分布式电源对配电网电流保护的影响分析

论文总字数：18423字

目 录

摘要 3

Abstract 4

1引言 5

2 理论分析 7

2.1 分布式电源接入配电网的方式 7

2.2 三段式电流保护 8

2.2.1 无时限电流速断保护 8

2.2.2 限时电流速断保护 9

2.2.3 定时限过电流保护 10

2.3 DG接入配电网不同位置时，三段式电流保护发生误动和拒动的可能性 10

2.3.1 DG接入点在故障点的上游 11

2.3.2 DG接入点在故障点的下游 12

2.4 不同容量DG接入配电网时，三段式电流保护发生误动和拒动的可能性 12

2.4.1 DG接入点在故障点的上游 12

2.4.2 DG接入点在故障点的上游 12

3 MATLAB仿真 13

3.1 模型的搭建 13

3.2 参数设置 13

3.3 整定计算 17

3.3.1 23km线路整定计算 17

3.3.2 55km线路R1端整定计算 17

3.3.3 55km线路R2端整定计算 17

3.4 仿真 18

3.4.1 测试三段保护 18

3.4.2 DG接入后对配电网电流保护的影响 20

4 结论 28

参考文献 29

致谢 30

附件 31

分布式电源对配电网电流保护的影响分析

刁科文

，China

Abstract:the distributed generation (DG)featured with clean,efficient and flexible,which is the important supplement to large-scale power generation and will become address issues of climate changes and key measures to promote energy conservationin China.Distributed generation access to distribution network, so that the original single power distribution network radiation structure has changed, so as to affect the protection of the selectivity, sensitivity, reliability.Distributed generation has been an inevitable development trend.In this paper, we discuss the way of distributed generation access to distribution network,Use the method of theoretical analysis and MATLAB simulation.distributed generation access to radial distribution network, which results to the possibility of tripping and misoperation of three stage current protection.The results show that the distributed generation supply has a certain influence on the current protection.

Key words:DG;Distribution network;MATLAB

1.引言

分布式电源的加入对电力生产和供电成本的减少、使资源得到合理的利用、使传输耗损得到降低有利，还可以使多种形式的能源得到充足的分配利用，使得经济上的效益得到较高的提升，对社会的发展有很大帮助。和集中式大电网相比，分布式电源可以有效配置在负荷区，对大规模电力系统有着有效的支撑和有力补充^[1]。

分布式能源是世界能源供应方式发展的重要方向之一。美国、德国、日本、欧盟等国已将发展分布式能源作为实现能源安全、节能和能源经济发展的重要策略^[2]。19世纪30年代末，法国科学家Becqurel发现了光伏效应现象。20世纪50年代中期，实用的单晶硅太阳电池通过美国科学家恰宾和皮尔松的努力初次的制成了，实用光伏发电技术随之诞生了^[3]。20世纪70年代之后，全世界的目光开始投向了可再生能源。

目前，欧洲风电的开拓已经由陆上转向了海上，集中发展、高电压远距离输送是未来风电开发的主导模式^[4]。1978年1月，美国建成了200KW的风力发电机，足够供给60户住民的用电；而1979年的前半年，美国建成了世界上最大的发电用风车，可以供给北卡罗来纳州七个县1%-2%的用电需求。欧美等国度大多以中低层独立住宅为主，很是适宜光伏发电的发展，所以，相应的技术在欧美等国家可以得到更好更快的发展，截止到2006年，世界上已经建成了10多座MW级的光伏发电系统。就天然气而言，美国的产量为全球第一，天然气消费占了一次能源消费的25%，天然气多联供发展较快^[4]。美国、西欧现在大型电源以及大型能源的设施基本已经不再建造，转而使用对用户终端系统有着很大依赖性的分布式能源系统，通过能源的一层一层地利用、资源集中利用等的技术手段，使得能源利用效率连续提高，排放持续减少，能源构造不断的优化^[5]。

就项目实施而言，美国计划当2020年时，最新造就的用来办公或以此来商业用途的建筑有50%以上实现了分布式能源系统的使用，同时现有建设的1.5%完成分布式能源站的改建^[6]。2005年，德国共计有2938个分布式能源的项目，装机容量达到了2100万kW，发电量占12.6%的全国总发电量，占14%的供热量，当局期望在新政策的推动下，到2020年分布式能源的发电量能够达到25%的全国总发电量^[7]。日本分布式能源的发展已经有30多年，根据日本天然气应用中心调查表明，直到2010年的3月底日本国内分布式能源项目达到了9440MW的总装机容量，占了3.4%的全国发电装机总容量^[8]。

截止至二十一世纪一十年代末期分布式电源相较于其他国家来说发展更快速的国家分布式电源装机规模如下图１：

图1 2010年低国内外分布式电源现况柱状图

从总体上来看，我国分布式电源的发展并不是很落后于其他国家。我国是一个高速发展的国家，有很多的工业发展都非常活跃，而电力的供应也必然会成为发展工业的基础。高质量、低污染的供电是确保工业发展迅速的基础，也正是因为这样，我国对电力行业十分重视，尤其是清洁能源的开发，国家电网还发表了绿色发展的白皮书。分布式电源主要包括太阳能发电、风力发电、水力发电、燃料电池等，这些能源的优点主要在于是清洁的可再生能源。

最近这些年来，虽然我国在分布式能源的研究发展上取得了长足的进步，但总体来说，仍然处于起步的阶段。1998年长江特大洪水以及东南亚海啸的期间，大规模的停电发生在很多电网，这使得我们领会到，仅仅靠大电网的供电并不能满足供电的可靠性，分布式电源的接入，才能更好地避免一些灾难后果，而且，分布式电源的接入能够使得我国的经济效益得到了提高。虽然我国的分布式电源研究起步较晚，但是发展的速度非常快。2005年，国华东台风电项目在第三批风电特许权招标中一举获得200MW的特别允许开发的权力，成为了我国第一个单体规模最大的风电项目。直到2009年底，国家电网公司的经营范围内接入35KV及以下配电网的分布式电源达到4593.4万千瓦的总装机容量，达到1422亿千瓦时的总发电量^[9]。直到2012年中期，我国已经并网运行的分布式电源一共达到15600个，拥有34360MW的装机总容量，1033亿kW/h的总发电量，其中分布式水电2376万千瓦，居世界第一^[10]。截止到2012年尾，国家电网营运的地区中有1045户的光伏完成了并网，达到了723.7MW的装机总容量，拥有2亿kW的累计发电量，占74.86%的自发自用电量^[11]。

当前，我国国内已建以及在建的分布式电源项目仍不到30个，建成项目中装机容量还不到2000MW。典型的项目包括了上海虹桥CBD能源中心、北京燃气中国石油科技创新基地能源中心项目（发电量13312kW）、华电集团湖北武汉创意天地分布式能源站项目（发电量19160kW）、北京燃气大楼分布式能源中心等。我国一直对节能工作非常重视，而分布式能源是节能重点发展的领域。2010年后，国家越发重视了分布式能源的加快发展，一系列相关的政策被推出来以鼓励民众，进一步推动了分布式能源的研究高速发展。2006年《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将分布式供能技术与氢能、核能等一起作为四项能源领域前沿的技术^[12]。2012年，国网公司陆续发布了一系列的意见和规定，将承诺进一步扩大到了所有种类的分布式电源^[13]。2014年1月28日，国家电网发布了《国家电网公司分布式电源并网服务管理规则（修订版）》。同年中期，推出了《关于做好分布式能源并网服务工作的意见》（修订版），在之前的基础上，进一步扩大了分布式电源的适用范围。随后12月31日，国家发改委发布了《国家发改委关于规范天然气发电上网电价管理有关问题的通知》，鼓励了天然气分布式能源与电力用户直接签定交易合同，自主协调确定电量和价钱。截止至2013年的3月末，已受理4581次与分布式电源的并网有关的咨询类业务，受理了260项并网的申请^[14]，由此可见，支持分布式电源发展的工作已经取得了很好的开始，我们应该对此抱有很大的期待。

总体上说来，我国分布式电源的发展方兴日盛，仍然处于起步的阶段，目前制约分布式能源发展的主要因素包括技术经济的因素：主要的设备仍然没有国产化，成本比较高，整体降低了分布式能源的经济性；市场的因素：分布式能源作为新的能源服务形式之一，发展的时间比较短，市场方面的认可亟待提高；等方面。

分布式电源和传统的同步发电机电源不同，它具有很多发电的形式、控制方式、并网接口的方式等等，这导致了分布式电源短路电流输出的复杂性^[15-18]。通过不断地理论验证，我们发现不同功率的分布式电源、接入的不同地方都会对短路电流产生一定的影响^[19]。本文目标是使用理论分析和MATLAB仿真的方法，分析辐射状配电网中接入分布式电源时，短路电流的变化和三段式电流保护误动和拒动的可能性。

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