【正文】 .......31 定時(shí)限過電流保護(hù) ......................................................................32 對(duì)現(xiàn)有饋線保護(hù)的改進(jìn)方案 ..............................................................32 本章小節(jié) ..............................................................................................33 結(jié)論 .....................................................................................................................34 參考 文獻(xiàn) .............................................................................................................35 致謝 .....................................................................................................................37 附錄 1 ..................................................................................................................38 附錄 2 ..................................................................................................................43 附錄 3 ..................................................................................................................48 附錄 4 ..................................................................................................................51 附錄 5 ..................................................................................................................56 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 社會(huì)的發(fā)展離不開能源，能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的 物質(zhì)基礎(chǔ)。然而在人們物質(zhì)生活和精神生活水平不斷提高的同時(shí)，一次性資源卻日益枯竭，環(huán)境也不斷惡化。 新能源和可再生能源的含義是指除常規(guī)能源和大型水力發(fā)電之外的風(fēng)能、太陽能、小水電、潮汐能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿饶茉促Y源。經(jīng)粗略計(jì)算，在現(xiàn)有科技水平下，中國(guó)太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能和水能等一年可以獲得的資源量大約相當(dāng)于 46億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，為 2021年全國(guó)一次能源總消耗量 。目前新能源和可再生能源主要以非商品能源的形式為廣大農(nóng)村地區(qū)提供能源供應(yīng)，但隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展新能源和可再生能源也正穩(wěn)步的向商品化能源的方向轉(zhuǎn)變。雖然全世界 90％的電力負(fù)荷都由這種集中單一的大電網(wǎng)供電，但是當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量與安全可靠性要求越來越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。所以根據(jù)西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)：大電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合是節(jié)省投燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 資，降低能耗，提高系統(tǒng) 安全性和靈活性的主要方法 [2]。 DG主要包括燃料電池、風(fēng)力發(fā)電、小型水力發(fā)電站、太陽能電池陣列以及生物發(fā)電等多種形式。這些電源由電力部門、電力 用戶或第三方所有，以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求：調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電、再生能源的利用、節(jié)省輸變電投資、降低網(wǎng)損、提高供電可靠性等等。于是，直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置便成為一種替代方案。分布式 電源可以在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害情況下，維持對(duì)重要用戶的供電。 (4)許多利用再生能源的發(fā)電裝置，如太陽能電池陣列、微型水電等只能分散地接入當(dāng)?shù)嘏潆娤到y(tǒng)?；诨茉吹姆植际桨l(fā)電技術(shù)主要由以下三種技術(shù)構(gòu)成：往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)、燃料電池技術(shù)?；旌戏植际桨l(fā)電技術(shù)通常是指兩種或多種分布式發(fā)電技術(shù)及蓄能裝置組合起來，形成復(fù)合式發(fā)電系統(tǒng)。其在生產(chǎn)電力的同時(shí)，也能提供熱能或同時(shí)滿足供熱、制冷等方面的需求。隨著對(duì)環(huán)境及能源使用效率的進(jìn)一步重視，分布式電源在我國(guó)廣泛的應(yīng)用是可以第 1章 緒論 3 預(yù)見的。已進(jìn)行的研究 表明，使用分布電源的效益與現(xiàn)場(chǎng)情況關(guān)系很大。 課題研究的目的和意義 分布式發(fā)電 (Distributed Generation，簡(jiǎn)稱 DG)是指區(qū)別于集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離傳輸、大互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)發(fā)電形式，其功率在幾十千瓦到幾十兆瓦范圍內(nèi)，分布在負(fù)荷附近的清潔環(huán)保的，經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的發(fā)電方式。 由于 DG 容量小，電壓低，一般直接通過變壓器在配網(wǎng)接入電力系統(tǒng)。原有的配電網(wǎng)保護(hù)和重合閘設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改變。 目前我國(guó)的中、低壓配電網(wǎng)主要采用變壓器中性點(diǎn)不接地 (或經(jīng)消弧線圈接地 )、單側(cè)電源、輻射型供電形式，而且地區(qū)之間的繼電保護(hù)及自動(dòng)化發(fā)展水平很不均衡，整體水平不高。 對(duì)于分布式發(fā)電的研究剛剛起步，尚沒有成熟的含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案，使得各種分布式電源普遍存在 “并網(wǎng)難 ”的問題，這無疑會(huì)制約分布式發(fā)電技術(shù)的推廣與發(fā)展。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 分布式發(fā)電技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在美國(guó)，容量 為 lkW到 10MW分布 式電源發(fā)電和儲(chǔ)能單元正在成為未來分布式供能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。預(yù)計(jì)幾年后，新一代的微汽輪機(jī) (10～ 250kW)可以完全商業(yè)化，為調(diào)峰和小公司余熱發(fā)電提供了新機(jī)會(huì)。h的電，幾乎是近 20年增量的 2倍。可以預(yù)料，在不久的將來，各種分布式發(fā)電技術(shù)將在美國(guó)得到相當(dāng)?shù)陌l(fā)展 [3]。這種發(fā)展所帶來的安全性問題不容忽視。而分布式發(fā)電技術(shù)則剛好可以彌補(bǔ) 集中式發(fā)電的這些局限性。h的電量，除自用外，還可送往北京地區(qū)，這種無污染綠色能源可以減輕當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境污染。因此，應(yīng)引起足夠的重視。 在分布式發(fā)電技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛、前景最為明朗的，應(yīng)該首推熱電冷三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，因?yàn)閷?duì)于中國(guó)大部分地 區(qū)的住宅、商業(yè)大樓、醫(yī)院、公用建筑、工廠來說，都存在供電和供暖或制冷需求，很多都配有備用發(fā)電設(shè)備，這些第 1章 緒論 5 都是熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的多目標(biāo)分布式供能系統(tǒng)的廣闊市場(chǎng)。在中國(guó)，目前工業(yè)領(lǐng)域的熱電聯(lián)產(chǎn)總裝機(jī)容量約 2021萬 kW，預(yù)計(jì)到 2021年可達(dá)到 5000萬kW，到 2020年可達(dá)到 1億 kW。我國(guó)小水電的容量范圍一般是 5萬千瓦以下的小型水電站。基本上以 滿足當(dāng)?shù)仉娏π枨鬄橹?，大部分屬于分布式發(fā)電。到 2021年底，小水電裝機(jī)達(dá)到 3104萬千瓦，向邊遠(yuǎn)地區(qū)提供了大量廉價(jià)的電力。 光伏發(fā)電容量可任意組合，最適合分散使用。屋頂光伏發(fā)電替代的電力成本是電網(wǎng)供電的零售電價(jià)，這是最可能使光伏發(fā)電 的經(jīng)濟(jì)性接近常規(guī)能源供電的應(yīng)用領(lǐng)域。目前中國(guó)的光伏發(fā)電主要還在遠(yuǎn)離大電網(wǎng)的偏僻地區(qū)作為分散電源應(yīng)用，最近建成了一些城市并網(wǎng)光伏發(fā)電的示范項(xiàng)目，城市建筑光伏發(fā)電的應(yīng)用市場(chǎng)也會(huì)逐步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到 2020年，中國(guó)無電地區(qū)分散電源、商業(yè)用途分散電源和城市并網(wǎng)型光伏發(fā)電的總量可達(dá)到 100萬 kW[4]。 美國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)開發(fā)剛剛起步。美國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量在過去的 5年中平均增長(zhǎng)率達(dá)到 28％，兩位數(shù)的平均增長(zhǎng)既體現(xiàn)了較強(qiáng)的市場(chǎng)需求，同時(shí)也面臨許多挑戰(zhàn)。 含 DG 配電網(wǎng)保護(hù)的研究現(xiàn)狀 分布式電源接入配電網(wǎng)后勢(shì)必會(huì)改變配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向，使原來簡(jiǎn)單的單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)變成復(fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)。 分布式電源的容量、類型及接入點(diǎn)的差異給配電網(wǎng)中的短路電流的分布帶來不同的影響，所以定性地分析不同情況下分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)及配電網(wǎng)自動(dòng)裝 置的影響為以后提出更好的繼電保護(hù)解決方案奠定了基礎(chǔ)，新的保護(hù)方案的提出更可以給分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供了更廣闊的發(fā)展空間。文獻(xiàn)[6]對(duì)接入分布式電源的配電網(wǎng)的穩(wěn)定性、對(duì)繼電保護(hù)的影響以及電能質(zhì)量等方面進(jìn)行了分析介紹；文獻(xiàn) [7][8]具體的分析了分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的一系列的影響；文獻(xiàn) [9]提出在原保護(hù)方案的基礎(chǔ)上加裝方向元件和修改定值；文獻(xiàn) [10]提出將故障限流器接入配電網(wǎng)，在 檢測(cè)到故障電流后，通過快速改變故障線路的阻抗參數(shù)，有效降低故障電流，很好的保證了保護(hù)的選擇性和靈敏性。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)有的保護(hù)現(xiàn)狀，提出了幾種適用于含有DG 配電網(wǎng)的保護(hù)方案。 介紹 目前 較為熱門的四種分布式電源技術(shù)， 及 各種分布式能源的發(fā)第 1章 緒論 7 電原理 、 各自的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合。 針對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)保護(hù)方案加以改進(jìn)，主要是加裝方向元件和修改定值。一般認(rèn)為，分布式電源指的是直接布置在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施，經(jīng) 濟(jì)、高效、可靠地發(fā)電，以滿足特定用戶的需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 分布式電源的分類 在不同的研究領(lǐng)域 DG 有不同的分類方式。根據(jù) DG 通常所使用的技術(shù)可分為：柴 (汽 )油機(jī)組發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電和燃料電池等。 若 DG 與電力系統(tǒng)相連，則可以根據(jù) DG 并網(wǎng)技術(shù)的類型分類，即直接與系統(tǒng)相聯(lián) (機(jī)電式 )和通過逆變器 與系統(tǒng)相聯(lián)兩大類。 在 DG 的實(shí)際應(yīng)用中，考慮到 DG 大小對(duì)其在電辦系統(tǒng)中，應(yīng)．用有直接影響，因此按其大小分為小型 (≤100kW）中型 (100kW～ l MW）大型 (≥1 MW)三類 [11]。對(duì)于使用燃料的分布式發(fā)電技術(shù)，燃料電池和微型燃?xì)廨啓C(jī)是目前大家比較關(guān)注的焦點(diǎn)。 燃料電池 燃料電池發(fā)電不同于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，其燃料不經(jīng)過燃燒，而是在催化劑的作用下直接將燃料與空氣或氧氣之類的氧化劑相結(jié)合，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在生成水的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電，因而其實(shí)質(zhì)是化學(xué)能發(fā)電。燃料可以是氫氣、碳?xì)浠衔?、天然氣、甲?甚至汽油等，盡管燃料電池在發(fā)電時(shí)有熱損失，但在室溫下它的轉(zhuǎn)化效率仍能達(dá)到 84％。不同的是，一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，電池容量因此受到限制；而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。 燃料電池可按電解質(zhì)的性質(zhì)可分為：聚合電解質(zhì)膜電池 (PEM)、堿性燃料電池 (AFC)、 磷酸型燃料電池 (PAFC)、固體電解質(zhì)燃料電池 (SOFC)和熔融碳酸鹽燃料電池 (MCFC)，其中磷酸型燃料電池最接近商業(yè)化，新一代的熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池則被認(rèn)為最值得推薦用于電力系統(tǒng)的發(fā)電方式。隨著燃料電池技術(shù)不斷成熟，其在各個(gè)領(lǐng)域的作用會(huì)越來越明顯，發(fā)展?jié)摿κ志薮?[12]。微型燃?xì)廨啓C(jī)的特燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、發(fā)電效率高、污染小、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。微型燃?xì)廨啓C(jī)排放的CO 和 NOx 的體積百分含量都小于 9 610 。 其原理 [12]很簡(jiǎn)單，如 21 圖所示 。和光伏電池一樣，它的輸出功率由風(fēng)能決定。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的原理是：天然風(fēng)吹轉(zhuǎn)葉片 (形如風(fēng)輪 )，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪機(jī)多采用水平軸、三葉片結(jié)構(gòu)。功率調(diào)節(jié)是風(fēng)輪機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前投入運(yùn)行的機(jī)組主要有兩類功率調(diào)節(jié)方式：一類是定漿距失速控制；另一類是變漿距控制。目前，兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組普遍采用繞線式異步發(fā)電機(jī)的變速恒頻風(fēng)力系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)適合于調(diào)速范圍不寬的風(fēng)力發(fā)電第 2章 分布式電源技術(shù) 11 系統(tǒng)，尤其是大、中容量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立運(yùn)行是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池儲(chǔ)能，再供應(yīng)用戶使用。并網(wǎng)運(yùn)行是在風(fēng)力資源豐富地區(qū)，按一定排列方式安裝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，成為風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，發(fā)出的電 能全部經(jīng) 變壓器 （應(yīng)是逆變器吧？） 送至電網(wǎng)， 如圖 22所示。 風(fēng) 輪 發(fā) 電 機(jī)尾 舵電纜支架充 電 控 制 器蓄 電 池 組逆 變 器 圖 22 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 太陽能光伏電池 太陽能作為清潔無污染的新能