分布式发电对电力系统继电保护的影响.pdf

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1、2009年,第2期-收稿日期:2009-02-20作者简介:范李平(1981-),女,湖北随州人,硕士生,主要从事电力系统继电保护综合自动化研究。分布式发电对电力系统继电保护的影响范李平,袁兆强,张 凯(三峡大学 电气信息学院,湖北 宜昌443002)摘 要:传统配电网一般都是单一电源的辐射状网络,继电保护按照辐射型网络进行设计和整定。随着分布式发电(DG)的接入,辐射式的网络将变为一种遍布电源和用户互联的网络,使得配电网中的潮流分布发生根本变化。详细分析了分布式发电对原有配电网中的电流保护,距离保护以及对重合闸等传统继电保护所带来的影响;最后根据DG接入电网位置的不同以及容量不同提出了相应的

2、解决方案。关键词:分布式发电;电流保护;距离保护;重合闸技术中图分类号:T M712 文献标识码:A 文章编号:1004-3950(2009)02-0015-04Effects of distributed generation on power system relay protectionFAN Li2ping,YUAN Zhao2qiang,ZHANG Kai(The College of Electrical Engineering&Infor mation Technology,China Three GorgesUniversity,Yichang 443002,China)Abs

3、tract:Traditional distribution network is generally a radial net work with a single power source,and its relay protec2tion is designed and set according to the radial net work.W ith the connection of distributed generation(DG),radialdistribution networks become linking networkswhere generation nodes

4、 and load nodes are mixed.The power flowing inthe networkswill be deeply changed by the fundamental changesof the distribution net works.Effectsof distributed gen2eration on the original distribution network in the currentprotection,distance protection,aswell asother traditional re2lay protection an

5、d operation devicewere analyzed in detail.Finally,relative solutionswere put forward according toDGaccess to power gridswith different location and capacity.Key words:distributed generation;current protection;distance protection;reclosure technology0 引 言传统的配电网一般为单电源的放射状链式结构,分布式发电引入配电网后,放射式的无源网络变为一个分

6、布有中小型电源的有源网络,潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷。配电网的这种变化使得电网各种保护定值与机理发生了深刻变化1。传统的继电保护是在假定配电系统都是放射状链式结构的基础上设计的,而随着DG设备在配电网的大量接入,该区域供电系统的结构发生较大变化,改变了配电网短路电流的分布,将会对该区域的电力系统继电保护及安全自动装置的配置和动作整定带来一定的难度,极有可能造成继电保护及安全自动装置不能正确动作。随着DG在配电系统的应用愈来愈广泛,有必要相应地调整配电网的保护系统,讨论其对配电网保护配合的影响。1 分布式发电技术的应用分布式发电(Distributed Generation,DG)是

7、一种新兴的电力电源技术。分布式电源是指直接布置在配网或分布在负荷附近的功率为数千瓦至50 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源2。DG包括功率较小的内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池和风力发电等。分布式电源具有调峰、利用再生能源、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益。与大型计算机-微机的关系类似,DG将是未来“微型电力系统”的重要组成部分,在未来电力市场中是一种有竞争力的发电方式。但随着越来越多的分布式电源接入配电系统中,将不可避免地使配电系统研究与探讨-复杂化,给运行和调度带来困难。2 分布式发电对传统继电保护的影响2.1 分布式发电对电流保护的影响分布式电源的接入使配电网

8、中各个支路的潮流不再是单方向的流动,一些馈线上的潮流增大,一些馈线上的潮流减小;下文通过分析DG接入位置的不同,容量的不同对传统保护造成的影响,并讨论相应的解决方案。我国的配电系统一般采用电流速断和电流限时速断作为主保护,过电流保护作为后备保护。电流速断保护作用如下:如图1所示,当AB段发生故障时,希望R1动作,当BC段发生故障时,希望R2动作。但是当AB段的末端发生短路或BC段首端发生短路时,流过保护R1的故障电流几乎相等。为了解决这个矛盾,通常保护的整定值按躲开下一条线路出口处短路的条件整定,这样使得电流保护无法保护线路的全长,一般为该线路的85%。图1 配电网网络简图当电网中加装分布式电

9、源后,其具体网络图如图2。图2 加入DG后配电网络简图设电源的电压为段,阻抗Z的电压为U,DG1、DG2、DG3的电压分别为U1、U2、U3;线路的阻抗分别为ZAB、ZBC、ZCD。(1)故障点发生在DG下游。当线路发生故障时,DG相当于一个助增电流源;对于速断保护,故障点附近的保护的短路电流值增大,保护正常动作;其他保护是否动作与DG的容量有关。对于限时电流保护,由于限时电流保护的动作时限一般为0.5s,如果该DG在0.5s内已经失稳,则其对限时电流保护无影响;反之其对限时电流速段将会产生一定的影响。单个DG投入:仅DG1投入时,当DG1下游短路时,如BC段短路,R1,R2流过的短路电流增大

10、,R2动作。但是如果DG1的容量过大,由于R1电流保护I段的整定值应为:Idz1=0.85U+U1ZAB=0.85UZAB+0.85U1ZAB=Idz1+0.85U1ZAB(1)U10.176U,当BC的首端发生短路时,由于DG1的助增电流作用,R1的保护范围相当于扩大到BC段,这时将产生误动;仅DG2投入时:若DG2下游短路时,分析如上;仅DG3投入时:若DG3下游短路时,分析情况亦如上。多个DG投入情况下,仅DG1和DG2投入:当DG2下游短路时,如CD段R1、R2、R3流过的短路电流加大;但若U10.176U,R1产生误动;同时,如U1ZAC+U2ZBC0.15U2ZAC;即U1+U2Z

11、ACZBC0.15U,R2产生误动。仅DG1和DG3投入:当DG3下游短路时,分析如上;仅DG2和DG3投入:DG3下游短路,分析情况亦如上。(2)故障点发生在DG上游。以DG2投入时为例:当AB段发生短路时,R1动作;如果DG2满足动态稳定条件,则对故障点注入反向电流。从经济角度来看,当R1切除故障后,如果DG2所带的负荷太大,导致无法稳定,从而由自身的保护动作,脱离系统,这样网络结构就不需改变。但是当DG2容量较大,且所带负荷不大,这时可以考虑加装R1和功率方向元件,当R1动作后,R1也动作,这样DG2就同故障隔离,与部分负荷形成孤岛运行。综上所述,可以看出:(1)当短路发生在所加装的分布

12、式电源下游时:小容量的DG,保护仅流过其他保护同时误动,大容量的DG,固定点附近的保护动作,其他保护误动作。(2)当短路发生在所加装分布式电源上游时,保护可能流过反向电流,从而引起误动。网络的拓扑结构是否需要发生改变应从经济的角度考虑:小容量DG不需改变,大容量DG且所带负荷较小时应当改变。研究与探讨2009年,第2期-|-2.2 分布式发电对距离保护的影响传统的三段电流保护在DG接入后将由单电源变为多电源,保护的整定和配置都要做出很大的变动。而距离保护是一种通过整定阻抗动作的保护,可以很大程度上克服电流保护的缺陷3。保护测量元件的输入是该处的母线电压和流经该线路上的电流,各母线处的母线相电压

13、和流经该线路的电流之比为该处保护的测量阻抗Zm。在正常情况下,保护测量元件的测量阻抗为负荷阻抗。短路时,测量阻抗的大小与短路点到保护安装处的距离成正比,短路点到保护安装处的距离越大,测量阻抗越大,反之越小4。设距离保护的整定阻抗为Zset。如果保护的测量阻抗为短路阻抗Zk,且ZkIAB,则Z=ZAB+IBCIABZBf2 ZAB+ZBf2=ZdzR1,即当分布式电源接入系统后,发生故障时保护 段的测量值将会大于原来分布式电源未接入系统的测量阻抗。由上面的分析可以看出分布式电源对距离保护的 段一般不会产生,但是对于距离保护的 段将会产生一定的影响。2.3 分布式电源对重合闸的影响电力系统发生的故

14、障大多数都是瞬时性故障,重合闸的应用对提高系统供电可靠性,减少电网维护工作量有着相当重要的作用。在辐射式配电网结构下,重合闸在迅速恢复瞬时性故障线路供电时,不会对配电系统产生任何冲击和破坏。但当分布式电源接入配电线路后,如果线路因故障跳闸,分布式电源在重合闸动作时没有跳离线路,这将产生潜在的威胁5。目前,在电力系统中,自动重合闸与继电保护配合方式有两种,即自动重合闸前加速保护动作和自动重合闸后加速保护动作。2.3.1 前加速方式“前加速”的优点是,能快速切除瞬时性故障,使暂时性故障来不及发展成为永久性故障,而且使用的设备少,不需要所有的保护都装设自动重合闸,因此在配电网中得到了广泛应用。其缺点

15、是重合于永久性故障时,再次切除故障的时间会延长。在某些情况下,当线路断路器断开后,分布式研究与探讨-电源与系统电源的电势角会摆开,有可能失去同步。这时,后合闸一侧的断路器在进行重合闸时,应考虑采用什么方式进行自动重合闸的问题。分布式电源在此与系统并列则是借助同期装置来实现的。在电力系统中有两种同期方法:自同期和准同期6。(1)自同期合闸。由于分布式电源的容量较小,自同期合闸对某些类型的DG与系统并列有一定的实用性。采用小型水轮机的参数,从分布式电源的位置、大小等因素分析分布式电源自同期合闸的可行性。随着DG接入点到节点距离的增加,电流百分比逐渐减小。随着分布式电源容量的增加,机组次暂态相近时,

16、电流百分比也逐渐降低。接入距离越远,电流百分比越小,即冲击电流越小。所以对接入距离越远的分布式电源,特别是在线路末端接入系统的分布式电源,自同期合闸具有一定的优越性。对于次暂态电抗相近的分布式电源,接入系统同一点时,容量较大的分布式电源电流百分比较小,因此采用自同步合闸越安全。此外,由于分布式电源种类繁多,机组次暂态电抗数值并不都完全接近,所以不可盲目采用容量较大电流百分比较小的规律。容量和次暂态电抗对冲击电流大小都有重要影响。(2)准同期合闸。检查同期重合闸的特点是,当线路较短,且两侧断路器跳开后,先让系统一侧的断路器合上,DG侧断路器在重合前,应进行同步条件的检查,只有在断路器两侧电源满足

17、同步条件时,才进行重合。这种重合闸方式不会产生很大的冲击电流,合闸后系统也能很快拉入同步。通常都需要在每侧都装设低电压继电器和检查同步的继电器。对于逆变并网的DG,例如在光伏并网系统中,并网逆变器是核心部分。逆变器的控制目标为,控制逆变电路输出的交流电流为稳定的、高品质的正弦波,且与电网电压同频、同相,通常选择并网逆变器的输出电流作为被控制量。通过这样不断地比较调节,保证输入侧电流始终跟踪给定电流,系统可以很好地实现准同期合闸,从而实现分布式电源向电网供电。2.3.2 后加速方式自动重合闸后加速保护动作方式简称“后加速”。采用这种方式时,DG不需要退出运行,但是每条线路均需配备完善的保护(如距

18、离保护的第、段等)和自动重合闸装置。例如,在线路上发生故障时,保护均按有选择性的方式跳闸。若重合于永久性故障,则加速保护动作,瞬时切除故障7。“后加速”的优点是第一次跳闸有选择性,不会扩大事故。其主要缺点是第一次切除故障可能会带时限。同时采用这种方式会使系统保护结构变的复杂,同时投入较大,若从经济性方面考虑有待研究。3 结 论本文介绍了分布式发电技术的新进展及其对传统电力系统继电保护的影响。总的来看,随着电力系统分布式发电作为一种新型的清洁能源发电形式,为电力系统提供了灵活的供电支持,对改善电力系统稳定性、提高电能质量有积极的意义,因此受到越来越广泛的关注。但在我国,分布式发电技术的研究尚处于

19、起步阶段,因此,如何缩短差距、开展课题研发是值得每一位电力科技工作者认真思考的。参考文献:1 梁 宜.21世纪电力前沿技术的现状及发展 J.水利电力科技,2002,28(4):1-8.2 梁有伟,胡志坚.分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述 J.电网技术,2003,27(12):74-75,88.3 王 敏,丁 明.含布式电源的配电系统规划J.电力系统自动化学报,2004,16(6):5-8,23.4 李 蓓,李兴源.分布式发电及其对配电网的影响J.国际电力,2005,9(3):45-49.5 王 建,李兴源,邱晓燕.含分布式发电装置的电力系统研究综述J.电力系统动化,2005,29(24):90-97.6 肖 静,汤建红,李颖慧,等.浅论分布式发电技术及其对配电系统继电保护的影响J.山东电力技术,2007,19(1):23-24.7 谢 昊,卢继平.重合闸在分布式发电条件下的应用分析J.重庆大学学报,2007,14(2):30-31.研究与探讨