光伏并网对配电网继电保护的影响分析及对策.docx

本科毕业论文论文题目：光伏并网对配电网继电保护的影响分析及对策此为WOrd版本，下载后可直接复制粘贴，需要的可以放心下载摘要随着“2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和”的国家战略目标的实施，我国的清洁能源产业得到了越来越广泛的关注。太阳能作为清洁能源的一种，因其具有经济廉价，取之不尽，用之不竭的优点，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，以及科学技术的投资。现代社会，由于人们观念的改变和技术的不断发展，太阳能光伏发电技术产业和并网发电已成为了我国清洁能源产业中不可分割的重要部分。然而光伏并网发电势必会对配电网的继电保护系统产生影响。如何分析这些影响以及如何降低或者避免这些影响造成较大的损失成了重中之重的问题。光伏并网系统接入配电网之后，由于光伏并网系统输出具有随机性和间歇性，这就直接影响着配电网供电的安全稳定性以及可靠性。本文旨在分析光伏并网对配电网继电保护的影响，并提出应对措施，以提高配电网供电的安全稳定性和可靠性，推动我国光伏发电行业的健康发展。本文首先从光伏并网系统的工作原理和组成入手，介绍了光伏并网系统的一些基本模型和光伏并网的特性。光伏并网特性具体是指光伏电站的输出功率存在较大的变化、光伏发电系统的负荷消耗量较小、当光伏发电系统与配电网连接时，可能产生过电压和过电流等情况。之后，文章对配电网继电保护技术进行了介绍，对光伏并网对配电网继电保护的影响因素和影响机理进行了分析，最后，文章还提出了针对这些影响的对策研究。研究结果显示，光伏并网对配电网继电保护的影响主要包括降低线路的灵敏度、线路继电保护装置的误动作以及光伏并网接入后会使得配电网电流保护受到一定的影响,造成配电网供电的安全稳定性和可靠性降低。为解决上述问题，本文提出了拟采用减少PV接入容量的方法，减小其对配电系统的冲击，从而保证配电网系统的安全稳定运行。未来，随着光伏发电技术和应用的不断推广，本研究将具有重要的指导意义和实际应用价值。关键词：光伏并网；配电网；继电保护论文类型：工程设计AbstractIntheimplementationofthenationalstrategicgoalof''achievingcarbonpeakin2030andcarbonneutralizationin206011,China'scleanenergyindustryhasreceivedmoreandmoreattention.Solarenergyasacleanenergy,becauseofitscheap,inexhaustible,inexhaustibleadvantages,hasbeenmorepeopleofallages.Therefore,solarpowerhasreceivedalotofhumanandmaterialresourcessupport,aswellasinvestmentinscienceandtechnology.Inmodernsociety,withthechangeofpeople,sconceptandthedevelopmentoftechnology,thesolarphotovoltaicpowergenerationindustryandgrid-connectedgenerationhavebecomeanimportantpartofcleanenergyindustry.However,photovoltaicgrid-connectedgenerationisboundtoaffecttherelayprotectionsystemofdistributionnetwork.Howtoanalyzetheseimpactsandhowtoreduceoravoidtheseimpactscausedgreatlosseshasbecomeatoppriority.Asanew,sustainable,cleanandsustainableenergysource,photovoltaicpowergenerationhasbeenpaidmoreandmoreattention.However,whenthePVsystemisconnectedtothedistributionnetwork,itwillaffecttherelayprotectionofthedistributionnetwork,whichdirectlyaffectsthestabilityandreliabilityofpowersupply.Thepurposeofthispaperistoanalyzetheinfluenceofgrid-connectedphotovoltaicsystemontherelayprotectionofdistributionnetwork,andtoputforwardsomecountermeasures.Inthispaper,theworkingprincipleandcompositionofPVgrid-connectedsystemareintroduced,andsomebasicmodelsandcharacteristicsofPVgrid-connectedsystemareintroduced.Thegrid-connectedcharacteristicsofphotovoltaicpowerstationrefertothattheoutputpowerofphotovoltaicpowerstationchangesgreatly,theloadconsumptionofphotovoltaicpowergenerationsystemissmall,andthephotovoltaicpowergenerationsystemmayproduceover-voltageandover-currentwhenitisconnectedwiththedistributionnetwork.Then,thepaperintroducestherelayprotectiontechnologyofdistributionnetwork,analyzestheinfluencefactorsandmechanismofgrid-connectedPVtotherelayprotectionofdistributionnetwork.Theresultsshowthattheeffectsofphotovoltaicinterconnectionontherelayprotectionofdistributionnetworkmainlyincludereducingthesensitivityofline,mis-operationoflinerelayprotectiondevice,andthecurrentprotectionofdistributionnetworkwillbeaffectedbyphotovoltaicinterconnection,whichwillreducethestabilityandreliabilityofpowersupplyofdistributionnetwork.Inordertosolvetheaboveproblems,thispaperproposestoreducethePVaccesscapacitytoreducetheimpactonthedistributionsystem,soastoensurethesafeandstableoperationofdistributionsystem.Inthefuture,withthecontinuouspromotionOfphotovoltaicpowergenerationtechnologyandapplication,thisstudywillhavegreatguidingsignificanceandpracticalapplicationvalue.Keywords:Photovoltaicgrid-connection；Distributionnetwork;Relayprotection第1章绪论1.1 研究背景11.2 研究现状21.3 研究内容3第2章光伏并网发电系统42.1 光伏并网发电系统原理42.2 光伏并网发电系统组成42.3 光伏并网发电系统模型52.4 光伏发电并网特性82.5 本章小结11第3章配电网及其继电保护123.1 配电网的作用机理123.2 配电网继电保护配置原则123.3 三段式电流保护133.4 本章小结15第4章光伏并网对配电网继电保护的影响分析及对策164.1 原理概述164.2 线路保护灵敏度降低及线路误动作164.3 光伏并网接入对配电网电流保护的影响174.4 光伏并网对配电网继电保护的影响解决对策214.5 本章小结23第5章总结与展望245.1 总结245.2 展望25参考文献26致谢27第1章绪论1.1 研究背景太阳能是一种无穷无尽的新能源。对太阳能资源进行开发和利用，构建光伏发电系统实现光伏发电，可持续地将太阳能转换为电能，用来满足人们生产、生活的需求，这与当今的环境保护理念相吻合。当前，我国太阳能和光电产业正在快速发展，光伏并网发电给配电网系统的继电保护带来了越来越多的不利因素，只有对其进行深刻的剖析,并提出相应的应对对策，才能更好地推进国家的“双碳战略”。随着光伏发电技术的不断发展和应用，越来越多的光伏电站开始接入配电网中运行。光伏并网对配电网的影响不仅涉及到配电网的稳定性和安全性，还牵扯到电力系统的运行效率和经济性等多个方面。其中，研究光伏并网对配电网继电保护的影响及其解决对策是一个重要的课题。在配电网中，继电保护起着非常关键的作用，其目的是为了在出现电气事故时，能够迅速地将故障线路从主线路上隔离开来，以保证配电网的正常运转。但是，在光伏发电进入配电网之后，其所产生的电流和电压波动性将导致配电网中的继电保护发生故障。这给配电网的稳定与安全带来了极大的危害。此外，由于光伏系统的引入，使得配电网的短路电流大大增加，继电保护装置的灵敏度、可靠性等受到很大影响，也给配电网的稳定性和安全性带来很大的风险。为了提升配电网中的继电保护装置的可靠性与敏感性，保证配电网的安全与稳定，国内外学术界与工业界对其进行了广泛的重视与研究。在此背景下，越来越多的学者和工程师开始关注和研究这一问题，提出了各种解决方案和技术手段，以提高配电网继电保护的可靠性和灵敏度，保障电力系统的安全稳定运行。近年来，电力电子化技术得到了迅速的发展，得到了越来越多的关注。针对目前配电网电力系统中存在的问题，专家和学者们提出了如下几条建议。（1）保证配电网的安全、可靠。由于光伏接入给配电网带来的冲击，使得常规的继电保护措施失去作用，进而威胁到配电网的安全与稳定。所以，通过对光伏接入配电网后继电保护的作用进行分析与研究，并提出相应的措施，能够有效保证配电网的可靠性与安全。（2）促进光伏并网接入技术的规范发展。目前.，我国的光伏并网发电技术正处于快速发展阶段，通过对光伏并网接入对配电系统中继电保护效应的深入分析，可以为我国电力系统中光伏接入技术的标准化、规范化发展提供借鉴与支撑。（3）深入分析光伏并网与配电网系统之间的耦合关系。由于其电压波形、频率、相位等特性与常规电网存在较大区别，若不深入分析其对配电网中继电器的作用，将给配电网带来极大的安全隐患。综上所述，深入分析光伏接入给配电网带来的继电保护效应，提出相应的应对措施，对于提升光伏发电的经济效益与实用性具有重要意义。1.2 研究现状目前，研究光伏并网对配电网继电保护的影响是一个热点问题。随着光伏发电系统逐渐从独立运行向并网运行转变，这对配电网的继电保护提出了新的要求和挑战。针对这些要求和挑战，国内外已经有一些关于光伏并网对配电网继电保护影响的研究。在国内，针对光伏并网对配电网继电保护的影响分析和对策研究已经有一定的进展。具体来说，主要包括以下几个方面。(1)国内关于电压穿越问题的解决方案展开了一定的研究。针对光伏逆变器运行时可能导致的电压穿越问题，研究者提出了一些解决方案，如采用电压调节器进行电压补偿、增加电容器进行电容补偿等。(2)国内提出了一些关于反向电流问题的解决方案。针对光伏并网系统中可能存在的反向电流问题，研究者提出了一些限流保护装置的设计方案，如采用反向电流保护器等。(3)国内针对故障问题的解决给出了一些答复。针对光伏并网系统中可能存在的隔离故障问题，研究者提出了一些解决方案，如采用避雷器、绝缘监测装置等进行检测和处理。(4)国内关于电网规划和管理的进行了一些研究。为了更好地规划和管理光伏并网系统，研究者进行了相关的规划和设计。其主要包括电网规划、电力市场设计、运行监测和管理等。在国外，光伏并网对配电网继电保护的影响也受到了广泛的关注和研究。主要表现在以下几个方面。(1)对光伏并网对配电网电压的影响展开了一些研究。研究发现光伏发电系统的电压和频率与配电网的电压和频率有着一定的区别，这种区别将会对配电网的电压产生影响，进而造成继电保护装置的非正常动作。(2)对光伏并网对配电网短路电流的影响进行了一些分析。由于光伏发电系统的短路电流与传统配电网负载的短路电流不同，所以光伏并网会对配电网的短路电流造成影响，从而造成继电保护装置的非正常动作。(3)对光伏并网对配电网功率平衡的影响进行了一些探讨。光伏发电系统的输出功率受日照、温度等自然因素的影响，而配电网的负荷改变程度也会对配电网的功率平衡产生影响，进而使得继电保护装置的非正常动作。(4)对光伏并网对配电网保护装置的选择和设置的影响进行了一些阐述。由于光伏并网对配电网继电保护产生了影响，所以需要对继电保护装置的选择和参数的设置做出相应的调整和改变，以保证继电保护的正常动作。综上，光伏并网对配电网继电保护的影响是一个复杂的问题，需要从多个方面进行研究和探讨，以保证光伏发电系统和配电网的安全稳定运行。目前，国内外已经对光伏并网对配电网继电保护的影响进行了研究，提出了一些解决方案和对策。未来，需要加强国际合作和交流，推动光伏并网技术的规范化和标准化发展，以提高系统的可靠性和安全性。1.3 研究内容本文首先对光伏并网发电系统展开了研究，对其进行了详细的介绍，对其的原理组成和光伏并网发电系统的模型以及光伏发电并网特性进行了详细的阐述，为后续对光伏并网接入对配电网继电保护的影响展开了深入的讨论，打下了一定的理论基础。其次，简要介绍了配电网系统的作用机理，继电保护的配置原则，以及传统配电网中的三段式电流保护，为进一步探讨光伏并网对配电网继电保护的影响及解决对策打下了良好的基础。然后，文章重点讨论了光伏并网接入给配电系统带来的冲击。说明了对配电网进行继电保护中的必要性。阐述了光伏并网发电系统接入配电网需要进行继电保护的原因以及光伏并网发电接入配电网对配电网短路电流的影响。最后，本文以降低PV的接入容量的方式入手给出了解决光伏并网对配电网继电保护影响的有效解决对策。第2章光伏并网发电系统2.1 光伏并网发电系统原理光伏发电的基本原理原理是，在太阳光的作用下，PN结势垒区会出现较高的光电转换效率。在一个内建的静电场中，电子沿反向移动，并逐步远离势垒区，从而使P区域的电位上升，N区域的电位下降。因此，在外围的线路上，就会产生一种将电压和电流，将光能转换为电能。光伏并网发电指的是光伏电池将太阳能转化为直流电能，再由逆变器将直流电转换为交流电，最后利用并网设备将交流电汇入电网中。（并网装置是指将太阳能电池板所生成的电量与电网相连的设备），如果太阳能电池板所生成的电量超出了用户的需要，那么过剩的电量就会被重新分配回到电网中，这一过程叫做并网。2.2 光伏并网发电系统组成光伏并网发电系统主要是由太阳能电池组件（光伏组件）、并网逆变器、光伏控制器、配电箱等组成。我国的光伏发电系统可以分为分布式发电和集中式发电两种。分布式光伏发电系统直接接入配电网，为附近的负荷提供能量网。集中式光伏发电系统直接接入电压等级较高的输电网，进行电能的远距离传输。（1）太阳能电池组件（光伏组件）。由高效大规模生产的单晶硅/多晶硅太阳能电池片、钢化玻璃、封装材料（EVA、Pe）E等）、功能背板，互连件，汇流件，接线盒和铝合金边框等所组成。在光伏发电系统中，最重要的组件就是太阳能电池板。它的功能是把太阳能转换成电能，然后把转换后的能量装在电池里存储起来，同时还可以带动负荷元件的运转。太阳能电池装置之性能与售价，将直接关系到其效率与售价。（2）并网逆变器。并网逆变器是光伏并网发电中的重要组成部分。其主要作用是把直流的输入转换成交流的输出，即进行DC-AC的转化。此外，并网逆变器还具备自动运行和停机，防止孤岛效应的发生、最大功率点跟踪（MPPT）控制等功能。光伏组件的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V的直流电。因此需要使用DC-AC逆变器。关于光伏并网逆变器的工作原理如图2.1所示。(3)光伏控制器。由太阳能电池模块生成的DC电流为电池供电，可避免电池过度充、放电。除此之外，光伏控制器还具有了防止反充、过载和短路等多种安全防护功能。当出现大范围的温差变化时，光伏控制器还具有一定的温度补偿作用。(4)配电箱。光伏并网配电箱是光伏并网发电系统中必不可少的一环。其具有电能的计算和测量、进行电源隔离、防雷保护、短路保护、电源接通指示等功能。2.3 光伏并网发电系统模型(1)光伏阵列的数学模型在光伏发电系统中，光伏电池是最基本的单元，为使该设备能够输出更高的电压和有功，可以将多个光伏电池板构成的光伏模块，通过串并联构成一个光伏阵列。涉及一种可用于光伏发电的光伏发电系统。其中，太阳能电池板组件为电流源，其等效回路可用模型构造，见图2.2。图2.2光伏电池组件的等效电路光伏电池组件的输出电流如式2.1所示4=IPhToexpy-a-D-1.(2.1)式中，1.代表光伏电池由于光生伏特效应而激发的电流，它与电池的材料和尺寸、辐照度以及本体的温度有关。/p为光伏阵列电流，为反向饱和电流，夕为电子电荷(1.6×1O-,9C),为二极管因子，K为玻耳兹曼常数(1.38xK)23jk),凡为串联电阻，凡,为并联电阻。(2)光伏并网逆变器的数学模型输出逆变控制电路在光伏电源并网控制中扮演着重要角色。以调整控制的方式工作。其工作原理是调节控制器门信号的输入脉冲，以达到跟踪和调节光伏电源的直流电压的目的，同时将直流电逆变为可以转换为并网安全性三相交流电。关于并网逆变器的电逆变过程电路的数学模型如式2.2和2.3所示jdill“心1.iq(2.2)(2.3)P=UdidQ=f3从式2.3中可以得出，逆变器的输出有功功率由j.决定，输出无功由0决定。改变i”、"的数值就可以实现对光伏并网有功功率和无功功率的控制。(3) MPPT控制的数学模型MPPT控制系统的模型建立采用了扰动观察法的方式。该方式是通过对电源系统端口电压进行干扰，进而达到对光伏电池的出力进行调节的目的。如果输出功率变大，则表示该方法提高了光伏电池输出功率，接下来按相同的方向增加扰动量并比较扰动前后光伏电池的输出功率的大小，重复对发电系统的输出电压进行扰动直到某一次输出功率降低，则上一次输出值为最优值。反之，若扰动后功率降低，表示扰动达到了降低输出功率的作用，下一次则沿反方向增加扰动量，直至寻找出最大功率点。其寻优的具体流程如图2.4所示。采样输入U(i)、/(/)P(i)=U(i)*(i)计算当前输出功率P(Z)-P(Z-I)=O?图2.4光伏阵列输出功率控制流程图(4) BooSt升压电路模型由于光伏阵列的输出电压通常比系统的输入电压低，因此需要对其进行升压，才能将其接入系统。BOoSt电路属于一种升压式DC-DC变换器，其电路的拓扑结构如图2.5所示。其中包括电感1.、电力电子器件T、二极管D、电容C和电阻R。由于BoOSt因为BoOSt电路具有结构简单、控制方便可靠、转换效率高等优点，适合在光伏并网发电系统中使用。在不同体系中进行能量转移。其中，Vm为Boost升压电路输入电压，也即光伏阵列的输出电压。%“为Boost升压电路的输出电压。2.4 光伏发电并网特性随着光伏发电技术的不断发展和应用，光伏并网对配电网的影响也逐渐显现。光伏发电系统的并网特性是指光伏电源同配电网连接后，系统在运行过程中所呈现的特征。光伏电源与传统电源不同，具有间歇性和不稳定性。首先，光伏电站的输出功率存在较大的变化，并且这种变化速度较快。即使是在不同天气条件下，同一台光伏发电系统的输出功率也可能存在很大的差异。其次，光伏发电系统的负荷消耗量较小，随着系统规模的扩大，这种现象会进一步凸显。由于其无法调节电网的电压和频率，可能对电网产生不利影响。另外，当光伏发电系统与配电网连接时，可能产生过电压和过电流等情况，尤其是在并网时可能会出现对电网保护设备产生影响的情况。为此，需要对并网保护的设计和调试方案进行优化，以确保电网的稳定工作。图2.6光伏阵列的输出特性曲线如图2.6所示为光伏阵列的输出特性曲线，反映了光伏阵列的输出电流、输出电压以及输出功率之间的关系。光伏阵列的输出电流先随着输出电压的增大保持恒定再逐渐减小，输出功率随着输出电压先增大再减小，这就说明，光伏阵列的输出特性不是恒定的，当其接入到配电网后的输出电压、输出电流、输出功率具有波动性“叫光伏并网电源在接入配电网时可能产生过电压和过电流等情况，影响配电网的安全稳定运行。光伏并网的P-f特性如图2.7所示。其输出有功功率的大小随频率变化的关系可由图2.7中直线的斜率来确定。图2.7中直线的斜率可由式2.4计算。A=tan。=8(2.4)/其中，为有功负荷变化量，MW,/为频率变化量，Hz,右为有功负荷频率调节效应系数，MWHzo当光伏并网系统的综合负荷增大时，负荷的频率特性曲线由P2平行上移到P”负荷减小时，负荷的频率特性由P2平行下移到P3。光伏并网系统的电压运行水平取决于逆变器及其他无功补偿装置输送的无功功率QG和综合负荷无功功率Q1.D的平衡，如图2.8所示。图2.8光伏并网系统的Q-U曲线当光伏并网系统的综合无功负荷曲线为Qld,逆变器及其他无功补偿装置输送无功功率曲线为QG时，两特性曲线在点1处相交，对应的电压为Ui,即光伏并网系统在电压Ul下运行时能达到无功功率的平衡，若无功负荷由Q1.D增加到Q1.DI,而QG不变，则Qldi与QG将在2点相交，对应的电压为U2,即光伏并网系统的运行电压将下降到U2。这说明无功负荷增加后，在电压为Ui时，逆变器和其他无功补偿装置输送的无功功率已不能满足综合无功负荷的需要，只能用降低运行电压的方法来取得无功功率的平衡。此时如能将逆变器及其他无功补偿装置输送的无功功率增加到Qgi,则系统可在点3处达到无功功率的平衡，运行电压即可上升为U3。在电力电子设备的作用下，为了防止大电流穿越，提高交流侧的效率，需要尽量提高系统的有功功率，以提高系统的功率因数。因此，大部分光伏电站输出的功率因数都比较高，在1左右。总之，由于光伏电源的接入对配电网的冲击越来越明显，为了减少其对配电网的冲击与破坏，必须采取多种措施进行有效的调节与管理W1.在今后的研究中，需要对光伏并网技术进行持续的探索和提高，以保证配电网的稳定、可靠运行，进而促进新能源的发展。2.5 本章小结本章首先对光伏并网发电系统的基本原理、组成进行了简要分析，然后介绍了光伏并网发电系统的数学模型以及并网特性。光伏并网系统的数学模型有很多的模块，本章重点分析了光伏阵列、并网逆变器、MPPT控制和BOOSt升压电路的数学模型，为后续研究光伏并网对继电保护的影响提供了理论和依据。第3章配电网及其继电保护3.1 配电网的作用机理光伏并网配电网是指将由太阳能光伏发电所产生的电接入到公用电力网络中，以达到电力资源的双向流通与分享的目的。光伏并网配电网有以下几个方面的作用。(1)供电。光伏并网配电网是指将光伏发电系统所产生的电力汇入公共电网，向客户提供电力。(2)减少能源消耗费用。光伏并网接入配电网，能够充分发挥太阳能电池板的作用，降低电力消耗。(3)促进新能源的发展。光伏并网接入配电网系统能够促进新能源发展，减轻传统新能源对电力系统的冲击，进而减轻对环境的污染。(4)改善电力系统的稳定性能。将光伏并网系统接入到电力网络中，能够为电力网络提供更多的能量，从而提升电力网络的稳定与可靠度。(5)实现能源互联网。光伏并网配电网可以实现能源互联网的建设，促进能源的智能化管理和优化调度。3.2 配电网继电保护配置原则当前，国内配电网中的保护配置原理仍然是以单一电源的辐射式网络为主体，并根据其固定的潮流方向进行设计。采用三段式电流保护和其他保护手段，实现了对无端回路的防护。利用时间整定，实现对电流保护器的时间选择性，进行全线路保护。由于综合考虑了经济效益，电流保护器已经被广泛地应用到了常规的馈线系统中，所以，通常情况下都会利用反时限的电流保护器，将在系统电源端的电流故障给截断掉口儿在配电网中，要依据电力系统的特性，如电压等级，负荷特性，故障类型等来确定继电保护的原理。关于配电网继电保护的配置主要有以下几个方面的要求。(1)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的可靠性和经济性，尽可能地减少保护装置的数量和复杂度。(2)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的层次结构，继电保护装置应按照电网的层次结构进行配置，以便快速定位故障。(3)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的负荷特性，如负荷的容量、类型、变化等，以便选择合适的保护原则和装置。(4)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的故障类型，如短路、过电压、欠电压等，以便选择合适的保护原则和装置。(5)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的运行方式，如并网运行、孤岛运行等，以便选择合适的保护原则和装置。(6)配电网继电保护装置的配置应考虑到电网的可扩展性，以便在电网扩建或改造时能够方便地增加或修改保护装置。关于配电网的设计需要满足以下六大原则。(1)安全性原则。配电网的设计必须保证电力系统的安全性，包括电气安全、防雷安全、防火安全等。(2)可靠性原则。配电网的设计必须保证电力系统的可靠性，包括电力供应的可靠性、设备的可靠性、系统的可靠性等。(3)经济性原则。配电网的设计必须保证电力系统的经济性，包括设备的选型、布局的合理性、运行成本的控制等。(4)灵活性原则。配电网的设计必须保证电力系统的灵活性，包括设备的可调性、系统的可扩展性、运行的灵活性等。(5)可维护性原则。配电网的设计必须保证电力系统的可维护性，包括设备的易维护性、系统的易维护性、运行的可维护性等。(6)环保性原则。配电网的设计必须保证电力系统的环保性，包括设备的节能性、系统的节能性、运行的环保性等。3.3 三段式电流保护为快速可靠地隔离故障，多采用树状拓扑实现配电网的三段式电流保护。其在配电网中的继电保护起到了非常重要的作用。一是为了防止事故扩大，保证了无故障的电网部分在最短的时间内恢复正常。运行时，继电器应在发生故障时及时切断断路器。二是为了避免“带病”运行的线路，报警或脱扣会引起继电保护装置的错误动作，需要设定一个时间延时。三段式电流保护的模型如图3.1所示。(1)电流I段保护在仅响应电流增加而瞬间动作的电流保护称为瞬时电流速断保护，又称为电流I段保护。电流速断保护不是一种对整条线路的保护，其整定值设置为在最大运行状态下，本线路首端三相电路同时出现短路故障的电流值，并将继电保护所测得的短路故障电流大于整定值时，进行瞬间动作，将故障线路截断。整定计算的公式如3.1所示。其中，邑为电源电势，K)为电流I段整定可靠系数，数值取1.2-1.3,ZS为电源内阻抗，Z,为线路阻抗。瞬时电流速断保护是为了保证继电保护速动性而设置的保护，是一种具有最大整定数值的继电保护装置。只有通过其所覆盖的区域，才能反映出该区域的保护动作情况,而该区域一般以总长度的百分比为指标。当系统为最大运行方式时，电流速断保护的保护范围最大，当出现其他运行方式或两相短路时，电流速断保护的保护范围都减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时，电流速断保护的保护范围为最小。电流速断保护满足电力系统继电保护的可靠性与速动性，但无法保护整条线路。(2)电流II段保护当瞬时电流速断保护无法满足保护线路全长的保护要求时，具有足够的灵敏性和较小动作时限的限时电流速断保护则完善了这个保护要求。限时电流速断保护除了可以对本线路全程进行保护之外，还可以对下条线路I段起到备用保护的作用，在此过程中，限时电流速断保护将下面一个保护元件速断保护动作时的电流值作为整定值，一般情况下，它与瞬时电流速断保护相结合。关于限时电流保护整定值的计算如式3.2所示。(3.2)其中，K置为电流11段整定值的可靠系数，一般取1.1-1.2。(3)电流In段保护电流IIl段保护，又称定时限过电流保护，根据躲过保护装置流过的最大负载电流进行规定，并与邻近线路的过电流保护结合，不但可以保护本线路全长，还可以保护邻近线路全长，起到了对相邻线路的备用保护的作用。其动作时限应比下级线路电流III段延长6时间。电流IlI段保护整定值的计算如式3.3所示。(3.3)rill_kIIIvKXfj.maxlsetrelX7；Kre其中，K胃为电流In段整定值的可靠系数，一般取1.15-1.25o为继电器自启动系数，Km为返回系数。定时限电流速断保护在时限的选择上要比下条线路的电流保护多出B秒，仪通常取0.5秒。对单一的树枝状配电网，采用定时限过流保护可以确保其对系统的选择能力，是配电系统中普遍采用的一种备用保护方式。如果故障发生在配电系统的前端，则需要很长的操作时间才能迅速地将故障切断。3.4 本章小结本章介绍了配电网的作用机理、配电网的继电保护配置原则以及传统配电网的继电保护。对配电网的三段式电流保护做了具体的介绍，为后文研究光伏并网对配电网电流保护的影响打下了坚实的基础。第4章光伏并网对配电网继电保护的影响分析及对策4.1 原理概述在光伏并网发电系统被接入配电网之后，其继电保护的正常工作会受到很大的影响,当其出现了故障之后，为了确保其继电保护的作用能够得到充分的发挥，就必须在最短的时间内将其切断，使从配电网中分离出来。光伏并网发电系统接入配电网直接对配电网继电保护系统造成了影响。假设本配电网接入一个光伏并网发电系统，建立配电网系统模型，具体情况见图4.1。光伏并网发电系统对电力系统中继电保护装置产生的冲击，也将随着其接入位置和容量的变化而变化。图4.1接入PV的配电网结构4.2 线路保护灵敏度降低及线路误动作由图4.1中可以看出，在一个配电网接入到光伏并网发电系统之前，当设定了故障出现在FI点时，Bl处的保护装置会检测到故障电流的数值为(4.1),1lZv+Z,+Z2其中，配电网等效阻抗用ZS表示，线路12,2-3的阻抗分别用Zl和Z2表示。若配电网接入光伏并网发电系统后，此时Bl处保护装置的故障电流为IBl=(Z÷Z)Z(42)za,÷zi÷z2÷cz-7jz-"pv其中，光伏系统的等效阻抗用ZPV表示。将光伏并网发电系统接入配电网后，配电网与光伏并网发电系统共同为故障点提供了短路电流，然而，Bl的保护装置只能感应到配电网所产生的短路电流，而不能感应到光伏并网发电系统所产生的短路电流。由公式4.1和4.2可知，在此情况下，引入光伏并网发电系统后，流过保护的故障电流要小于引入前的故障电流，因此，电流速断跳闸的保护范围会随着保护装置受到的故障电流的降低而降低，在极端情况下，还会发生保护拒动作。要避免误操作，就必须采取相应的措施。在配电网接入光伏并网发电系统之前，配电网系统故障若发生在F2或F2附近的其他线路上，则不存在线路侧短路电流。然而，在配电网引入光伏并网发电系统后，如果故障点在F2或其邻近母线的其他线路上。那么，线路保护设备就会流过由光伏并网发电系统所产生的逆向电流，由于其不具备定向锁定能力，在大电流下，继电保护保护装置将不可避免地引起误动1网。4.3 光伏并网接入对配电网电流保护的影响光伏电源接入配电网后，配电网的架空线路选择1.GJ-120型钢芯铝绞线，母线A和母线B处的电压等级皆为IOkV,系统的基准容量为50MW。根据IOkV的电压等级选择SF6300/10型号的双绕组变压器。母线A上连接一个热继电器和电流互感器，热继电器主要起保护设备的作用，避免系统电源和光伏电源共同供电时产生的短路故障电流过大而导致设备损坏或者安全事故的发生，电流互感器主要用于检测配电网系统中的电流大小，以便进行控制和调节。光伏电源连接在母线B上，与系统电源共同构成双电源供电的配电网系统。配电网的框架设计如图4.2所示。当在匕点发生短路故障时，保护装置R2处的过流继电器KA3会首先识别故障电流信号。当故障电流值大于保护装置R2的整定值时，FU2会首先切断光伏电源与该线路之间的连接，同时由于系统电源源源不断地向其供电，过流继电器KA2也会识别故障电流信号，当故障电流值大于保护整定装置Rl的整定值时，FUl会切断R2所处线路与系统电源之间的连接，保证配电网系统的正常运行。当在k2点发生短路故障时，流过保护装置Rl处的短路电流仅为光伏电源提供。过流继电器KA2会识别故障电流信号，当光伏电源接入的容量不断增加时，故障电流值会增大，当故障电流值大于保护装置Rl的整定值时，FUl会切断保护装置Rl处的线路与光伏电源的连接，保证配电网系统的安全运行。当在k3处发生短路故障时，过流继电器KA4会识别故障电流信号，当故障电流值大于保护整定装置R5的整定值时,FU3会首先切断R5所处线路与故障线路之间的连接,保证R5所在线路正常运行。与此同时，因为光伏电源的存在，它将短路电流经由保护设备Rl供给到保护设备R5,而Rl感应到逆向的短路电流，并且当光伏电源接入容量持续增加时，该逆向电流也会增加。保护Rl处值大于保护整定装置Rl的整定值时，FUl会切断保护装置Ri与光伏电源的连接。保证了配电网系统的安全稳定运行。4KM图4.2配电网的框架由图4.2可知，该配电网中带有一定数量的负荷，光伏电源接在母线B上，对该系统继电保护进行整定和分析时，首先要确定其阻抗。由于IOkV的低压配电网与系统侧的电气距离较长，所以在最大运行模式与最小运行模式下，对配电网系统的等值阻抗进行了对比。当被保护目标出现短路时，系统的短路阻抗达到最大，即最大运行方式。最小运行方式是当被保护目标出现短路时，所需的最大短路阻抗达到最大值。配电网中的等效阻抗以及各线路的长度及单阻抗值是影响整个配电网的重要因素。如表4.1所示为配电网系统的等值阻抗。表4.1系统的等值阻抗运行方式系统等值阻抗(Q)最大运行方式0.36最小运行方式0.37