【正文】 電流速斷保護按照躲開線路末端故障產生的最大三相短路電流的方。 電流速斷、限時電流速斷和過電流保護都是反應于電流升高而動作的保護方式。 由此可見，配電網接入分布式電源后，原有的電流保護將不能正確地反應于故障，需要對原有原理進行改進，或者采用其它原理的保護 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 30 第 4 章 改進后的配網保護方案 配電網現(xiàn)有保護配置的介紹 目前我國中、低壓配電網主要是單側電源輻射型供電網絡，其電流、功率的方向是恒定 的，因此繼電保護的配置也是基于單端電源系統(tǒng)設計的。 本章定性地分析了分布式電源的容量、類型及不同接入點等情 況下，線路上不同區(qū)域發(fā)生故障時，分布式電源對饋線各處保護的影響．本章還建立了一個含分布式電源的 lOkV 配電網典型模型，針對分布式電源不同接入點的情況下，饋線不同位置發(fā)生故障時，不同注入容量的分布式電源對饋線各處保護的影響進行仿真驗證，證明了理論分析的正確性。而保護 4流過的故障電流的增大，有可能會使保護 4的保護范圍延伸到下一段線路，與保護 5失去配合，無法保證選擇性。 圖 313 DG位于 AB段末端 F3點故障時流過保護 4的 故障 電流 圖 314 DG位于 AB段末端 F3點故障時流過保護 1的 故障 電流 如圖 31 314所示， 當相鄰饋線上的 F3發(fā)生故障時，故障點的電流增大，因為 DG會提供故障電流通過保護 1流向故障點。此時分布式電源有分流作用，使保護靈敏度減小，或者說保護范圍減小。分布式電源在保護上方離保護越近，助增作用越大，保護范圍也越大。 ① 當分布式電源在保護 2上游，即 DG在 AB上時 第 3章 分布式電源對配電網保護的影響 27 圖 311 DG位于 AB段末端 F2點故障時流過保護 2的 故障 電流 如圖 311所示 F2點故障時 ， 流過保護 2的短路電流 2I 逐漸增大，大于無分布式電源時流過的故障電流 2I ，此時分布式電源具有助增作用。當分布式電源越是靠近保護 2，提供的逆向故障電流越大，保護有可能失去方向性而動作。即當分布式電源越靠近故障點，分布式電源對故障電流的影響越大。 圖 37 DG位于 AB段 首端 F2點故障時的短路電流 圖 38 DG位于 AB段 末 端 F2點故障時的短路電流 由圖 3 38所示仿真結果表明，在分布式電源容量一定、故障位置不變時，改變分布式電源接入位置，饋線中短路電流的分布將發(fā)生較大的變化。 2．分布式電源位置變化對配電網的影響 給定分布式電源的容量為 5MVA，將分布式電源接入配電網的位置從搭建的系統(tǒng)模型中從饋線 AB的首端向末端移動，選取模型中己設好的 F2點故障位置，計算配電網中的短路電流。隨著容量的增加，分布式電源的助增能力越大，伸入下一段保護的范圍越大，繼電保護的選擇性將得不到滿足。 仿真數(shù)據(jù)還表明，當分布式電源的容量為 5MVA時，在 F2發(fā)生三相短路故障時，流過保護 3的短路電流達到 2039A，而保護 3的電流速斷保護整定值為 2024A，在此情況下，本段線路的電流速斷保護將動作。在 F2點發(fā)生故障時，分布式電源注入故障點的電流 DGI 逐漸增大，流過保護 3的故障電流逐漸增大，但是流經保護 l、保護 2的 故障電流 1I 、 2I 卻是逐漸減小的。如表 36所示，在 Fl點故障時，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點的電流 DGI逐漸增大，流過保護 2的逆向短路電流增大。 C點接入 DG后，在 Fl、 F2點發(fā)生三相短路時的電流幅值如下表 36所示。首先研究分布式電源容量對配電網保護的影響，下面本文采用同樣的網絡參數(shù)，在確定分布式電源的位置之后，改變分布式電源容量的大小來進行短路 試驗。 表 35 配電網限時電流速斷保護整定值及靈敏度 保護 限時電流速斷保護整定值 (A) 保護范圍末端故障電流 (A) 靈敏度 1 4370 5509 2 2226 2867 3 1087 1461 4 2021 2866 1043 由以上的分析看出：無 DG的情況下，算例模型進行的保護配置滿足了對保護選擇性和靈敏性的要求。另外，為了能夠保護線路的全長，限時電流速斷保護必須在系統(tǒng)最小運行方式下線路末端發(fā)生兩相短路時具有足夠第 3章 分布式電源對配電網保護的影響 23 的反應能力靈敏度。由于電流保護保護范圍隨系統(tǒng)運行方式的變化而變化，一般按系統(tǒng)最小運行方式下兩相短路來校驗保護范圍，可以得出各處保護電流速斷保護整定值及保護范圍，如表 34所示。 表 33 系統(tǒng)最大運行方式下各段線路末端發(fā)生三相短路故障時的故障電流 線路 故障電流（ ? ） 線路 故障電流（ ? ） AB 6362 DE 823 BC 3311 AF 3310 CD 1687 FG 1820 根據(jù)表 42得出的故障電流按照電流保護整定公式進行 各保護的電流速斷保護整定 (可靠系數(shù) 39。對于三相 短路故障，可以完全用正序參數(shù)進行計算分析。 第 3章 分布式電源對配電網保護的影響 21 仿真系統(tǒng)模型 圖 36 MATLAB 搭建的含分布式電源的配電網模型圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 仿真驗證 本節(jié)擬通過仿真軟件 MATLAB對分布式電源對配電網的影響進行仿真驗證，其中選取最惡劣的短路條件，即系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路的情況進行仿真驗證。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 1984年由 Little、Moler、 Steve Bangert合作成立了的 MathWorks公司。因此本文采用恒阻抗模型代替負荷 : LDZ =30+? ，相當于單條饋線上所帶負荷約為 4MVA。饋線 2由兩段線路組成， AF為 4公里的架空線路， FG為 6公里 的電纜線路。饋線 2的 AB、 BC段為 2公里的架空線路， CD、 DE為電纜線路，分別為 7公里和 14公里。對于架空線路，一般裝設三段式電流保護和前加速自動重合閘裝置。 (2)線路參數(shù) 包括架空線路和電纜線路。 ，即 ??? ?? ?? m axsm ins。系統(tǒng)基準容量 BS 為 500 MVA，基準電壓 BU 為 10． 5kV，模型如圖 35所示，參數(shù)如下： 第 3章 分布式電源對配電網保護的影響 19 ADCBF 3F 1 F 2f e e d 11 2 34 5f e e d 2系 統(tǒng)D GF GE圖 35 含分布式電源的配電網模型圖 (1)系統(tǒng)電源參數(shù) 系統(tǒng)側電壓選取 10kV配電網的額定電壓 kV，即 SE =∠ ?0 kV 系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式的系統(tǒng)阻抗值為： ??? ???? m axsm ins。而相鄰饋線故障有可能會引起分布式電源所在饋線出口保護和重合閘裝置的誤動作 [17]。但 DG接入后，如果分布式電源向 F3提供的故障電流過大，有可能引起本饋線保護 1的誤動作，由于保護 1處裝設有前加速自動重合閘裝置，所以也會引起保護 1自動重合閘裝置的誤動作。如果這時分布式電源處的保護沒有在重合之前檢測到故障并將 DG從電網上斷開的話，將導致保護 1前加速裝置重合不成功，有可能導致永久性故障，擴大停電范圍。在斷路器跳閘后，必須有充分的時間使故障點的電弧熄滅才能保證重合閘成功。如圖 33所示，兩條饋線均采用前加速自動重合閘裝置，分別裝設在保護 4處。而保護 4流過的故障電流的增大，有可能會使保護 4的保護范圍延伸到下一段線路，與保護 5失去配合，無法保證選擇性。 3．分布式電源對相鄰饋線保護的影響 當相鄰饋線上的 F3發(fā)生故障時，故障點的電流增大，因為 DG會提供故障電流通過保護 1流向故障點。系統(tǒng)故障電流 SI? 、流過保護的故障電流 1I? 、 2I? 、 3I? ，故障點的故障電流 FI? 之間具有下第 3章 分布式電源對配電網保護的影響 17 面關系 ： FI? = SI? + DGI? = 1I? + DGI? （ 35） FI? =2I?= 3I? （ 36） SI? ≠2I? （ 37） SI? ≠3I? （ 38） 其中： DGI? 為 DG提供的故障電流。所以，不能單獨地采用電流保護，必須采用方向性的電流保護才能滿足選擇性的要求。 當 F4點故障時， DG的存在使故障點故障電流 FI? 增大，流過保護 1的故障電流 1I? 為分布式電源向故障點提供的故障電流，而且功率方向從負荷側流向系統(tǒng)側。在這種情況下，雖然保護 1的短路電流與無 DG時的變化不大，方向也沒有改 變，對保護 1影響不大。 ADCBF 3F 1 F 2F 4f e e d 11 2 34 5f e e d 2系 統(tǒng)D G 圖 32 分布式電源相對于保護不同位置時對繼電保護的影響分析圖 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 當無分布式電源接入時， 如上圖所示，故障發(fā)生在饋線 2上時，有以下關系成立 ： SI? = 1I? =2I?= 3I? = FI? （ 31） 其中： SI? ——系統(tǒng)故障電流； 1I? ——流過保護 1的電流； 2I?——流過保護 2的電流； 3I? ——流過保護 3的電流； FI? ——流過故障點的電流。下面針對分布式電源位于保護的上游位置、下游位置，在不同點發(fā)生故障進行考慮，配網圖見圖 32。分布式電源對配電網繼電保護的影響可從多個方面來考慮。與不接分布式電源相比，在同一點發(fā)生故障，流過分布式電源下游保護的短路電流增大，在不改變保護定值的情況下，這將使下游保護的保護范圍增大；隨著容量的增加，分布式電源的助增能力越大，伸入下一段保護的范圍越大，繼電保護的選擇性將得不到滿足 [16]。將該表中最大的故障電流注入數(shù)據(jù)用于短路計算就可以確定最嚴重的故障情況。不同類型的分布式電源其電抗值是有差別的，它表征了該電源的故障電流注入能力。不同類型的分布式電源提供的短路電流不同。下面從分布式電源的容量、類型以及接入配電網的不同位置等方面對配網保護及自動裝置的影響進行分析。由于大多數(shù) DG不是電網公司所有，而且利用太陽能、風能等氣候性能源發(fā)電本身就具有功率不確定的特點，所以這些條件很難保證。這樣可以減小停電范圍，提高供電可靠性。 AP , Q ？ P , Q ？P , QP VC H PSP + ， QP ， + / Q 圖 31 分布式發(fā)電系統(tǒng) DG對配電系統(tǒng)的影響可能是積極的也可能是消極的，這主要取決于系統(tǒng)和 DG的運行特性．總的來說積極作用主要體現(xiàn)在改善系統(tǒng)運行方式，支持系統(tǒng)高效、可靠地 運行 [15]上，具體包括： 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 (1)分布式電源增加了電網的可用容量，具有削峰填谷、平衡負荷的功能； (2)分布式電源的大量出現(xiàn)減輕了不斷新建大型發(fā)電廠的需要，節(jié)省了建設電廠和輸變電設備的投資； (3)分布式發(fā)電使電能生產更靠近負荷，降低了電能傳輸中的網損； (4)分布式發(fā)電可以帶負荷孤島運行。以圖 31所示分布式發(fā)電條件下的配電系統(tǒng) (以下簡稱為分布式發(fā)電系統(tǒng) )為例，熱電聯(lián)產裝置 (CHP)向系統(tǒng)輸送有功功率，同時它有可能發(fā)出或吸收無功功率，這取決于裝置中勵磁調節(jié)器的參數(shù)設置：風力發(fā)電機組發(fā)出有功， 同時很可能吸收無功，這主要是由于機組中的異步感應電機在運行時需要吸收一定的無功；光伏電池陣列 (PV)可以看作是一個恒壓源，它還可以以某個設定的功率因數(shù)發(fā)送有功和無功功率，但同時