论文总字数：17103字

目 录

1引言 1

　　1.1 课题研究背景及目的 1

　　1.2 DG简介 2

　　　　1.2.1 DG的概念 2

　　　　1.2.2 DG的分类 2

　　　　1.2.3 DG接入方式 2

　　1.3 DG接入后的影响 3

　　　　1.3.1 配电网 3

　　　　1.3.2 对继电保护的影响 3

　　　　1.3.3 国内外研究现状 4

　　1.4 本文的主要工作 4

2 DG的接入对配电网反时限过电流保护的影响 4

　　2.1 反时限过电流保护的工作原理 4

　　2.2 配电网DG接入时对反时限过电流保护的影响 5

　　　　2.2.1 只有一个DG接入配电网 5

2.2.2 两个DG接入配电网 8

3 算例分析 9

　　3.1 只有一个DG接入配电网 11

　　3.2 两个DG接入配电网 16

4 结论与展望 24

　　4.1 结论 24

　　4.2 展望 24

参考文献 24

致谢 26

DG接入对配电网反时限过电流保护的影响分析

马飞旺

, China

Abstract：With the development of distributed power supply (DG), its capacity and permeability are getting higher and higher, laying a security risk for the stable operation of the original distribution network. Therefore, this paper briefly introduces the basic structure, characteristics and access methods of DG, establishes the 10kV distribution network model, analyzes the influence of DG on the short circuit current under various access conditions, and deduces the protection short circuit current and (1) the failure occurs in the DG adjacent lines, the protection of the possibility of malfunction is not large; (2) the occurrence of the action, the simulation of the short circuit current and protection action time limit changes, the following conclusions: DG upstream protection action time is extended, the downstream action time is shortened, the protection of the possibility of malfunction is greater.

Key Words: Inverse time overcurrent protection; Distributed power supply (DG); Operating time limit; Distribution network

1 引言

1.1 课题研究背景及目的

我们有幸生活在一个安定的国家，但这个世界却并不和平。近年来，中东地区一直战乱不断，其中一个原因是那里有着十分丰富的石油资源，这让一些大国对其趋之若鹜。由此可见，能源对人类社会的发展十分重要。化石能源的生成是一个极其漫长的过程，由于人类无节制的大量开采，剩余的化石能源储量已经岌岌可危，到了供不应求的地步。目前全球大约有超过25%的人口，他们的能源需求是得不到满足的。在我们国家，已经探明的能源储量按照现有的对能源的消耗速度也最多仅够使用50年了。因此，为了赢得未来的博弈，一些大国已经着手于自己国家的石油储备，降低本国发展对于传统化石能源的依赖性。从环境方面来考虑，化石燃料的使用将会产生大量的温室气体，如CO₂、SO₂等，这些气体不仅会造成温室效应，使冰川融化，导致海平面上升，还会引发酸雨，严重影响人类及其他生物的生存环境。传统化石能源的短缺和环境的日益恶化制约着人类文明的发展，人类也将面临前所未有的挑战。 ^{[1, 2]}。

相比于化石能源，可再生能源拥有资源丰富、清洁无污染或污染较小的优点，所以为了缓解上述问题，人类将希望寄托在了取之不尽用之不竭的可再生能源上，期望在可再生能源的领域内寻找到现有的能源结构的方案，来实现长远的发展。同时，经济的发展离不开电能的支撑，电力的供需矛盾将会出现的更加频繁。DG技术不仅充分提高了我们对可再生清洁能源的利用率，减轻了化石燃料对环境的污染，还降低了我们在输配电线路建设方面的投资，减少了电能在输送过程中的损耗，缓解了“电荒”。因此，DG技术必将在未来的电力发展中占有一席之地。

DG作为一种高效的、环保的、灵活的新型发电技术，使得它在世界范围内得到了迅速应用和发展。根据美国电科院的统计数据显示，截至2015年，全世界四分之一的能源是由小于2兆瓦的DG设备提供，且与DG有关的电能产量占了全球市场的五分之一的份额。近些年，石油的价格不断地上升和全球的气候不断地变化，使得对于可再生能源的开发与利用，日渐得到国际社会的重视，有许多的国家也纷纷出台政策和法规促进本国可再生能源技术的发展。例如，德国、丹麦、法国、西班牙等这些国都采取了对可再生能源发电量优惠的固定电价收购的政策，英国、澳大利亚、日本等这些国家选择对于可再生能源实行强制的市场配额政策，美国、印度等这些国家实行对可再生能源投资补贴和税收优惠等一系列的政策。到2005年的年底，全球的生物质发电总装机容量大约是5000万千瓦，总的风电装机容量已经超过了6000万千瓦，光伏电池总的产量为120万千瓦，地热发电总装机容量约900万千瓦。然而，在我国的DG的发展与起步相对于其他国家较晚，但是我国拥有大量的风能、太阳能、生物能等可再生能源，这就使得可再生能源在最近的这几年有了飞速的发展并取得了不错的成绩。

DG作为一种新兴的技术，虽然有着上述的诸多优点，但倘若贸然将其接入配电网运行，将给电力系统的安全稳定运行带来巨大挑战。传统的配电网在建设之初，由于DG技术还没有产生，所以当初的建设方案并没有考虑DG接入的情况。DG接入配电网之后，将改变原有的配电网结构，使单电源的网络变为多电源并联的网络，改变了原有线路的阻抗、电压等参数，从而改变了原有线路的潮流分布状态，使原有继电保护的最大短路电流发生变化，可能导致原有继电保护方案的误动或拒动，严重威胁着电网的安全。DG并网运行时未来电网发展的必然趋势，但重新铺设输电线路的代价太过昂贵，因此，研究DG接入配电网对继电保护的影响，并探讨出安全可行的保护方案是十分有必要的。

1.2 DG简介

1.2.1 DG的概念

DG，即distributed generation,中文翻译为“分布式电源”，是一种可以接入电网的独立电源，功率在10千瓦到30兆瓦之间不等。作为发展迅速的新型技术，其具有与环境兼容、原料丰富、利用可再生能源、形式多样、调峰等优点。另外DG对当地的环境带来的污染程度很小，能够节省对输变电线路建设的投资，提高电能的利用率，因此它成为了配电网中比较重要的并且是能够可利用的一股技术力量。配电网中它的接入使配电网的结构、分布等各个方面都产生了一定的变化，对与原有的配电网的运行也带来了很大的影响^[5-7]。

1.2.2 DG的分类

DG根据所使用的原材料，可以分成三类，分别是化石燃料类DG、可再生能源类DG和混合式DG。化石燃料类DG主要包括往复式电机、微型燃轮机和燃料电池三种技术。可再生能源类DG利用的主要是太阳能、风能潮汐能和地热能等清洁能源。混合式DG指的是由两种及两种以上的动力原料和蓄能装置组合形成的分布式发电系统。

1.2.3 DG接入方式

DG可以通过并联的方式接入电网，如图1.1（a）所示。DG也可以通过联络开关切换的方式接入电网，如图1.1（b）所示。

图1.1 DG接入电网的两种方式

DG并联接入电网时，DG和系统始终与负载保持相互连通的状态。在系统正常运行时，主要由电网为负荷提供电能，此时DG处于热备用的状态，当电网发生故障时，DG可以瞬时投入电网，为负荷供电，不会停电。而当DG发生故障时，电网能够瞬间弥补由于DG缺失产生的差值，所以也不会发生停电的情况。当DG接入配电网运行时，原有的配电网将会从只有一个电源的放射式网络转变为多电源的网络。由于这种方式更加具有可靠性和经济性，在未来的电网建设中DG将会被广泛运用。

DG通过联络开关的切换并入电网时，在任意时刻，DG和系统有且仅有一个与负载相连。当系统电源发生故障时，需要通过联络开关的动作来切除系统电源，同时将DG并入电源；而当DG发生故障时，只要再次通过切换联络开关，就能切除DG，使系统电源提供电能，这样负载便能持续运作。在这种运行方式下，DG仅在需要时工作，且需要较少的控制回路，运行简单，对设备的要求不高。相对于并联方式下，DG需时刻处于运行的状态，其运行成本更低，但对需承担的负载要求较高，否则将会严重影响电网运行的安全可靠性。

1.3 DG接入后的影响

1.3.1 配电网

发电厂产生的电能通过电压等级较高的输送线路到达负荷侧，再通过电压等级较低的线路传输到用户处，所以配电网指的就是在电能传输过程中起分配作用的线路^{[8, 9]}。

参照不同的因素，配电网有不同的分类方法。根据不同的电压等级，配电网可分为高压配电网(35kV一110kV)、中压配电网(10kV)、低压配电网(380V/220V)。根据不同的分布区域，配电网又可以分为城镇配电网、农村配电网。配电网的一次接线根据对可靠性的不同要求可以分为放射式接线、干线式接线、链式接线、环式接线和两厢供电网络。

1.3.2 对继电保护的影响

当电力系统中仅接入一个DG或者接入一些容量较小的DG时，它们对系统的影响甚微。但是当多个DG或者一些容量相对较大的DG接入系统，发生故障时，它们对短路电流影响的总和足以改变整个系统的短路水平，导致原有继电保护装置不能适应当前的故障，严重威胁着电网安全可靠的运行。继电保护装置中最重要最基础的元件是熔断器，它的属性决定了该保护的特征和性能^[10-12]。

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