分布式電源接入對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響綜述_畢建樹

1、 畢建樹/山東威海港股份有限公司分布式電源接入對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響綜述隨著不可再生能源短缺,分布式發(fā)電受到越來越多的關(guān)注。分布式發(fā)電與現(xiàn)有電力系統(tǒng)的配合可有效提高系統(tǒng)的能源利用率,改善系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,因而近年來分布式發(fā)電得到了快速發(fā)展。但分布式電源接入配電網(wǎng)對其繼電保護(hù)產(chǎn)生了一定的影響。針對這一問題,綜述了國內(nèi)外主要的幾種含分布式電源的配網(wǎng)繼電保護(hù)措施及各自的優(yōu)缺點(diǎn),對進(jìn)一步改進(jìn)含分布式電源的配網(wǎng)保護(hù)措施有一定的意義。畢建樹技師1 課題研究背景及意義1.1 課題背景我們知道,煤、石油等化石能源是不可再生能源,地球上的化石燃料正在逐漸減少。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展,人類對化石燃料需求量

2、在不斷的增加,這一矛盾成為國內(nèi)外共同面臨的巨大難題和挑戰(zhàn)。于是,開發(fā)利用如風(fēng)能、太陽能及生物質(zhì)能等可再生能源成為了緩解能源緊張的重要途徑之一。在電力系統(tǒng)中,各種形式的可再生能源通過分布式發(fā)電接入電網(wǎng),因分布式發(fā)電具有占地少、建設(shè)周期短、接近負(fù)荷中心和環(huán)保性高等特點(diǎn)而得到了快速發(fā)展1。隨著分布式發(fā)電技術(shù)的深入研究和設(shè)備成本的逐漸降低,分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸增加。分布式電源(DG 是指直接接在配電網(wǎng)或分布在負(fù)荷附近的中小型發(fā)電裝置,能夠經(jīng)濟(jì)、高效且可靠的發(fā)電,以滿足用戶需要或支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2,發(fā)電規(guī)模一般不大,約有幾十千瓦至幾十兆瓦。在不同領(lǐng)域,DG 有不同的分類方式,文關(guān)鍵詞

3、:分布式電源/配電網(wǎng)/繼電保護(hù)獻(xiàn)3將DG 分為以下幾類:1風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再通過發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,最后并網(wǎng)運(yùn)行。2通過并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)的DG 。光伏發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池等發(fā)出直流或者高頻交流的DG 均需要通過逆變器與電網(wǎng)并網(wǎng)。3以勵(lì)磁電壓可調(diào)型同步發(fā)電機(jī)為核心的DG 。柴油機(jī)、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能發(fā)電系統(tǒng)等均屬于此類型。1.2 課題研究意義對于目前發(fā)展迅速的分布式發(fā)電技術(shù)來說,其優(yōu)點(diǎn)是可以綜合利用分散的資源,適應(yīng)電力市場發(fā)展以及環(huán)境要求。由于DG 占地面積非常少,一般都靠近負(fù)荷中心或接近用戶布置,避免了長距離架空線的架設(shè),大大減少了投資,節(jié)約了成本。此外,D

4、G 既可以單獨(dú)為負(fù)荷提供少量的電能,也可以并網(wǎng) 運(yùn)行,靈活的運(yùn)行方式提高了配電網(wǎng)的供電可靠性。但大量的DG接入配電網(wǎng),改變了傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中同時(shí)存在大量的發(fā)電機(jī)和負(fù)荷,此時(shí)潮流方向理論上可以是任意的,這勢必要影響配電網(wǎng)繼電保護(hù)的靈敏性、選擇性。因此研究在分布式電源接入的前提下新型繼電保護(hù)的方案具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,對于促進(jìn)DG在我國的發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。2 課題的研究現(xiàn)狀2.1 分布式電源研究現(xiàn)狀國外特別是歐美地區(qū)早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始發(fā)展DG,技術(shù)也比較成熟。丹麥、荷蘭和芬蘭等國家的DG已經(jīng)占到本國國內(nèi)發(fā)電總量的35%以上。美國的商用DG發(fā)展也很迅速,在

5、DG中微燃機(jī)以每年16%的速度增長,風(fēng)電增長速度達(dá)到11%,預(yù)計(jì)2035年,可再生能源占DG供應(yīng)的50%以上4。日本是亞洲能源利用效率最高的國家,并且日本政府大力支持發(fā)展DG,擁有DG裝置的業(yè)主,可以將多余的電能反賣給供電公司,這在一定程度上也促進(jìn)了DG在日本的發(fā)展。我國DG的應(yīng)用起步較晚,目前尚無有關(guān)DG的法規(guī)和并網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程,加之資源、電價(jià)、可用設(shè)備、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和電力市場化等方面的制約,DG的發(fā)展較慢,但在北京、上海等一些發(fā)達(dá)城市已經(jīng)有一部分小型DG投入運(yùn)行。國家電網(wǎng)公司“十二五”計(jì)劃指出,2015年要基本實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源的友好接入和可協(xié)調(diào)控制,DG的研究將有力地推動(dòng)中國電力

6、的發(fā)展5。2.2 含DG的配電網(wǎng)繼電保護(hù)研究現(xiàn)狀國內(nèi)外高校、科研院所的學(xué)者對分布式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了廣泛、深入的研究。針對DG接入對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響,目前主要有以下解決措施:(1及時(shí)切除DG由于DG的接入對配電網(wǎng)的繼電保護(hù)產(chǎn)生了影響,并且DG的接入位置和容量不同,對配電網(wǎng)保護(hù)的影響程度也不同。為了解決這個(gè)問題,當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),立即將DG從配網(wǎng)中切除,則傳統(tǒng)配電網(wǎng)不會(huì)受任何影響6。從工程操作角度來看, 故障發(fā)生時(shí)DG迅速離網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單方便, 易于操作。因此, 目前一些標(biāo)準(zhǔn)要求并網(wǎng)DG在發(fā)生故障后和自動(dòng)重合閘前要從電網(wǎng)中切除。但在實(shí)際運(yùn)行中, 并不能保證在故障發(fā)生時(shí)或者在自動(dòng)重合閘前及時(shí)切除

7、DG,這樣仍會(huì)對保護(hù)造成影響。(2限制DG容量及接入位置由于不能保證在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)將DG從配網(wǎng)切除,而且即使能及時(shí)將DG切除,但當(dāng)故障消除、電網(wǎng)恢復(fù)后,DG重新接入電網(wǎng)仍會(huì)對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響,因此,文獻(xiàn)7和文獻(xiàn)8提出通過限制DG的容量和接入配網(wǎng)的位置,來減少DG 對配網(wǎng)的影響。對于容量大、會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)的DG,應(yīng)限制其接入,對于DG的接入位置,也要在接入前進(jìn)行計(jì)算,以便確定接入位置。這種方法具有一定的局限性。(3改變配電網(wǎng)的保護(hù)配置由于含DG的配網(wǎng)潮流不再是單向流動(dòng),有可能出現(xiàn)逆向潮流(從負(fù)荷流向饋線。所以含多電源的電網(wǎng)保護(hù)需要考慮故障方向的問題,例如在原有保護(hù)的基礎(chǔ)上加裝方

8、向判別元件。也可以將輸電線路中成熟的保護(hù)原理、方案應(yīng)用于配電系統(tǒng)中,如距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)等。另外,可以采取網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù),在故障發(fā)生的短時(shí)間內(nèi)采取措施,將DG 的影響降到最小。但是這些解決方案,對通信設(shè)施要求比較高,對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的改造很大,需增加很大的投資。(4引入故障限流器該方法的主要思想是在故障發(fā)生時(shí),引入故障限流器(FCL,將DG對配網(wǎng)產(chǎn)生的電流降至最小甚至消除,而在配網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí),FCL不會(huì)對配網(wǎng)產(chǎn)生任何不良影響,也不需要現(xiàn)有的配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置做出任何改變。傳統(tǒng)的FCL主要有超導(dǎo)型和固態(tài)型兩種。對于超導(dǎo)型FCL,系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)流過的電流會(huì)使其損耗很大,并且發(fā)生故障時(shí)超導(dǎo)材料的承受

9、能力、穩(wěn)定性以及限流后的散熱問題都有待改進(jìn)。一般的固態(tài)型FCL相比超導(dǎo)型FCL而言,優(yōu)點(diǎn)很多,但是其最大的缺點(diǎn)就是開關(guān)損耗比較大。因此,文獻(xiàn)9提出了一種新型的混合型FCL?；旌闲虵CL的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該FCL結(jié)構(gòu)中有3條路徑。路徑A包含一個(gè)瞬時(shí)開關(guān),用來將路徑A的電流整流到路徑B,而路徑B含有由二極管組成的橋型電路,將故障電流強(qiáng)制引到路徑C上來,由于路徑C中接有電阻器,對 故障電流起到限制作用。在無故障的狀態(tài)下,路徑A的瞬時(shí)開關(guān)閉合,而路徑B上的GTO處于門極導(dǎo)通狀態(tài)。由于瞬時(shí)開關(guān)比二極管開關(guān)的阻抗小得多,幾乎所有電流都從路徑A流過。當(dāng)故障發(fā)生時(shí),故障測量單元在40 ms內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障。接著,

10、瞬時(shí)開關(guān)收到開斷信號(hào),在150 s內(nèi)將開關(guān)斷開并產(chǎn)生一個(gè)約40 V的電壓降。而一般GTO開關(guān)兩端的電壓降為1015 V,低于上述40 V的電壓,從而使電流從路徑A開始向路徑B流動(dòng)。當(dāng)整流完全結(jié)束時(shí), GTO開關(guān)會(huì)在150 s后閉合,而使電流轉(zhuǎn)移到路徑C。流過路徑C的電流將因?yàn)樽杩蛊鞯淖饔枚鴾p小,也就達(dá)到了限制電流的目的。(5自適應(yīng)保護(hù)新方法文獻(xiàn)10提出了自適應(yīng)保護(hù)方法,即實(shí)時(shí)改變保護(hù)整定值的方法。通過計(jì)算機(jī)對電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化,使保護(hù)裝置的定值能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。對于含有DG的配電網(wǎng)來說,文獻(xiàn)11提出系統(tǒng)應(yīng)對DG的接入及退出情況進(jìn)行在線監(jiān)測,然后根據(jù)DG接入后或退

11、出后的潮流情況重新對保護(hù)定值的分析和計(jì)算進(jìn)行集中處理,并實(shí)時(shí)反饋給現(xiàn)場裝置。但對于大規(guī)模的電力系統(tǒng)來說,當(dāng)前計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的計(jì)算速度以及網(wǎng)絡(luò)傳輸水平等條件下,要做到實(shí)時(shí)是還存在一定的困難。另一方面,目前電力系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)和傳統(tǒng)保護(hù)將長期共存,這對在線計(jì)算和整定保護(hù)定值來說還比較困難。但隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,這種計(jì)算方法將有著廣闊的發(fā)展前景。(6基于多代理系統(tǒng)的保護(hù)方案文獻(xiàn)12介紹了多代理系統(tǒng)(Multi-Agent System,MAS及其在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)13介紹了一種基于MAS的三層式集合保護(hù)方案。作者把MAS的設(shè)計(jì)思想引入含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)中,采用分層集合保護(hù)的方法

12、將整個(gè)系統(tǒng)分為系統(tǒng)決策層、區(qū)域保護(hù)層和本地執(zhí)行層。本地執(zhí)行層位于最底層,負(fù)責(zé)信息的采集以及接收發(fā)出的指令進(jìn)行跳閘操作或者發(fā)出警告信息。區(qū)域保護(hù)層作為核心層,負(fù)責(zé)接收底層的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算及搜索,以此作為判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障的依據(jù)。系統(tǒng)決策層作為最高層,負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)和監(jiān)控各區(qū)域子系統(tǒng)。將測量Agent的采集量作為控制量并確定信息域,采用比較故障方向信息的算法,能夠快速判斷出故障位置,并對故障快速隔離。3 結(jié)束語分布式發(fā)電與現(xiàn)有電力系統(tǒng)配合可有效提高系統(tǒng)的能源利用率,改善系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。雖然DG可靠性比較高,但如果介入配網(wǎng)時(shí)與繼電保護(hù)配合不好,反而會(huì)使可靠性降低?？偨Y(jié)了現(xiàn)階段對于

13、含DG的配電網(wǎng)的幾種常用的繼電保護(hù)措施以及各種措施的優(yōu)缺點(diǎn)。對于相應(yīng)的繼電保護(hù)措施的研究還要繼續(xù)進(jìn)行,只有繼電保護(hù)措施得到有效改進(jìn),才能真正為分布式電源的發(fā)展和推廣起到積極的作用。參考文獻(xiàn)1 趙上林,吳在軍,胡敏強(qiáng),等.關(guān)于分布式發(fā)電保護(hù)與微網(wǎng)保護(hù)的思考J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2010,34(1: 73-77.2 周衛(wèi),張堯,夏成軍,等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響J.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(3: 1-5.3 張麗,徐玉琴,王增平,等.包含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化J.電工技術(shù)學(xué)報(bào),2011,26(3:168-174.4 World Alliance of Decentralize

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18、活力,以進(jìn)一步塑造制造業(yè)新的競爭優(yōu)勢,積極促進(jìn)中國制造業(yè)向高端裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。為了給眾多裝備制造企業(yè)分享現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新應(yīng)用與變革的趨勢,歐特克在本屆制博會(huì)上全面展示了數(shù)字化樣機(jī)解決方案的諸多優(yōu)勢:全套設(shè)計(jì)工具和依托歐特克海外關(guān)聯(lián)公司資源的云服務(wù),簡化從產(chǎn)品開發(fā)到交付這整個(gè)過程的工作流程;通過多種方式改造產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)流程;設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售更為出色的產(chǎn)品;支持隨時(shí)隨地工作的云功能以及與其他提供商軟件的兼容性等。除此之外,歐特克還通過主辦“中國智造 繪智卓越產(chǎn)品”研討會(huì),同與會(huì)者分享了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和用戶案例,力求幫助企業(yè)從容迎接數(shù)字工業(yè)革命的到來,讓企業(yè)穩(wěn)健成長。作為歐特克核心技術(shù)之一,數(shù)字化樣機(jī)解決方案可