毕业设计（论文）分布式电源对配电网保护影响的研究.doc

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1、本科毕业设计论文分布式电源对配电网保护影响的研究王博燕 山 大 学2021年 6月本科毕业设计论文分布式电源对配电网保护影响的研究学院系：电气工程学院 专业 班级：07级电力1班 学生 姓名：王博 学 号：070103030154 指导 教师：荣雅君 辩论 日期：2011年6月24日 燕山大学毕业设计论文任务书学院：电气工程学院 系级教学单位：电力工程系 学号070103030154学生姓名王博专 业班 级07级电力1班题目题目名称分布式电源对配电网保护影响的研究题目性质1.理工类：工程设计 ；工程技术实验研究型 ；理论研究型 ；计算机软件型 ；综合型 2.文管理类 ；3.外语类 ；4.艺术类

2、 题目类型1.毕业设计 2.论文 题目来源科研课题 生产实际 自选题目 主要内容通过查找资料，依据分布式电源与配电网继电保护的根本原理，建立分布式电源接入配电网的模型，研究分布式电源对配电网保护的影响。通过MATLAB对该模型进行设计和仿真验证。1、 了解分布式电源的研究开展现状及趋势。2、 了解分布式电源的接入对配电网的影响。3、 掌握配电网保护的根本原理。4、 设计合理的分布式电源接入配电网模型，并分析故障对配电网保护的影响。5、采用MATLAB仿真。基本要求1、 遵守毕业设计期间的纪律，按时辩论。2、 独立完成设计任务，培养根本的科研能力。3、 完成相关的仿真，并反映在论文中。4、 完成

3、A0图纸一张和不少于两万字的毕业设计论文一份。参考资料1、 分布式发电技术2、 电力系统继电保护原理3、 电能质量分析4、 MATLAB程序设计与应用周 次第 1 4周第 5 8周第9 12周第1316周第1718周应完成的内容查阅资料，学习分布式发电技术及电力系统继电保护原理学习MATLAB程序设计与应用，并设计总体方案设计合理的分布式电源接入配电网模型，并按继电保护原理进行分析MATLAB仿真程序调试撰写论文准备辩论指导教师：荣雅君职称：教授 2010年12月20日系级教学单位审批： 年 月 日摘要分布式发电作为一种新兴的发电技术，以其高效、环保的特点在近几年获得了飞速的开展。然而，分布式

4、电源(Distributed Generation，DG)接入配电网以后，原来简单的单电源辐射网络变为了复杂的多电源网络，导致原有配电网馈线保护出现灵敏度降低、拒动、误动等问题，由此给配电网的运行和控制带来多方面的影响，因此研究分布式电源的引入对配电网保护所带来的影响及提出相应的对策是十分必要的，对于分布式电源的开展和推广有着重要的意义。本文简单介绍了研究课题的背景、开展现状和研究目标，并从DG的容量、类型、位置等因素出发，对配电网馈线保护可能产生的影响进行了定性分析，通过MATLAB仿真软件实现了对建立模型的仿真，验证了定性分析的结果。此外，针对现有的配网保护提出了改良方案，主要是加装方向元

5、件、修改定值或采用纵联差动保护等。关键词分布式电源；配电网；继电保护；馈线自动化；MATLAB仿真；整定原那么AbstractThe Distributed Generation technology is predicted to play an increasing role in power system of the near future in the light of its character of high efficiency, environmentalHowever, with the interconnection of distributed generation (

6、DG)，the distribution system has developed from the traditional simple single-source radial-network to complicated multi-source loop-network，bringing traditional feeder protection new problems in distribution network,such as sensitivity decrease，misoperation and malfunction，which deeply affects syste

7、m operating and controllingTherefore it is necessary to analyze the influence of the DG to the distribution network protection and propose its countermeasures，which is very useful to the development and practicality，for the distributed generation technologyThis paper explains the background，the rese

8、arch progresses and research aims，discusses that different capacity type and location of the DG source have different impacts on the current flowing through the feeder protection in distribution networkAlso,the MATLAB simulation of the model confirms that the results of qualitative analysis are true

9、In addition, improvement schemes are proposed in tlle light of the existing distribution protection，mainly including installing the direction element，modifying the setting value and using the longitudinal differential protectionKeywords distributed generation(DG)，distribution network, relay protecti

10、on, feeder automation，MATLAB simulation ,setting principles 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的和意义31.3 国内外研究现状4分布式发电技术国内外研究现状4 含DG配电网保护的研究现状61.4 论文的主要工作6第2章 分布式电源技术8分布式发电的概念8分布式电源的分类8燃料电池9微型燃气轮机9风力发电技术10太阳能光伏电池11本章小节12第3章 分布式电源对配电网保护的影响133.1 引言13分布式电源的类型及容量对配电网保护的影响14分布式电源的不同接入点对配电网保护的影响15分布

11、式电源对配网自动装置的影响17算例分析18模型参数的选择183.2.2 MATLAB仿真软件介绍20仿真系统模型21仿真验证22本章小节29第4章 改良后的配网保护方案30配电网现有保护配置的介绍30电流速断保护30限时电流速断保护31定时限过电流保护32对现有馈线保护的改良方案32本章小节33结论34参考文献35致谢37附录138附录243附录348附录451附录556第1章 绪论1.1 课题背景社会的开展离不开能源，能源是人类社会存在与开展的物质根底。过去的200多年中，建立在煤炭、石油、天然气等化工燃料根底上的能源体系极大地推动了人类社会的开展。然而在人们物质生活和精神生活水平不断提高的

12、同时，一次性资源却日益枯竭，环境也不断恶化。为此人类必须寻找新的、清洁、平安、可靠的可持续开展能源。新能源和可再生能源的含义是指除常规能源和大型水力发电之外的风能、太阳能、小水电、潮汐能、生物质能、地热能等能源资源。中国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用。经粗略计算，在现有科技水平下，中国太阳能、风能、生物质能和水能等一年可以获得的资源量大约相当于46亿吨标准煤，为2000年全国一次能源总消耗量12.8亿吨标准煤的3.59倍。但目前小水电资源只开发了约33；太阳能的开发利用量还不到可开发量的0.1；风能资源的开发利用量相当于可开发资源量的0.09；现代生物质能开发量只有33l万吨标准煤，

13、仅相当于可开发资源量的0.6；地热能和海洋能的已开发利用量，相对于资源量来说，就更微缺乏道。目前新能源和可再生能源主要以非商品能源的形式为广阔农村地区提供能源供给，但随着社会、经济的开展新能源和可再生能源也正稳步的向商品化能源的方向转变。现在全世界供电系统是以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式单一供电系统。虽然全世界90的电力负荷都由这种集中单一的大电网供电，但是当今社会对能源与电力供给的质量与平安可靠性要求越来越高，大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。由于大电网中任何一点的故障所产生的扰动都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，这样的事

14、故在国外时有发生；而且这种大电网又极易受到战争或恐怖势力的破坏，严重时将危害国家的平安，如科索沃战争和刚刚结束的海湾战争等；另外集中式大电网还不能跟踪电力负荷的变化，而为了短暂的峰荷建造发电厂其花费是巨大的，经济效益也非常低。所以根据西方国家的经验：大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资，降低能耗，提高系统平安性和灵活性的主要方法2。当代的分布式电源是指分布在配电网中的功率为10kW30MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源，它具有调峰、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益。DG主要包括燃料电池、风力发电、小型水力发电站、太阳能电池阵列以及生物发电等多种形式。分布

15、式发电能源可再生、无污染等一系列优点已引起广泛关注。这些电源由电力部门、电力用户或第三方所有，以满足电力系统和用户特定的要求：调峰、为遥远用户或商业区和居民区供电、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等等。分布式电源的出现还出于以下考虑：(1)由于城市的开展和公众对架空线路可能产生的电磁影响的忧虑，开辟新的线路走廊越来越困难。于是，直接安置在用户近旁的分布式发电装置便成为一种替代方案。(2)由于大电网面对不可抗拒的自然或意外灾害表现出的脆弱性，加上对于日益加剧的恐怖活动的担忧，为了躲开“多米诺骨牌式的电网连锁灾难，为了保证电源的平安可靠性，而将电源分散。分布式电源可以在电网

16、崩溃和意外灾害情况下，维持对重要用户的供电。(3)对遥远分散用户，分布式电源与现有配电网增容的方案相比可能要更为经济。(4)许多利用再生能源的发电装置，如太阳能电池阵列、微型水电等只能分散地接入当地配电系统。根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。基于化石能源的分布式发电技术主要由以下三种技术构成：往复式发动机技术、微型燃气轮机技术、燃料电池技术。基于可再生能源的分布式发电技术主要由以下几种技术构成：太阳能光伏发电技术、风力发电技术。混合分布式发电技术通常是指两种或多种分布式发电技术及蓄能装置组合起来，形成

17、复合式发电系统。目前一个重要的方向是热电冷三联产的多目标分布式供能系统，通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时，也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。分布式电源及其应用被认为是本世纪最受重视的高科技领域之一。随着对环境及能源使用效率的进一步重视，分布式电源在我国广泛的应用是可以预见的。目前对电源系统本身的研究已经引起了相当程度的重视，但对与电网有关的技术问题的研究却还非常薄弱。已进行的研究说明，使用分布电源的效益与现场情况关系很大。如果方案不周或选择的地点不当，分布电源会给电力系统和有关用户带来问题，轻那么电压闪动，重那么使重要设备故障或脱离电网，甚至危及人身平安。1.2 课题研

18、究的目的和意义分布式发电(Distributed Generation，简称DG)是指区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，其功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的清洁环保的，经济、高效、可靠的发电方式。它可以起到节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等经济效益。由于DG容量小，电压低，一般直接通过变压器在配网接入电力系统。DG的引入使得配电系统从单电源辐射式网络变为双端或多端有源网络。原有的配电网保护和重合闸设计结构必须进行相应的调整和改变。否那么，DG会使配电网的故障无法及时、准确地切除，影响配电系统稳定运行、对供配电设备和DG造成损坏。目前

19、我国的中、低压配电网主要采用变压器中性点不接地(或经消弧线圈接地)、单侧电源、辐射型供电形式，而且地区之间的继电保护及自动化开展水平很不均衡，整体水平不高。在这种形势下，分布式电源的并网运行将影响配电网络的结构以及配电网中短路电流的大小、流向及分布，由此给配电网的运行与控制带来多方面的影响。对于分布式发电的研究刚刚起步，尚没有成熟的含分布式电源的配电网保护方案，使得各种分布式电源普遍存在“并网难的问题，这无疑会制约分布式发电技术的推广与开展。因此，必须迸一步深入研究含分布式电源的配电网保护方案，使分布式发电技术给电网带来各种便利的同时，又不降低接入电网的平安性。1.3 国内外研究现状1.3.1

20、分布式发电技术国内外研究现状在美国，容量为lkW到10MW分布式电源发电和储能单元正在成为未来分布式供能系统的开展趋势。由于分布式电源的高可靠性、高质量、高效率以及灵活性，故可满足工业、商业、居住和交通应用的一系列要求。预计几年后，新一代的微汽轮机(10250kW)可以完全商业化，为调峰和小公司余热发电提供了新时机。预计到2021年，由于新的能源需求与老的电厂的退役，估计要增加1.71012kWh的电，几乎是近20年增量的2倍。为满足市场需要，下一个10年之后，美国的分布式发电市场装机容量估计每年将达56W，为解决这个巨大的缺口，美国能源部提出了以下几个涉及分布式发电技术的方案，包括燃料电池、

21、分布式发电涡轮技术、燃料电池和风力发电技术等。可以预料，在不久的将来，各种分布式发电技术将在美国得到相当的开展3。在我国，随着经济建设的飞速开展，我国集中式供电网的规模迅速膨胀。这种开展所带来的平安性问题不容无视。由于各地经济开展很不平衡，对于广阔经济欠兴旺的农村地区来说，特别是农牧地区和偏远山区，要形成一定规模的、强大的集中式供配电网需要巨额的投资和很长的时间周期，能源供给严重制约这些地区的经济开展。而分布式发电技术那么刚好可以弥补集中式发电的这些局限性。在我国西北部广阔农村地区风力资源十分丰富，像内蒙古已经形成了年发电量l亿kWh的电量，除自用外，还可送往北京地区，这种无污染绿色能源可以减

22、轻当地的环境污染。在可再生能源分布式发电系统中的除风力发电外，还有太阳能光伏电池、中小水电等都是解决我国偏远地区缺电的良好方法。因此，应引起足够的重视。在我国城镇，分布式发电技术作为集中供电技术不可缺少的重要补充，将成为未来能源领域的一个重要开展方向。在分布式发电技术中应用最为广泛、前景最为明朗的，应该首推热电冷三联产技术，因为对于中国大局部地区的住宅、商业大楼、医院、公用建筑、工厂来说，都存在供电和供暖或制冷需求，很多都配有备用发电设备，这些都是热电冷三联产的多目标分布式供能系统的广阔市场。天然气进京和“西气东输工程为开展小型热、电、冷联产开创了新的机遇。在中国，目前工业领域的热电联产总装机

23、容量约2000万kW，预计到2021年可到达5000万kW，到2021年可到达1亿kW。小水电通常是指小水电站及与其相配套的小电网的统称。我国小水电的容量范围一般是5万千瓦以下的小型水电站。小水电资源分布广泛，有些与大电网并联运行，有些分散运行。根本上以满足当地电力需求为主，大局部属于分布式发电。中国小水电资源极其丰富，可开发量约1.3亿kW，居世界首位。到2002年底，小水电装机到达3104万千瓦，向遥远地区提供了大量廉价的电力。2003年启动的“小水电代燃料工程将进一步推动中国小水电的开展3。光伏发电容量可任意组合，最适合分散使用。由于光伏发电本钱高，近期大型集中式光伏发电站的经济性比拟差

24、，主要用于人口分散地区的离网独立电源和城市与建筑物结合的并网发电，典型的就是屋顶光伏发电。屋顶光伏发电替代的电力本钱是电网供电的零售电价，这是最可能使光伏发电的经济性接近常规能源供电的应用领域。近年来，欧盟、美国和日本等国家的光伏发电开展很快，2000年以来，并网光伏发电的新增容量已经超过离网的分散光伏发电。目前中国的光伏发电主要还在远离大电网的偏僻地区作为分散电源应用，最近建成了一些城市并网光伏发电的示范工程，城市建筑光伏发电的应用市场也会逐步扩大。光伏发电小型分散的特点与分布式发电的特征一致。预计到2021年，中国无电地区分散电源、商业用途分散电源和城市并网型光伏发电的总量可到达100万k

25、W4。风力发电已经开展成为除水力发电之外最可靠和清洁的发电方式。美国风能产业开发刚刚起步。美国风电占美国电力供给的l以下，但根据美国风能协会估计，在稳定的政策支持下，可保持年均18的增长幅度，到2021年，风能至少可以提供6以上的全美电力需求量。美国风电装机容量在过去的5年中平均增长率到达28，两位数的平均增长既表达了较强的市场需求，同时也面临许多挑战。中国风能资源丰富，可开发的装机容量约2.53亿kW，截止到2003年底，全国风能资源丰富的14个省(自治区)已建成风电场40座，累计运行风力发电机组1042台，总容量达567.02MW(以完成整机吊装作为统计依据)5。 含DG配电网保护的研究现

26、状分布式电源接入配电网后势必会改变配电网络的拓扑结构和潮流方向，使原来简单的单电源辐射型网络变成复杂的多电源网络。现有的基于单端电源系统设计的配电系统保护和自动重合闸装置也必须做出相应的调整，否那么由于分布式电源的存在必定使保护出现拒动、误动等问题，影响保护的选择性和灵敏性，甚至对配电系统及设备的平安稳定运行造成破坏。分布式电源的容量、类型及接入点的差异给配电网中的短路电流的分布带来不同的影响，所以定性地分析不同情况下分布式电源对配电网继电保护及配电网自动装置的影响为以后提出更好的继电保护解决方案奠定了根底，新的保护方案的提出更可以给分布式发电技术的开展提供了更广阔的开展空间。由于目前分布式发

27、电己成为一个开展趋势，国内外对分布式电源的引入对配网保护的影响分析做了大量的工作，并提出了很多新的保护原理。文献6对接入分布式电源的配电网的稳定性、对继电保护的影响以及电能质量等方面进行了分析介绍；文献78具体的分析了分布式电源对配电网继电保护的一系列的影响；文献9提出在原保护方案的根底上加装方向元件和修改定值；文献10提出将故障限流器接入配电网，在检测到故障电流后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，有效降低故障电流，很好的保证了保护的选择性和灵敏性。1.4 论文的主要工作本文详细分析分布式电源对配电网继电保护和自动装置的影响，并进行了具体的仿真验证。同时，根据现有的保护现状，提出了几种适用于含

28、有DG配电网的保护方案。论文主要内容为1、概述分布式电源应用的意义和它的开展历程及现状，分布式发电技术的研究现状及课题的研究意义。2、介绍目前较为热门的四种分布式电源技术，及各种分布式能源的发电原理、各自的特点及应用场合。3、定性地分析当分布式电源的容量、类型及接入点不同时，分布式电源对馈线各处保护的影响，以及对前加速重合闸装置的影响，并利用MATLAB仿真软件搭建10kV系统模型对以上分析进行仿真验证。4、针对现有配网保护方案加以改良，主要是加装方向元件和修改定值。第2章 分布式电源技术分布式发电的概念目前，国际上对于分布式发电装置(Distributed Generation-DG)并没有

29、一个统一的标准化定义，但是根本的概念是一致的。一般认为，分布式电源指的是直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，经济、高效、可靠地发电，以满足特定用户的需要或支持现存配电网的经济运行。发电规模一般不大，大约在几千瓦至几十兆瓦。分布式电源的分类在不同的研究领域DG有不同的分类方式。一般可以根据DG的技术类型，所使用的一次能源及与电力系统的接口技术进行分类。根据DG通常所使用的技术可分为：柴(汽)油机组发电、水力发电、风力发电、光伏发电、燃气轮机组发电和燃料电池等。它们所使用的能源有化石燃料、可再生能源及电能储存元件。假设DG与电力系统相连，那么可以根据DG并网技术的类型分类，即直接与系统相联

30、(机电式)和通过逆变器与系统相联两大类。假设DG是旋转式发电机直接发出工频交流电那么属于第一类，像小型燃气轮机组发电、地热发电、水力发电等：而逆变器型DG通常指的是将直流电逆变上网的DG(如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种电能储存技术)和发出高频交流电的DG(如微透平机组)。在DG的实际应用中，考虑到DG大小对其在电办系统中，应用有直接影响，因此按其大小分为小型(100kW中型(100kWl MW大型(1 MW)三类11。目前，分布式电源研究的热点之一是可再生能源发电技术，其中水力发电、生物质能发电属于比拟成熟的技术，而风力发电、光伏发电、太阳热发电、地热及潮汐发电等都属于新兴的发电技术。对

31、于使用燃料的分布式发电技术，燃料电池和微型燃气轮机是目前大家比拟关注的焦点。下面将对目前比拟关注的几种分布式发电技术的工作原理和运行方式分别做介绍。燃料电池燃料电池发电不同于传统的火力发电，其燃料不经过燃烧，而是在催化剂的作用下直接将燃料与空气或氧气之类的氧化剂相结合，发生化学反响，在生成水的同时进行发电，因而其实质是化学能发电。燃料电池也不同于平时所说的干电池和蓄电池。燃料可以是氢气、碳氢化合物、天然气、甲醇甚至汽油等，尽管燃料电池在发电时有热损失，但在室温下它的转化效率仍能到达84。燃料电池是一种电化学装置，其组成与一般电池相同单体燃料电池是由正负两个电极以及电解质组成。不同的是，一般电池

32、的活性物质贮存在电池内部，电池容量因此受到限制；而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。当然，只有燃料电池本体还不能工作，必须有一套相应的辅助系统，包括反响剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及平安装置等。燃料电池可按电解质的性质可分为：聚合电解质膜电池(PEM)、碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、固体电解质燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，其中磷酸型燃料电池最接近商业化，新一代的熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池那么被认为最值得推荐用于电力系统的发电方式。作为21世纪的一种新型能源，燃料电池的先进性和实用性已经得到公认，

33、在加大对燃料电池的开发、研究与利用力度方面尽管还存在一些问题，比方电极材料、制造本钱、催化剂等问题，但是瑕不掩瑜，加快燃料电池开展必然是世界开展的总趋势。随着燃料电池技术不断成熟，其在各个领域的作用会越来越明显，开展潜力十分巨大12。微型燃气轮机微型燃气轮机是功率为几千瓦至几十千瓦，转速为96000 rmin，以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机，工作温度500，其发电效率可达30，实行热电联产，效率可提高到75。微型燃气轮机的特点是体积小、质量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。微型燃气轮机是目前最成熟、最有竞争力的分布式发电设备之一。微型燃气轮机排放的CO和NOx的体积百分含

34、量都小于9。微型燃气轮机发电单元运行时即可在本地监控，也可由中心监控站来管理；当出现故障时，由于重量轻，安装快，可以马上整机替换，然后把故障机组整体运往维修中心维修。其原理12很简单，如2-1图所示。图2-1 微型燃气轮机原理图2.2.3风力发电技术风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，也是一种清洁能源。和光伏电池一样，它的输出功率由风能决定。风力发电是目前新能源开发技术中最成熟、最具规模化商业开发前景的发电方式。风力发电技术的原理是：天然风吹转叶片(形如风轮)，带动发电机的转子旋转而发电。风力发电系统中最主要的组成局部是风机和发电机。风力发电机的风轮机多采用水平轴、三叶片结构。叶片的直径

35、随单机容量的增大而加长，目前世界上最大的旋转叶片的直径达66m，塔架高度达80m。功率调节是风轮机的关键技术之一，目前投入运行的机组主要有两类功率调节方式：一类是定浆距失速控制；另一类是变浆距控制。风力发电机系统按照发电机运行的方式来分，主要有恒速恒频风力发电机系统和变速恒频风力发电机系统两大类。目前，兆瓦级风力发电机组普遍采用绕线式异步发电机的变速恒频风力系统。这是一种比拟适宜的变速恒频方案，该结构定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器的功率仪仅是转差功率，双馈调速将转差功率回馈到发电机轴或者电网，这是各种传动系统中效率比拟高的。该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其

36、是大、中容量的风力发电系统。风力发电的运行方式可分为独立运行、并网运行、与其它发电方式互补运行等。独立运行是指风力发电机输出的电能经蓄电池储能，再供给用户使用。这种方式可供电网达不到的遥远农村、牧区、海岛等地区使用，一般单机容量数百到数千瓦。并网运行是在风力资源丰富地区，按一定排列方式安装风力发电机组，成为风力发电场，发出的电能全部经变压器应是逆变器吧？送至电网，如图2-2所示。这是目前风力发电的主要方式13。图2-2 风力发电系统结构图2.2.4太阳能光伏电池太阳能作为清洁无污染的新能源方式之一，具有广阔的开展前景，在我国太阳能发电主要以光伏发电为主。近年来我国太阳电池的生产能力得到了较大的

37、提高，据统计到2002年底我国的光伏系统累计容量达40MW，但是多晶硅太阳能电池还仅仅处于少量的试生产阶段。与国外相比我国的光伏生产和开发研究还有很大的差距，太阳能发电还处于小规模利用阶段。太阳能发电可分为太阳能光伏电池发电和太阳能热发电两大类。太阳能光伏电池发电是利用半导体材料的光伏效应直接将太阳能转换为电能，其主要设备是太阳能电池。白天发电的盈余倒送电网，晚间用户从电网取电。采用光伏电池发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、平安可靠、维护简单等优点。光伏电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响，系统的频率和电压对其根本上没有影响。光伏发电容量可任意组合，最适合分散使用。

38、因为光伏发电本钱高，大型集中式光伏发电站的经济性比拟差，所以光伏电池主要用于人口分散地区的离网独立发电和城市与建筑物相结合的并网发电，典型代表就是屋顶光伏发电。一般情况下，由假设干太阳能电池组件按串并联方式连接形成较大容量的方阵，称为太阳能光伏阵列。目前，太阳能光伏发电方面主要研究方向包括：晶硅转换速率的研究；薄膜太阳能电池和各种新型太阳能光电池的研究；太阳能电池阵列组成形式；变换器结构；光伏电站蓄电池的充放电策略的研究；并网研究；风光混合系统控制等等14。图2-3 光伏系统示意图2.3本章小节面对能源枯竭和环境污染等问题，人类对新型发电技术的研究和开发愈加重视。目前的分布式电源种类繁多，潜力

39、巨大。本章首先介绍了分布式电源的概念以及目前的应用情况，然后对各种分布式电源从所使用的一次能源、输出、并网技术、大小等方面进行分类。并详细介绍现在较为热门的四种分布式电源技术，主要包括燃料电池、微型燃气轮机、风力发电技术、太阳能光伏电池，分别介绍了各种分布式能源的发电原理，分析了它们各自的特点及应用场合。第3章 分布式电源对配电网保护的影响 引言对于配电系统，无论是辐射式还是环网结构，DG的接入都将极大地影响电网中的潮流和电压。在传统的供电方式中，功率从高电压等级传送到低电压等级，通过配电变压器分配到用户。配电系统的设计、运行及其保护控制都是基于这样的供电方式。当大量DG接入时，配电线路上的潮

40、流可能反向。配电系统不再是简单的电能配送工具，而是集发电、配电功能于一身，其电压、潮流分布不仅取决于负荷，而且取决于DG。以图3-1所示分布式发电条件下的配电系统(以下简称为分布式发电系统)为例，热电联产装置(CHP)向系统输送有功功率，同时它有可能发出或吸收无功功率，这取决于装置中励磁调节器的参数设置：风力发电机组发出有功，同时很可能吸收无功，这主要是由于机组中的异步感应电机在运行时需要吸收一定的无功；光伏电池阵列(PV)可以看作是一个恒压源，它还可以以某个设定的功率因数发送有功和无功功率，但同时容易产生较多的谐波。所以在这个配电系统中的潮流分布可以是任意方向的，这取决于负荷功率和DG的发电

41、功率。图3-1 分布式发电系统DG对配电系统的影响可能是积极的也可能是消极的，这主要取决于系统和DG的运行特性总的来说积极作用主要表达在改善系统运行方式，支持系统高效、可靠地运行15上，具体包括：(1)分布式电源增加了电网的可用容量，具有削峰填谷、平衡负荷的功能；(2)分布式电源的大量出现减轻了不断新建大型发电厂的需要，节省了建设电厂和输变电设备的投资；(3)分布式发电使电能生产更靠近负荷，降低了电能传输中的网损；(4)分布式发电可以带负荷孤岛运行。当系统故障时，分布式电源继续向局部负荷供电。这样可以减小停电范围，提高供电可靠性。然而，这些DG的积极作用在实际中并不能够轻松实现，它要求DG必须

42、具有很高的运行可靠性、可以接受调度，而且具有适宜的接入位置和容量，此外还需满足其他一些运行限制。由于大多数DG不是电网公司所有，而且利用太阳能、风能等气候性能源发电本身就具有功率不确定的特点，所以这些条件很难保证。事实上，由于一些条件常常得不到满足，DG的接入反而对配电系统造成诸多不利影响，尤其是对继电保护和自动控制装置。下面从分布式电源的容量、类型以及接入配电网的不同位置等方面对配网保护及自动装置的影响进行分析。分布式电源的类型及容量对配电网保护的影响分布式电源对配电网主要的影响是在发生故障时将对故障点提供故障电流。不同类型的分布式电源提供的短路电流不同。从研究继电保护的角度而言，分布式电源

43、模型可以用一个电源串联电抗的模型来表示，因此需要考虑的是，在故障发生时分布式电源能够提供多大的故障电流。不同类型的分布式电源其电抗值是有差异的，它表征了该电源的故障电流注入能力。文献7中作者分析了几种类型分布式电源的故障电流注入能力，如表3-1所示。将该表中最大的故障电流注入数据用于短路计算就可以确定最严重的故障情况。表3-1 不同类型的DG故障电流注入能力DG类型故障电流注入百分比换流器100400，持续时间取决于控制装置，某些换流器可能小于100同步电机5001000，逐渐衰减到200400感应电机5001000，过10个周波衰减至可忽略此外，在不改变分布式电源接入位置的情况下，随着分布式

44、电源容量的改变，发生短路故障时，配电网中的短路电流有着较大的改变。与不接分布式电源相比，在同一点发生故障，流过分布式电源下游保护的短路电流增大，在不改变保护定值的情况下，这将使下游保护的保护范围增大；随着容量的增加，分布式电源的助增能力越大，伸入下一段保护的范围越大，继电保护的选择性将得不到满足16。3.1.2分布式电源的不同接入点对配电网保护的影响分布式电源接入配电网中，会改变其附近节点的短路容量。分布式电源对配电网继电保护的影响可从多个方面来考虑。分布式电源相对于保护的位置不同，会有不同的影响效果。下面针对分布式电源位于保护的上游位置、下游位置，在不同点发生故障进行考虑，配网图见图3-2。

45、当DG位于B点时，保护1位于其上游，保护2，3位于其下游，保护4在相邻馈线始端。图3-2 分布式电源相对于保护不同位置时对继电保护的影响分析图当无分布式电源接入时，如上图所示，故障发生在馈线2上时，有以下关系成立： = 3-1其中：系统故障电流；流过保护1的电流；流过保护2的电流；流过保护3的电流；流过故障点的电流。1分布式电源对上游保护的影响当故障发生在DG上游的Fl点时，因为DG也要给故障点提供故障电流，所以，不仅使得故障点的故障电流，F增大，而且使得AB线路变成了双侧供电线路，但此时流过保护的短路电流，2仍为零。在这种情况下，虽然保护 1的短路电流与无DG时的变化不大，方向也没有改变，对保护1影响不大。但是上游AB线路只装设保护1就不能真正切除故障了，必须要在对侧装设断路器，将两侧断路器都跳开，才能切除故障。当F4点故障时，DG的存在使故障点故障电流增大，流过保护1的故障电流为分布式电源向故障点提供的故障电流，而且功率方向从负荷侧流向系统侧。在此种情况下，分布式电源对保护1有影响，会造成反方向故障的误动作。所以，不能单独地采用电流保护，必须采用方向性的电流保护才能满足选择性的要求。系统故障电流、流过保护的故障电流、故障点的故障电流之间具有下面的关系式成立： =+ 3-2 =