毕业设计_含dg配网智能电流保护研究(编辑修改稿)

毕业设计_含dg配网智能电流保护研究(编辑修改稿)内容摘要：

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，有些分散独立运行。 基本上以满足当地电力需求为主，大部分属于分布式发电。 另外许多地区人口分散，电力消费水平低，可以用微水电解决电力供应，微水电也是典型的分布式发电。 小水电和微水电供电可节省大电网供电的远距离输电线路投资，减少电力损耗，提高能源利用效率，对电力消费总量很低的偏远山区而言，不失为一种经济合理的供电方式。 我国小水电资源极其丰富，可开发量约 1． 3亿千瓦，居世界首位。 到 2020年底，小水电装机达到 3104万千瓦，向边远地区提供了大量廉价的电力。 2020年启动的“小水电代燃料 工程，将进一步推动我国小水电的发展。 国家计委于 2020年启动的“送电下乡”工程，也是利用可再生能源发电来解决西藏、青海、四川、新疆等西部省 (区 )边远地区的生活用电问题。 第一章 绪论 3 2020 年 8 月国务院审议通过了《可再生能源中长期发展规划》，规划中指出要充分利用水电、沼气、太阳能热利用和地热能等技术成熟、经济性好的可再生能源，加快推进风力发电、生物质发电、太阳能发电的产业化发展，逐步提高优质清洁可再生能源在能源 结构中的比例，力争到 2020 年使可再生能源消费量达到能源消费总量的 10%，到 2020 年达到 15%。 可以预见，在未来 10 年甚至更长的时间，以风电、生物质能发电、太阳能发电为代表的分布式电源技术将迎来前所未有的快速发展阶段。 风力发电已经发展成为除水力发电之外最可靠和清洁的发电方式。 它不消耗物质资源；不污染环境；建设周期短；而且安装一台便可投产一台，装机规模灵活，为筹集资金带来便利；运行简单，可完全做到无人值守；实际占地少，机组与监控、变电等建筑仅占风场约 1％的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用；对土地的 要求低，在山丘、海边、荒漠等地形条件下均可建设。 一般作为分布式电源的风力发电机组都是微型或小型的。 在小型风电机组的生产和应用方面，我国进步很快，以 15万台拥有量居世界首位。 分布式电源的接入，这些具有间隙特征、刚性特征的新能源对电力系统的安全、稳定运行带来了极大的隐患，它们使传统的单电源辐射状配电网变为多源网络，也即改变了传统配电网络的拓扑结构和潮流方向等，使得原有的电流保护在 DG配网上不能很好地适应，分析电流保护由于环境和条件的变化对选择性、可靠性和灵敏性带来的影响，可以为提高系 统故障保护在故障时的应变能力和新能源的在电力系统动态稳定时的能力打下良好的基础，也为分布式发电技术的发展打开更为广阔的空间。 分布式电源技术的国内外研究现状 对传统配电网三段式电流保护的影响研究 传统配电网主要为单电源放射状链式结构，这种结构的网络有许多的优点，比如接线可靠，整定容易，扩容也简单等。 当分布式电源接入后，将会改变原有配电网络的拓扑结构和潮流方向，使配电网的运行变得复杂多变，使得原有的阶段式电流保护的整定配合变得十分困难，甚至无法按照规程要求进行整定，也就无法起到应有的保护作 用。 文献【 7】【 18】【 19】【 20】针对分布式电源从配电网上的接入位置等因素，分析了分布式电源对配电网短路电流分布和速断电流保护的影响。 可以看出，分布式电源的接入位置和容量等对短路电流的分布和大小有明显的影响。 文献【 8】中 Barkeretal对各种类型分布式电源的故障电流注入能力进行了研究，最大的故障电流注入能力可以达到 1000%。 如下表所示： 表 11 不同类型 DG的故障电流注入能力 DG类型 故障电流注入能力 换流器 100%~400%.持续时间取决于控制装置 同步电机 500%~1000%.逐渐衰减到 200%~400% 感应电机 500%~1000%.在 10个周波内衰减至可忽略 第一章 绪论 4 而文献【 9】则主要从保护配合性方面对分布式电源的接入容量进行了分析考虑和限制。 首先它推倒单个分布式电源的接入容量要求，继而又推广到多个分布式电源接入时保护对其容量的约束并对多个分布式电源的容量范围进行了理论探讨。 文献【 10】则从动态仿真的角度分析了 DG的接入对配电网短路电流的影响。 DG 的配电网保护的对策研究 分布式电源接入配电网后，国内外很多的专家学者对此做了大量的分析 工作，对现有配电网电流保护提出改进措施或运用其他原理提出一些新思路、新方案。 针对分布式电源所在线路的上游或相邻馈线发生故障，保护装置流过反向故障电流可能发生误动的情况，文献【 11】提出将某些线路的保护装置改为方向性电流保护，哪些线路需要加装方向性电流保护则需要取决于流过其保护装置的反向故障电流幅值。 文献【 12】提出一种考虑配电网保护动作和分布式电源短路电流衰减特性影响的 DG准入容量的分析方法。 分析了在满足保护可靠性前提下的 DG准入容量的问题。 得出：在不改变配电网原有保护配置的情况下， DG的准入容量很小。 对此 ，它提出了一种仅仅少量改动原有配电网保护就能有效提高 DG准入容量的方法。 文献【 23】针对分布式电源的准入容量问题，提出计及短路电流约束的准入容量计算原理和模型。 而文献【 24】则针对如何在保护现有保护的协调性的前提下接入最大容量的分布式电源问题，建立了乐观和保守估计条件下的准入容量数学模型，介绍了至少准入容量的计算方法。 文献【 13】提出一种基于广域保护原理的保护方案。 它通过测量故障电流来判断识别故障发生的线路段。 论文的主要工作 分布式电源接入配电网后，会对传统配电网电流保护产生影响。 本文通过对这些不利 影响的分析，根据得出的结论，提出适合于含有 DG配网的智能电流保护方案。 主要工作有以下几个方面： 第一章 对分布式发电做简单的介绍，并简要阐述了当前配电网说使用的保护的基本原理、整定原则和各自特点等。 第二章 建立一个典型的 10kV配电网模型，以此为基础，从接入分布式电源的位置、数量和故障点位置等方面分析其对传统配电网电流保护的影响，并定性分析了分布式电源准入容量的问题，考虑了在保护不发生误动、拒动等约束情况下的分布式电源注入容量的范围。 第三章 针对上述 DG对配网的影响分析结果，提出适合于含 DG配网的智能电流保护方案。 主要是通过对 部分线路加装方向性判别元件和断路器，通过设备采集各线路段的信息，综合分析相邻线路的故障信息来判断故障点位置并实现切除故障段。 最后通过 matlab仿真进行验证。 第四章 主要是对本文工作进行总结和展望。 第二章 分布式发电技术与配电网继电保护介绍 5 第二章 分布式发电技术与配电网继电保护介绍 分布式发电的定义及特点 DG指的是为了满足一些特殊用户的需求、支持已有的配电网的经济运行而设计和安装在用户处或其附近的小型发电机组，或坐落在用户附近使得负荷的供电可靠性及电能质量都得到增强、又或者由于就地应用热电联产使得效率得到提高的发电形式。 ]14[ 与远离负荷中心依靠远距离输配的传统电源相比， DG具有如下特点： ]15[ 1）节能环保，污染小。 由于 DG大量采用可再生能源和清洁能源（如风力发电、太阳能发电和生物能源发电等），因而相对火力发电更加环保。 2）提高电网的可靠性。 由于 DG装置与大电网的接入和断开具有相对自主性，当大电网发生故障时，可通过启动断开装置使 DG与电网断开，由 DG独立为用户供电。 3）投资少，安装和运 营具有更高的灵活性。 由于容量及体积均较小，因此易于找到合适的安装地点，可以方便地为边远地区供电。 同时，分布式电源多采用性能先进的中小型、微型机组，操作简单，负荷调节灵活。 分布式电源的种类 （ PV） 太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。 光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、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基本上没有影响。 光伏发电容量可任意组合，最适合分散使用。 因为光伏 发电成本高，大型集中式光伏发电站的经济性比较差，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，由若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。 但是此种分布发电技术的成本非常高 , 所以现阶段太阳能发电技术还需要进行技术改进 , 以降低成本而适合于广泛应用。 （ wind power） ]22[ 风力发电技术是将风能转化为电能的 发电技术。 风力发电作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等方面的优势 , 是未来能源电力发展的一个趋势。 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。 恒速恒频风力发电系统一般使用同步式或者笼式异步式作为发电机，通过定桨距失速控制的风轮机使发电机的转速保持在恒定的数值继而保证发电机端输出电压的频率和幅值的恒定，其运行范围比较窄。 变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度范第二章 分布式发电技术与配电网继电保护介绍 6 围内按照最佳的效率运行，这是当前风力发电发展的一个趋势。 变速系统主 要分同步发电机系统和异步发电机系统。 其中同步发电机系统包括永磁同步发电机系统电励磁同步发电机系统：异步发电机系统主要是绕线异步发电机系统。 永磁同步发电机是利用永久磁铁取代转子励磁磁场，其结构比较简单、牢同。 永磁同步发电机变速恒频风，发电系统是通过控制一套整流逆变装置．将发电机输出的变频变压交流电转换为满足电网要求的恒频恒压交流电。 但风力发电技术要具备与传统发电技术相当的竞争力 , 还存在着一些问题有待解决。 小水电通常是指小水电站及与其相配套的小电网的统称。 小水电的开发方式 , 可分 为引水式、堤坝式、混合式和抽水蓄能式 4 种。 （ fuel cells） ]17[ 燃料电池的工作原理是电水解的逆过程 , 即通过氢和氧的化合物释放出电能 , 其排放物是水蒸气。 燃料电池可按电解质的性质分为许多类 : 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则被认为最值得推荐用于电力系统的发电。 燃料电池具有以下特点 :(1)效率高且不受负荷变化的影响。 (2)清洁无污染、噪音低。 (3) 安装周期短、安装位置灵活 ,可省去配电系统的建设。 （ microturbine） 微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机。 但是微型燃气轮机与现有的其它发电技术相比 ,效率较低。 满负荷运行的效率只有 30%,而在半负荷时 ,其效率更是只有 10% 15%,所以目前多采用家庭热电联供的办法 利用设备废弃的热能，提高其效率。 目前国外已进入示范阶段 ,其关键技术主要是高速轴承、高温材料、部件加工等。 分布式电源的准入容量的定义 准入容量又称为穿透功率，英语表达为 Peration Level。 准入容量是指 DG 接入电网后能够保证系统安全、稳定、经济、可靠地运行的 DG 容量限制。 电网的准入容量和很多运行参数有关，短路电流、稳定性、可靠性等。 把所有的参数考虑在内计算准入容量是一个非常复杂的问题，而且结果也不一定具有普遍性，现有的准入容量计算方法主要是从单方面或某几个方面考虑 DG 的容量限制。 配电网继电保护 ]16[ 基本原理 要完成电力系统继电保护的基本任务，首先必须“区分”电力系统的正常，不正常工作第二章 分布式发电技术与配电网继电保护介绍 7 和故障三种运行状态，“甄别”出发生故障和出现异常的元件。 要进行“区分甄别”就必须找到在这三种状态下的可测参量，依据不同的可测参量构成不同原理的继电保护。 目前已经发现的不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值； 元件的电压和电流的比值即“测量阻抗”等。 目前使用较多的保护方式有：利用流过保护器件中电流幅值的增大，可以构成过电流保护；利用短路时电压幅值的降低，可以构成低电压保护；利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变化，可以构成距离（低阻抗）保护；利用每个电力元件在内部与外部短路时两侧电流相量的差别可以构成电流差动保护；利用两侧功率方向的差别可以构成方向比较式纵联保护；反应于电动机绕组温度的升高而构成的过热保护等。 保护装置构成 一般的保护装置由测量比较元件、逻辑判断单元和执行输出元件三部分组成，如图 所示。 图 21 继电保护装置的组成方框图 基本要求 动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即可靠性（安全性和信赖性）、选择性、速动性和灵敏性。 可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。 所谓安全性，是 要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，既不发生误动作。 所谓信赖性，是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不发生拒绝动作。 继电保护的选择性，是指保护装置动作时，在可能最小的区间里将故障从电力系统中断开，最大限度的保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。 继电保护的速动性，是指尽可能快的切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下。