分布式电源接入对配电网继电保护的影响综述毕建树Word文档格式.docx

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于是,开发利用如风能、太阳能及生物质能等可再生能源成为了缓解能源紧张的重要途径之一。

在电力系统中,各种形式的可再生能源通过分布式发电接入电网,因分布式发电具有占地少、建设周期短、接近负荷中心和环保性高等特点而得到了快速发展[1]。

随着分布式发电技术的深入研究和设备成本的逐渐降低,分布式发电在电力系统中的应用逐渐增加。

分布式电源（DG是指直接接在配电网或分布在负荷附近的中小型发电装置,能够经济、高效且可靠的发电,以满足用户需要或支持现存配电网的经济运行

[2]

发电规模一般不大,约有几十千瓦至

几十兆瓦。

在不同领域,DG有不同的分类方式,文

关键词:

分布式电源/配电网/继电保护

献[3]将DG分为以下几类:

1风力发电。

风力发电是把风的动能转化为机械能,再通过发电机把机械能转化为电能,最后并网运行。

2通过并网逆变器并网的DG。

光伏发电系统、燃料电池等发出直流或者高频交流的DG均需要通过逆变器与电网并网。

3以励磁电压可调型同步发电机为核心的DG。

柴油机、海洋能、地热能和生物质能发电系统等均属于此类型。

1.2课题研究意义

对于目前发展迅速的分布式发电技术来说,其优点是可以综合利用分散的资源,适应电力市场发展以及环境要求。

由于DG占地面积非常少,一般都靠近负荷中心或接近用户布置,避免了长距离架空线的架设,大大减少了投资,节约了成本。

此外,DG既可以单独为负荷提供少量的电能,也可以并网

运行,灵活的运行方式提高了配电网的供电可靠性。

但大量的DG接入配电网,改变了传统的单电源辐射网结构,系统中同时存在大量的发电机和负荷,此时潮流方向理论上可以是任意的,这势必要影响配电网继电保护的灵敏性、选择性。

因此研究在分布式电源接入的前提下新型继电保护的方案具有广阔的应用前景和经济价值,对于促进DG在我国的发展有着十分重要的现实意义。

2课题的研究现状

2.1分布式电源研究现状

国外特别是欧美地区早在20世纪80年代就已经开始发展DG,技术也比较成熟。

丹麦、荷兰和芬兰等国家的DG已经占到本国国内发电总量的35%以上。

美国的商用DG发展也很迅速,在DG中微燃机以每年16%的速度增长,风电增长速度达到11%,预计2035年,可再生能源占DG供应的50%以上[4]。

日本是亚洲能源利用效率最高的国家,并且日本政府大力支持发展DG,拥有DG装置的业主,可以将多余的电能反卖给供电公司,这在一定程度上也促进了DG在日本的发展。

我国DG的应用起步较晚,目前尚无有关DG的法规和并网运行规程,加之资源、电价、可用设备、经济、技术和电力市场化等方面的制约,DG的发展较慢,但在北京、上海等一些发达城市已经有一部分小型DG投入运行。

国家电网公司“十二五”计划指出,2015年要基本实现风电、太阳能发电等可再生能源的友好接入和可协调控制,DG的研究将有力地推动中国电力的发展[5]。

2.2含DG的配电网继电保护研究现状

国内外高校、科研院所的学者对分布式发电技术进行了广泛、深入的研究。

针对DG接入对配电网继电保护的影响,目前主要有以下解决措施:

（1及时切除DG

由于DG的接入对配电网的继电保护产生了影响,并且DG的接入位置和容量不同,对配电网保护的影响程度也不同。

为了解决这个问题,当配电网发生故障时,立即将DG从配网中切除,则传统配电网不会受任何影响[6]。

从工程操作角度来看,故障发生时DG迅速离网技术实现简单方便,易于操作。

因此,目前一些标准要求并网DG在发生故障后和自动重合闸前要从电网中切除。

但在实际运行中,并不能保证在故障发生时或者在自动重合闸前及时切除DG,这样仍会对保护造成影响。

（2限制DG容量及接入位置

由于不能保证在故障发生时及时将DG从配网切除,而且即使能及时将DG切除,但当故障消除、电网恢复后,DG重新接入电网仍会对电网的稳定性产生一定的影响,因此,文献[7]和文献[8]提出通过限制DG的容量和接入配网的位置,来减少DG对配网的影响。

对于容量大、会造成保护误动或拒动的DG,应限制其接入,对于DG的接入位置,也要在接入前进行计算,以便确定接入位置。

这种方法具有一定的局限性。

（3改变配电网的保护配置

由于含DG的配网潮流不再是单向流动,有可能出现逆向潮流（从负荷流向馈线。

所以含多电源的电网保护需要考虑故障方向的问题,例如在原有保护的基础上加装方向判别元件。

也可以将输电线路中成熟的保护原理、方案应用于配电系统中,如距离保护、纵联保护等。

另外,可以采取网络化数字保护,在故障发生的短时间内采取措施,将DG的影响降到最小。

但是这些解决方案,对通信设施要求比较高,对传统配电网的改造很大,需增加很大的投资。

（4引入故障限流器

该方法的主要思想是在故障发生时,引入故障限流器（FCL,将DG对配网产生的电流降至最小甚至消除,而在配网正常运行状态时,FCL不会对配网产生任何不良影响,也不需要现有的配电网继电保护配置做出任何改变。

传统的FCL主要有超导型和固态型两种。

对于超导型FCL,系统正常运行时流过的电流会使其损耗很大,并且发生故障时超导材料的承受能力、稳定性以及限流后的散热问题都有待改进。

一般的固态型FCL相比超导型FCL而言,优点很多,但是其最大的缺点就是开关损耗比较大。

因此,文献[9]提出了一种新型的混合型FCL。

混合型FCL的结构图如图1所示。

该FCL结构中有3条路径。

路径A包含一个瞬时开关,用来将路径A的电流整流到路径B,而路径B含有由二极管组成的桥型电路,将故障电流强制引到路径C上来,由于路径C中接有电阻器,对

故障电流起到限制作用。

在无故障的状态下,路径A的瞬时开关闭合,而路径B上的GTO处于门极导通状态。

由于瞬时开关比二极管开关的阻抗小得多,几乎所有电流都从路径A流过。

当故障发生时,故障测量单元在40ms内发现故障。

接着,瞬时开关收到开断信号,在150μs内将开关断开并产生一个约40V的电压降。

而一般GTO开关两端的电压降为10~15V,低于上述40V的电压,从而使电流从路径A开始向路径B流动。

当整流完全结束时,GTO开关会在150μs后闭合,而使电流转移到路径C。

流过路径C的电流将因为阻抗器的作用而减小,也就达到了限制电流的目的。

（5自适应保护新方法

文献[10]提出了自适应保护方法,即实时改变保护整定值的方法。

通过计算机对电网的运行状况进行实时监控,根据系统运行方式的变化,使保护装置的定值能够进行动态调整。

对于含有DG的配电网来说,文献[11]提出系统应对DG的接入及退出情况进行在线监测,然后根据DG接入后或退出后的潮流情况重新对保护定值的分析和计算进行集中处理,并实时反馈给现场装置。

但对于大规模的电力系统来说,当前计算机实现的计算速度以及网络传输水平等条件下,要做到实时是还存在一定的困难。

另一方面,目前电力系统中微机保护和传统保护将长期共存,这对在线计算和整定保护定值来说还比较困难。

但随着计算机和网络的发展,这种计算方法将有着广阔的发展前景。

（6基于多代理系统的保护方案

文献[12]介绍了多代理系统（Multi-AgentSystem,MAS及其在电力系统继电保护中的应用。

文献[13]介绍了一种基于MAS的三层式集合保护方案。

作者把MAS的设计思想引入含分布式电源的配电网保护系统中,采用分层集合保护的方法将整个系统分为系统决策层、区域保护层和本地执行层。

本地执行层位于最底层,负责信息的采集以及接收发出的指令进行跳闸操作或者发出警告信息。

区域保护层作为核心层,负责接收底层的数据对其进行相应的计算及搜索,以此作为判断系统是否发生故障的依据。

系统决策层作为最高层,负责实时协调和监控各区域子系统。

将测量Agent的采集量作为控制量并确定信息域,采用比较故障方向信息的算法,能够快速判断出故障位置,并对故障快速隔离。

3结束语

分布式发电与现有电力系统配合可有效提高系统的能源利用率,改善系统稳定性、可靠性和经济性。

虽然DG可靠性比较高,但如果介入配网时与继电保护配合不好,反而会使可靠性降低。

总结了现阶段对于含DG的配电网的几种常用的继电保护措施以及各种措施的优缺点。

对于相应的继电保护措施的研究还要继续进行,只有继电保护措施得到有效改进,才能真正为分布式电源的发展和推广起到积极的作用。

参考文献

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保护的影响[J].电力系统保护与控制,2010,38（3:

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15-23.[6]IEEEStd1547—2003IEEEstandardforinterconnecting

distributedresourceswithelectricpowersystems[S].

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[7]GirgisA,BrahmaS.Effectofdistributedgenerationon

图1一种典型混合型故障电流限制器电路图ABC

瞬时开关

GTO桥型电路

机械开关电阻器

protectivedevicecoordinationindistributedsystem[C].Proceedingsof2001LargeEngineeringSystemsConferenceonPowerEngineering,Halifax,Canada,2002:

115-119.

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[11]马静,王希,米超,等.含分布式电源的配电网自适应

保护新方法[J].电网技术,2011,35（10:

204-208.[12]王慧芳,何奔腾,时洪禹.多Agent技术在继电保护中

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102-106.[13]汪莹.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].北京:

华北电力大学,2011.

（收稿日期:

2014-05-26EM

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