1、.装订线 .毕 业 论 文光 伏 发 电 并 网 对 配 电 网 继 电 保 护 的 影 响 及 对 策院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化 3 班 届 次 2015 届 学生姓名 学 号 指导教师 i目 录摘要 .IAbstract.II1 引言 .11.1 课题研究背景及意义 .11.1.1 研究背景 .11.1.2 研究意义 .11.2 国内外研究现状 .21.2.1 光伏并网发电在国外的现状和发展 .21.2.2 光伏并网发电在国内的现状和发展 .22 光伏发电并网对配电网继电保护的影响 .42.1 光伏发电 .42.2 光伏发电并网位置 .42.3 传统的配电网保
2、护 .62.4 光伏发电并网对保护装置的影响 .62.4.1 对配电网保护装置可靠性、选择性的影响 .62.4.2 对重合闸装置的影响 .72.4.3 对配电网电流保护的影响 .82.5 本章小结 .103 含光伏电源的配电网继电保护新方案 .103.1 解决技术层面的问题 .103.1.1 构建光伏电源并网的研究实验与验证环境 .103.1.2 深入研究光伏发电系统与电网相互作用的机理 .113.1.3 健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范 .113.1.4 解决配电网规划、运行问题 .113.2 解决继电保护方面上的问题 .123.2.1 含光伏电源的配电网对过电流保护影响分析 .12
3、3.2.2 考虑分区纵联与过电流保护相配合的保护方案 .133.2.3 所提保护动作的情况 .153.3 本章小结 .164 建模仿真与结果分析 .164.1 仿真模型搭建 .164.1.1 仿真软件 PSCAD/EMTDC 概述 .164.1.2 仿真验证 .174.2 仿真结果分析 .19ii5 结论及展望 .19参考文献 .21致 谢 .23iiiContentsAbstract.II1 Introduction .11.1 Research background and significance .11.1.1 Background .11.1.2 Significance.11.2
4、Research status .21.2.1 Photovoltaic power generation status and development abroad .21.2.2 Photovoltaic power generation in the countrys current situation .32 PV and impact on the distribution network relay protection network .42.1 Photovoltaic.42.2 Photovoltaic grid position .42.3 Traditional dist
5、ribution network protection .62.4 Effect of Photovoltaic grid protection devices.62.4.1 Impact on the distribution network protection device reliability .62.4.2 Effect of reclosing devices .72.4.3 Impact on the distribution network current protection.82.5 Summary .103 Photovoltaic power distribution
6、 network containing the new protection program .103.1 Resolve technical issues .103.1.1 Construction of photovoltaic power grid research experiments.103.1.2 Depth study of the mechanism of PV systems and grid interaction.113.1.3 Technical standards improve access to the public grid Photovoltaic.113.
7、1.4 Solve distribution network planning, operational issues.113.2 Problem-solving on the relay .123.2.1 Protection impact analysis of photovoltaic power distribution .123.2.2 Consider vertical partition associated with over-current protection .133.2.3 Circumstances mentioned protection operation .15
8、3.3 Summary .164 Modeling, Simulation and Analysis .164.1 Simulation Model building.164.1.1 Simulation software PSCAD / EMTDC Overview.164.1.2 Simulation .174.2 Simulation results analysis .19iv5 Conclusion.19References .21Acknowledgements .24I光伏发 电 并 网 对 配电 网 继 电 保 护 的 影 响 及 对 策摘要：当代社会，能源问题和环境问题已成为
9、社会发展中必须重视与解决的问题之一，而可再生能源和清洁能源得到了越来越广泛的关注。太阳能作为分布式能源的一种，经济廉价，取之不尽用之不竭等优点使之得到了人们更多的青睐。因此，太阳能发电已经得到了大量的人力、物力资源支持，以及科学和技术的投资。 。随着人们观念的改变和技术的发展，传统的发电投资日渐下降，相应得太阳能等可再生清洁能源得到了更多的经济投资。不过如果配电网连接多个光伏电源，一系列的问题就会接踵而至，最重要也是影响最深的问题就是对配电网继电保护的影响，配电网一旦接上光伏电源，其电网结构和能量流动就会发生改变，导致短路电流增大，方向改变，这就会使得保护之间的配合出现问题，某些保护可能会出现
10、拒动或误动，并且短路电流过大的话，熔断器也可能工作异常。此外，原来的配电网通常是辐射状的网络，其保护不具有方向性，而接入光伏发电系统以后，整个配电网从无源网络变为有源网络，网络潮流的流向是不确定的，直接影响配电网正常工作。在此，主要针对光伏系统并网问题以及其对配电网继电保护的影响和对策。当系统发生故障时，由于配电网选用不同保护配置方案，光伏发电并网系统会对其继电保护装置产生影响。在虚拟的配电网模型上，光伏发电系统并网位置不同，并网容量不同以及配电网系统发生故障的位置不同都会使得流过配电网的故障电流各不相同，本论文分析了光伏发电并网对配电网继电保护的影响，然后对分析的结果与各种继电保护的原理，提
11、出了过电流保护配合的保护新方案，此方案主要解决上述光伏电源接入配电网会产生的问题，从而有效得防止保护误动。关键词：能源 光伏发电 并网 配电网 继电保护 IIImpact on the distribution network of photovoltaic power generation and network protection and countermeasuresAbstract The distributed generation based on clean and renewable energy is not only an indispensable and effect
12、ive complement to centralized power generation, and of great strategic significance to alleviate the increasingly serious energy and environmental issues. Solar energy is unmatched by other energy sources which are used by distributed power generation because of it is broad, unlimited and economy. S
13、o the solar photovoltaic power has aroused much worldwide attention, and is recognized with high technological content, as one of the most promising technologies. With photovoltaic technology gradually mature and the cost of power generation reduced ceaselessly, the grid connected photovoltaic syste
14、m has become the mainstream trends in solar energy development and utilization. With the distribution network using different protection configuration scheme, the effects of grid-connected photovoltaic system on relay protection and automatic safety devices when failure occurs are firstly analyzed i
15、n the paper. Then distribution network fault current changes are analyzed and the conclusion of the effects of grid 一 connected photovoltaic system on distribution network fault current is drawn according to different photovoltaic system access locations， different access capacity, different fault l
16、ocations in distribution network. Keywords：Energy; Photovoltaic power generation; grid connected; distribution network; relay protection31 引言1.1 课题研究背景及意义1.1.1 研究背景无论是哪个时代，能源都是人类社会经济发展的源动力。如果没有能源，那么社会就会失去发展的动力，因此能源是人类赖以生存的物质基础，能源问题也成为我国以及世界各国共同关注的话题。最近，人类社会主要将能源按照属性进行分类，分为不可再生资源和可再生资源。不可再生资源就好比是煤、石油
17、、天然气等等，它们一旦用竭，社会发展便会停滞。所以，近来如同太阳能、地热能、水能、风能、生物能之类的可再生资源需要得到大规模的开发和利用。一方面，不可再生资源的不断减少会给今后社会发展带来问题。另一方面，石油、天然气这些能源也有更大的弊端，也就是燃烧可再生资源所造成的环境问题，产生的二氧化碳会影响大气层成分的平衡稳定，造成臭氧层空洞等问题，而产生的二氧化硫更会导致酸雨的形成，造成无法挽回的环境问题。虽然说经济发展对于人类十分重要，但是，环境问题也必须得到我们的关注。所以，人类社会急需几种新能源来解决这个重大难题。太阳能取之不尽用之不竭，更不会产生较大的环境问题，受到了各个国家越来越多的重视。但
18、是如何将太阳能转化为我们方便利用的能源又是需要讨论的问题之一。太阳能光伏并网发电就是一种高效利用太阳能的措施。人类社会也将更多的精力投入到了光伏并网发电这一领域上来。1.1.2 研究意义上述所说的煤、天然气等不可再生资源的减少以及他们产生的废气所产生的环境问题是社会发展的当务之急。对于我们所选择的新型能源，相比于之前的能源，必须取其精华去其糟粕。可供选择的可再生能源还是有很多的，比如太阳能、水能、风能等等。在此，我们主要讨论太阳能的开发利用，其他良好的能源不做过多概述。水能是以位能、压能和动能等形式存在于水体中的能量资源，又称水力资源。水能是清洁的可再生能源，但和全世界能源需要量相比，水能资源
19、仍很有限的。 风能是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能源，属于可再生能源。现如今，风力主要被使用在大规模风农场和一些供电被隔绝的地点，为当地的生活和发展做出了巨大的贡献。太阳能（solar energy） ，是指太阳的热辐射能，表现就是常说的太阳光线。太阳能分类主要是光伏和光热。广义上的太阳能更是包括了风能和化学能等等，4因为地球上包括煤炭、石油等资源的产生和风的形成都是离不开太阳能的。当前，由于太阳能分布广泛，施工周期较短等优点，太阳能光伏发电将逐渐增加在可再生能源利用中的比例。其中，分布网络的分布式光伏电网（DistributedPhotovoltaic，以下简称 PV） ，可减少更
20、多的能量损失，配置更为灵活，并且供电性有效可靠，对人们生活以及社会发展的作用尤为突出。 表 1-1 不同能量载体对太阳能的转换效率和能量的生产周期由表 1-1 能够看出只有风能和光伏电源可以持续产能，但是光伏电源对于太阳能的转换效率明显优于风能的转换效率，其他能源更是无法比拟的。可一旦配电网连接上多个光伏电源，配电网会产生众多问题，最重要也是最需要收到重视的就是其对配电网继电保护的影响，因此研究光伏发电并网对配电网继电保护的影响具有重大意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 光伏并网发电在国外的现状和发展光伏并网发电技术在人类社会发展历史中具有重大意义，科学家和业界学者的不断奋斗和创新才使得其
21、不断完善与发展。目前光伏并网发电技术仍在不断完善与发展，在电气领域中占有举足轻重的地位，亦是电气发展的潮流。20 世纪 70 年代初世界发生石油危机，太阳能光伏发电产业就得到世界各国的重视和广泛的兴趣，纷纷制定政策，鼓励太阳能光伏发电技术。光伏式的发电作为一个高新技术产业，光伏并网发电成为新型能源的综合利用的一项重要措施。目前世界各国对此技术的发展方向主要是提高能源效率和加大环境保护。而世界各国制定的政策也更加证明了这一发展方向。以降低投资成本，降低能源消耗为目的，欧美各国正合理得利用光伏式电能量载体 能量生产周期/年 太阳能转换效率煤炭 150,000,000 100,000,000 0.0
22、01%木材 130 0.1%1%生物能 0.11 0.2%5%水能 0.011 1%风能 持续产能 0.25%2%光伏电源 持续产能 6%25%5源、智能系统和先进电力技术等实现分布式供电和配发电的高效紧密结合，并积极促进社会各领域加入到电力新能源市场，共同推进光伏电网技术的发展与进步。这一切将给整个人类和社会发展带来巨大的利益与效益。1.2.2 光伏并网发电在国内的现状和发展目前对 PV 技术的领域对于国内来说还不完善，但是技术不断发展，与发达国家之间的差距不断缩小，并且还有很大的发展空间。现如今我国对 PV 技术主要着重于如何增加光伏系统 PV 的发电效率，如何提高 PV 光伏系统工作的安
23、全性可靠性等电源供应本身方面，而对于如何提高太阳能光伏并网发电系统稳定性的规划、运行和抑制其对电能质量的影响等主要集中在定性方面上。与此同时，光伏发电的广泛进入和广泛分布将对常规的电力网系统产生许多负面的影响，包括配电力网的电压水平、整体系统可靠性、电力保障等方面。其中，大众对于电压的水平的要求不断上升，开始出现许多瓶颈问题。近期以来国内进一步量化分析了网络连接分布式发电的结构方式提出了光伏发电的发展应用的案例。2 光伏发电并网对配电网继电保护的影响2.1 光伏发电引言所述，环境问题越来越受到世界各国得关注，不可再生资源的不断挖掘开发日渐短缺，传统的集中式发电系统也没有太大的提升改进空间，因此
24、光伏，水力、风力等可再生的新型能源需要得到广泛的关注。光伏发电系统比较灵活，建设时间短，并且扩建容易。太阳能资源取之不尽用之不竭，基本不受地理位置等外界条件的影响。光伏系统很容易与建筑物集成结合，比方说太阳能热水器可直接建设在楼层顶端，节省空间。并网型光伏发电系统按照是否存在蓄电池可以分为两类，第一类是不含有蓄电池的我们称之为不可调度式光伏发电，不可调度式光伏发电产生的直流电无法并入电网，如果想要其变成符合并网要求的电力需要进行相应的转换。这种转换要求比较严格，需要一定的电力网的电压大小以及可靠的系统和电力保障。而且在不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能直接转化为和电网电压同频、同相的交流电能，完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小。可调度式 PV 并网系统是可以用于电网终端的有信号源输出功率的调整器件，这就使得电能质量得到了一定程度提高。但是蓄电池引入电网电压时，可能会导致接入电网的电压发生瞬变，并且目前蓄电池使用寿命短、成本较高价格昂贵、体积笨重，还污染环境，蓄电池的生产规模越来越小，所以现在光伏发电并网系统以不可调度式为主。
