光伏发电并网对配电网继电保护的影响及对策Word文件下载.docx
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2.3传统的配电网保护6
2.4光伏发电并网对保护装置的影响6
2.4.1对配电网保护装置可靠性、选择性的影响6
2.4.2对重合闸装置的影响7
2.4.3对配电网电流保护的影响8
2.5本章小结10
3含光伏电源的配电网继电保护新方案10
3.1解决技术层面的问题10
3.1.1构建光伏电源并网的研究实验与验证环境10
3.1.2深入研究光伏发电系统与电网相互作用的机理11
3.1.3健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范11
3.1.4解决配电网规划、运行问题11
3.2解决继电保护方面上的问题12
3.2.1含光伏电源的配电网对过电流保护影响分析12
3.2.2考虑分区纵联与过电流保护相配合的保护方案13
3.2.3所提保护动作的情况15
3.3本章小结16
4建模仿真与结果分析16
4.1仿真模型搭建16
4.1.1仿真软件PSCAD/EMTDC概述16
4.1.2仿真验证17
4.2仿真结果分析19
5结论及展望19
参考文献21
致谢23
Contents
1Introduction1
1.1Researchbackgroundandsignificance1
1.1.1Background1
1.1.2Significance1
1.2Researchstatus2
1.2.1Photovoltaicpowergenerationstatusanddevelopmentabroad2
1.2.2Photovoltaicpowergenerationinthecountry'
scurrentsituation3
2PVandimpactonthedistributionnetworkrelayprotectionnetwork4
2.1Photovoltaic4
2.2Photovoltaicgridposition4
2.3Traditionaldistributionnetworkprotection6
2.4EffectofPhotovoltaicgridprotectiondevices6
2.4.1Impactonthedistributionnetworkprotectiondevicereliability6
2.4.2Effectofreclosingdevices7
2.4.3Impactonthedistributionnetworkcurrentprotection8
2.5Summary10
3Photovoltaicpowerdistributionnetworkcontainingthenewprotectionprogram10
3.1Resolvetechnicalissues10
3.1.1Constructionofphotovoltaicpowergridresearchexperiments10
3.1.2DepthstudyofthemechanismofPVsystemsandgridinteraction11
3.1.3TechnicalstandardsimproveaccesstothepublicgridPhotovoltaic11
3.1.4Solvedistributionnetworkplanning,operationalissues11
3.2Problem-solvingontherelay12
3.2.1Protectionimpactanalysisofphotovoltaicpowerdistribution12
3.2.2Considerverticalpartitionassociatedwithover-currentprotection13
3.2.3Circumstancesmentionedprotectionoperation15
3.3Summary16
4Modeling,SimulationandAnalysis16
4.1SimulationModelbuilding16
4.1.1SimulationsoftwarePSCAD/EMTDCOverview16
4.1.2Simulation17
4.2Simulationresultsanalysis19
5Conclusion19
References21
Acknowledgements24
摘要：
当代社会，能源问题和环境问题已成为社会发展中必须重视与解决的问题之一，而可再生能源和清洁能源得到了越来越广泛的关注。
太阳能作为分布式能源的一种，经济廉价，取之不尽用之不竭等优点使之得到了人们更多的青睐。
因此，太阳能发电已经得到了大量的人力、物力资源支持，以及科学和技术的投资。
。
随着人们观念的改变和技术的发展，传统的发电投资日渐下降，相应得太阳能等可再生清洁能源得到了更多的经济投资。
不过如果配电网连接多个光伏电源，一系列的问题就会接踵而至，最重要也是影响最深的问题就是对配电网继电保护的影响，配电网一旦接上光伏电源，其电网结构和能量流动就会发生改变，导致短路电流增大，方向改变，这就会使得保护之间的配合出现问题，某些保护可能会出现拒动或误动，并且短路电流过大的话，熔断器也可能工作异常。
此外，原来的配电网通常是辐射状的网络，其保护不具有方向性，而接入光伏发电系统以后，整个配电网从无源网络变为有源网络，网络潮流的流向是不确定的，直接影响配电网正常工作。
在此，主要针对光伏系统并网问题以及其对配电网继电保护的影响和对策。
当系统发生故障时，由于配电网选用不同保护配置方案，光伏发电并网系统会对其继电保护装置产生影响。
在虚拟的配电网模型上，光伏发电系统并网位置不同，并网容量不同以及配电网系统发生故障的位置不同都会使得流过配电网的故障电流各不相同，本论文分析了光伏发电并网对配电网继电保护的影响，然后对分析的结果与各种继电保护的原理，提出了过电流保护配合的保护新方案，此方案主要解决上述光伏电源接入配电网会产生的问题，从而有效得防止保护误动。
关键词：
能源光伏发电并网配电网继电保护
Impactonthedistributionnetworkofphotovoltaicpowergenerationandnetworkprotectionandcountermeasures
AbstractThedistributedgenerationbasedoncleanandrenewableenergyisnotonlyanindispensableandeffectivecomplementtocentralizedpowergeneration,andofgreatstrategicsignificancetoalleviatetheincreasinglyseriousenergyandenvironmentalissues.Solarenergyisunmatchedbyotherenergysourceswhichareusedbydistributedpowergenerationbecauseofitisbroad,unlimitedandeconomy.Sothesolarphotovoltaicpowerhasarousedmuchworldwideattention,andisrecognizedwithhightechnologicalcontent,asoneofthemostpromisingtechnologies.Withphotovoltaictechnologygraduallymatureandthecostofpowergenerationreducedceaselessly,thegridconnectedphotovoltaicsystemhasbecomethemainstreamtrendsinsolarenergydevelopmentandutilization.Withthedistributionnetworkusingdifferentprotectionconfigurationscheme,theeffectsofgrid-connectedphotovoltaicsystemonrelayprotectionandautomaticsafetydeviceswhenfailureoccursarefirstlyanalyzedinthepaper.Thendistributionnetworkfaultcurrentchangesareanalyzedandtheconclusionoftheeffectsofgrid一connectedphotovoltaicsystemondistributionnetworkfaultcurrentisdrawnaccordingtodifferentphotovoltaicsystemaccesslocations，differentaccesscapacity,differentfaultlocationsindistributionnetwork.
Keywords：
Energy;
Photovoltaicpowergeneration;
gridconnected;
distributionnetwork;
relayprotection
1引言
1.1课题研究背景及意义
1.1.1研究背景
无论是哪个时代，能源都是人类社会经济发展的源动力。
如果没有能源，那么社会就会失去发展的动力，因此能源是人类赖以生存的物质基础，能源问题也成为我国以及世界各国共同关注的话题。
最近，人类社会主要将能源按照属性进行分类，分为不可再生资源和可再生资源。
不可再生资源就好比是煤、石油、天然气等等，它们一旦用竭，社会发展便会停滞。
所以，近来如同太阳能、地热能、水能、风能、生物能之类的可再生资源需要得到大规模的开发和利用。
一方面，不可再生资源的不断减少会给今后社会发展带来问题。
另一方面，石油、天然气这些能源也有更大的弊端，也就是燃烧可再生资源所造成的环境问题，产生的二氧化碳会影响大气层成分的平衡稳定，造成臭氧层空洞等问题，而产生的二氧化硫更会导致酸雨的形成，造成无法挽回的环境问题。
虽然说经济发展对于人类十分重要，但是，环境问题也必须得到我们的关注。
所以，人类社会急需几种新能源来解决这个重大难题。
太阳能取之不尽用之不竭，更不会产生较大的环境问题，受到了各个国家越来越多的重视。
但是如何将太阳能转化为我们方便利用的能源又是需要讨论的问题之一。
太阳能光伏并网发电就是一种高效利用太阳能的措施。
人类社会也将更多的精力投入到了光伏并网发电这一领域上来。
1.1.2研究意义
上述所说的煤、天然气等不可再生资源的减少以及他们产生的废气所产生的环境问题是社会发展的当务之急。
对于我们所选择的新型能源，相比于之前的能源，必须取其精华去其糟粕。
可供选择的可再生能源还是有很多的，比如太阳能、水能、风能等等。
在此，我们主要讨论太阳能的开发利用，其他良好的能源不做过多概述。
水能是以位能、压能和动能等形式存在于水体中的能量资源，又称水力资源。
水能是清洁的可再生能源，但和全世界能源需要量相比，水能资源仍很有限的。
风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能源，属于可再生能源。
现如今，风力主要被使用在大规模风农场和一些供电被隔绝的地点，为当地的生活和发展做出了巨大的贡献。
太阳能（solarenergy），是指太阳的热辐射能，表现就是常说的太阳光线。
太阳能分类主要是光伏和光热。
广义上的太阳能更是包括了风能和化学能等等，因为地球上包括煤炭、石油等资源的产生和风的形成都是离不开太阳能的。
当前，由于太阳能分布广泛，施工周期较短等优点，太阳能光伏发电将逐渐增加在可再生能源利用中的比例。
其中，分布网络的分布式光伏电网（DistributedPhotovoltaic，以下简称PV），可减少更多的能量损失，配置更为灵活，并且供电性有效可靠，对人们生活以及社会发展的作用尤为突出。
表1-1不同能量载体对太阳能的转换效率和能量的生产周期
能量载体
能量生产周期/年
太阳能转换效率
煤炭
>
150,000,000
<
0.001%
石油、天然气
100,000,000
木材
1~30
0.1%~1%
生物能
0.1~1
0.2%~5%
水能
0.01~1
1%
风能
持续产能
0.25%~2%
光伏电源
6%~25%
由表1-1能够看出只有风能和光伏电源可以持续产能，但是光伏电源对于太阳能的转换效率明显优于风能的转换效率，其他能源更是无法比拟的。
可一旦配电网连接上多个光伏电源，配电网会产生众多问题，最重要也是最需要收到重视的就是其对配电网继电保护的影响，因此研究光伏发电并网对配电网继电保护的影响具有重大意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1光伏并网发电在国外的现状和发展
光伏并网发电技术在人类社会发展历史中具有重大意义，科学家和业界学者的不断奋斗和创新才使得其不断完善与发展。
目前光伏并网发电技术仍在不断完善与发展，在电气领域中占有举足轻重的地位，亦是电气发展的潮流。
20世纪70年代初世界发生石油危机，太阳能光伏发电产业就得到世界各国的重视和广泛的兴趣，纷纷制定政策，鼓励太阳能光伏发电技术。
光伏式的发电作为一个高新技术产业，光伏并网发电成为新型能源的综合利用的一项重要措施。
目前世界各国对此技术的发展方向主要是提高能源效率和加大环境保护。
而世界各国制定的政策也更加证明了这一发展方向。
以降低投资成本，降低能源消耗为目的，欧美各国正合理得利用光伏式电源、智能系统和先进电力技术等实现分布式供电和配发电的高效紧密结合，并积极促进社会各领域加入到电力新能源市场，共同推进光伏电网技术的发展与进步。
这一切将给整个人类和社会发展带来巨大的利益与效益。
1.2.2光伏并网发电在国内的现状和发展
目前对PV技术的领域对于国内来说还不完善，但是技术不断发展，与发达国家之间的差距不断缩小，并且还有很大的发展空间。
现如今我国对PV技术主要着重于如何增加光伏系统PV的发电效率，如何提高PV光伏系统工作的安全性可靠性等电源供应本身方面，而对于如何提高太阳能光伏并网发电系统稳定性的规划、运行和抑制其对电能质量的影响等主要集中在定性方面上。
与此同时，光伏发电的广泛进入和广泛分布将对常规的电力网系统产生许多负面的影响，包括配电力网的电压水平、整体系统可靠性、电力保障等方面。
其中，大众对于电压的水平的要求不断上升，开始出现许多瓶颈问题。
近期以来国内进一步量化分析了网络连接分布式发电的结构方式提出了光伏发电的发展应用的案例。
2光伏发电并网对配电网继电保护的影响
2.1光伏发电
引言所述，环境问题越来越受到世界各国得关注，不可再生资源的不断挖掘开发日渐短缺，传统的集中式发电系统也没有太大的提升改进空间，因此光伏，水力、风力等可再生的新型能源需要得到广泛的关注。
光伏发电系统比较灵活，建设时间短，并且扩建容易。
太阳能资源取之不尽用之不竭，基本不受地理位置等外界条件的影响。
光伏系统很容易与建筑物集成结合，比方说太阳能热水器可直接建设在楼层顶端，节省空间。
并网型光伏发电系统按照是否存在蓄电池可以分为两类，第一类是不含有蓄电池的我们称之为不可调度式光伏发电，不可调度式光伏发电产生的直流电无法并入电网，如果想要其变成符合并网要求的电力需要进行相应的转换。
这种转换要求比较严格，需要一定的电力网的电压大小以及可靠的系统和电力保障。
而且在不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能直接转化为和电网电压同频、同相的交流电能，完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小。
可调度式PV并网系统是可以用于电网终端的有信号源输出功率的调整器件，这就使得电能质量得到了一定程度提高。
但是蓄电池引入电网电压时，可能会导致接入电网的电压发生瞬变，并且目前蓄电池使用寿命短、成本较高价格昂贵、体积笨重，还污染环境，蓄电池的生产规模越来越小，所以现在光伏发电并网系统以不可调度式为主。
可调度式光伏系统和不可调度式光伏系统各有利弊，想要合理得利用太阳能，得到完善的光伏发电系统，还需要科技的研究与政策的支持。
2.2光伏发电并网位置
光伏系统接入电网主要有以下三个方式：
a.设置有自动切换装置，光伏系统能够独立运行。
b.光伏系统以并联的方式运行，但与局域网络系统关联不存在，也不输入本地电网。
c.光伏系统通过并联的方式运行，并与局域网络系统存在关联关系，接入之前必须考虑电压等级的问题。
光伏发电接入电网的位置一般有两大类：
第一类是光伏系统在母线处并入电网。
具体分为：
a.并网位置在低压母线处（图2-1）。
图2-1光伏发电系统在低压母线处并网
b.并网位置在高压母线处，与上游系统共同为所带负荷供电，如图2-2.
图2-2光伏发电系统在高压母线处并网
第二类就是光伏系统并网位置不在母线处，当一条馈线上的PV不全接在母线处。
如图2-3所示。
图2-3光伏发电系统未在母线处并网
2.3传统的配电网保护
目前我国的中低压配电网主要使用的是单电源辐射网络，这种单电源辐射网络里的电流以及功率的方向是恒定不变的，所以传统的配电网的保护装置是基于单端电源系统设计而成的。
保护方案不需要进行故障方向的判断，比较简单。
并且传统的配电网保护主要针对的是独立的电气元件，元件之间关联比较小，仅仅通过某些定制和时限就可以实现保护间的协调。
通常情况下，传统的配电网只需要由电流速断保护、限时电流速断保护和定时限时电流保护组成的三段式电流保护即可。
考虑其成本，传统的馈线保护通常都选用电流保护，依靠时间配合的方式确保保护的选择性，以此来全面保护电路系统。
对于非终端线路，采用三段式电流保护与其他保护相配合的方式。
如果发生故障，一般使用反时限电流保护来消除。
对于无需与相邻线路配合的直接向用户供电的终端馈线，为了简化保护配置，通常选用瞬时电流速断保护和定时限过电流保护配合构成的二段式保护，另外配以三相一次重合闸的保护方式。
其中，瞬时电流速断保护按馈线末端短路有足够灵敏度原则整定用来保护全线，这类保护有很多优点，价格廉价整定方便配合灵活，但是缺点是保护范围动作定值灵敏度等受系统运行方式变化的影响较大，经常难以满足要求。
而在非全电缆线路中，配置三相一次重合闸，使得如果发生瞬时故障，可以快速恢复供电。
电缆线路则大大不同，因为其故障大多是永久性的，自动重合闸对此无用处。
系统运行方式变化率高的馈线或者一些重要的电缆线路通常会选择距离保护。
2.4光伏发电并网对保护装置的影响
在配电网故障中，三相短路是最严重的短路情况，这就是我们研究的重点，以下分析的短路情况都是在最大运行方式下发生三相短路情况。
2.4.1对配电网保护装置可靠性、选择性的影响
首先讨论的是只有PV1接入在线路1的C母线处的情况。
假若在
处产生了故障，首先是系统测的保护设备动作，断路器跳闸以隔离故障，然后跳闸后，如若PV1与电网仍然还有连接，那么，非同期断路器合闸的问题就有可能会发生，这无疑会对整个电力网系统造成巨大损坏。
图2-4含有光伏电源的配电网简图
一方面，光伏发电系统并入配电网容易引起继电保护设备的误跳闸。
以图2-4为例，线路2上若发生K2故障，这时该线路上相应装置的保护整定值不变，此时线路1因为接有光伏电源，会同时和系统电源一并对线路2上的故障点提供电流，此时会导致线路2上的故障点前的保护装置4该躲过的躲不过，可能会误动，动作的可靠性和选择性无法得到保障。
另一方面，光伏发电系统并入电网后还可能导致相应的继电保护装置拒动，该动作的时候不动作。
我们仍然以图2-4为例，故障如果发生在光伏发电系统所并入点的后面，而此故障位置假如原先在保护装置3的保护范围内，切保护正盯值不变，光伏电晕系统的并入会使保护1的保护范围减小，这就会有应该保护3动作它缺不动作的可能。
另外，如若在线路2上发生k2故障，因为线路1上的保护装置没有判别方向的元件，若线路1光伏电晕并入点前的保护装置的整定值不变，则就会有保护装置1比保护装置4提前时间发生动作的可能。
2.4.2对重合闸装置的影响
光伏发电并网除了对配电网保护设备的可靠性选择性产生影响之外，还对自动重合闸装置产生一定的影响。
图2-5含有光伏电源的输电线路简图
光伏发电系统并入电力网，可能导致重合闸装置的非同期合闸。
如图2-5，如果故障发生线路1的AB之间的k1，即在光伏电源和系统电源间的联接线路上发生故障，保护装置1会感受到故障，将信号传到断路器，使断路器跳闸，而之后会自动重合闸，假如在自动重合闸重合之前，光伏电源没有从电力网中解列出来，那么就会导致非同一时间的合闸，两侧电源的相角可能会不同，会对电网造成震荡和危害，严重的话会影响系统的正常运行。
光伏发电系统并入电力网，还可能导致故障点电弧持续。
分析依然用图2-5，同样，如果故障发生线路1的AB之间的k1，即在光伏电源和系统电源之间的数电线路上发生故障，保护装置1会感受到故障，将信号传到断路器，使断路器跳闸，而之后会自动重合重合器的闸，假如在自动重合闸重合之前，光伏电源没有从电力网中退出出来，那么重合重合器闸后那么它仍会继续对故障点供电，审至使电弧无法正常熄灭，可能导致绝缘击穿，合闸就因而可能引起故障点电弧重燃，瞬时性短暂的故障变成就会变成永久性长时间的的故障。
2.4.3对配电网电流保护的影响
图2-6输电线路并有光伏电源装置简图
光伏电源并入配电网输电线路的位置不一样，就会对配电网配置的电流保护产生影响。
如图2-6，如果
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