电网中短路电流的大小流向及分布都发生了变化，从而影响到原有保护的配置，会引起保护误动或者由于灵敏度降低而拒动。不论重合闸前加速方式或者重合闸后加速方式，为了确保保护的正确动作，对DG提供的短路电流有限制，以保护的速断保护或定时限过电流保护整定值为约束条件，两者只是范围不同，本质上没有区别。 电流速断保护、限时电流速断保护和过流保护都是反应于电流升高而动作的保护。它们之间的区别主要是按照不同的原则来选择启动电流。速断保护是按照躲开本线路末端的最大短路电流来整定;限时速断是按照躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围来整定;而过电流保护则是按照躲开本元件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的切除故障，常常将电流速断保护、限时电流速断保护和过流保护组合在一起，构成阶段式电流保护。 39 参考文献: [1] 土成山，高菲，李鹏，等.可再生能源与分布式发电接入技术欧盟研究项目述评[f].南 方电网技术，2008. 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