1、i 本科毕业论文（20 届）分布式电源对配电网继电保护的影响所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师ii 完成日期iii 目 录摘要 .IAbstract .II1 引言 .11.1 课题背景与研究意义 .11.2 课题的研究现状 .11.2.1 分布式电源的研究现状 .11.2.2 分布式电源接入配电网对继电保护影响的研究现状 .21.3 论文的主要工作 .22 分布式电源的定义及分类 .32.1 分布式电源的定义 .32.2 分布式电源类型介绍 .33 配电网的继电保护 .53.1 配电网的结构 .53.2 继电保护的基本原理及其要求 .53.3 配电网继电保护的原理 .63.
2、3.1 电流速断保护 .73.3.2 限时电流速断保护 .83.3.3 定时限过电流保护 .93.4 阶段式电流保护的配合及应用 .104 分布式电源对配电网继电保护的影响分析 .114.1 分布式电源接入位置对配电网继电保护的影响 .124.2 分布式电源接入容量对配电网继电保护的影响 .144.3 算例分析 .164.3.1 仿真模型 .174.3.2 验证仿真 .175 结论与展望 .235.1 结论 .235.2 展望 .24参考文献 .25致谢 .27iv ContentsAbstract.II1 Introduction .11.1 The research background
3、and significance .11.2 The current research situation of the subject .11.2.1 The current research situation of distributed generation .11.2.2 The current research situation of the impact of distributed generation on the protection of distribution network.21.3 The main work of the thesis .22 The defi
4、nition and categories of distributed generation .32.1 The definition of distributed generation .32.2 The categories of distributed generation.33 The protection of distribution network.53.1 The structure of distribution network.53.2 The basic principles and requirements of distribution network .53.3
5、The principles of the protection of distribution network .63.3.1 Current quick-breaking protection.73.3.2 Time limit current quick-breaking protection.83.3.3 Definite time over-current protection.93.4 The cooperation and application of stage current protection.104 The impact of distributed generatio
6、n on the protection of distribution network.114.1 The impact of the location of distributed generation on the protection of distribution network .124.2 The impact of the penetration levels of distributed generation on the protection of distribution network.144.3 Analysis of examples .164.3.1 Simulat
7、ion models .174.3.2 Verify simulation models.175 Conclusions and prospects .235.1 Conclusions .235.2 Prospects .24Reference documents .25Thanks .27I分布式电源对配电网继电保护的影响摘要：分布式电源因为其环境保护性、灵活性、高效性等因素具备越来越广阔的市场应用前景，然而在分布式电源并入以“大机组、大电网、高电压”为特点的传统配电网的过程中时，改变了配电网的供电方式、潮流方向，可能使原有的继电保护装置发生误动或拒动，由此给系统的正常运行带来了诸多问题。
8、基于上述情况，研究分布式电源接入配电网对继电保护的影响具有十分重要的意义。首先，对分布式电源的研究现状、定义、类型和特点等进行了简单介绍，列举了目前应用比较广泛、发展前景较为良好的几种分布式电源，对分布式电源有一个基本的了解。其次，系统分析了配电网中的电流保护，详细论述了电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护的理论原理，剖析了阶段式电流保护的配合关系，为解决后续问题打好理论基础。最后，研究了分布式电源的接入对配电网继电保护的影响，针对分布式电源接入位置和容量的差异，对继电保护的影响进行了探究。并利用 PSCAD/EMTDC 将分布式电源接入前后，接入容量和故障点相对其位置的不同进行了
9、仿真验证，从直观的视觉角度分析了分布式电源接入配电网对继电保护的影响。关键词：分布式电源；配电网；继电保护；短路电流；PSCADIIThe Impact of Distributed Generation on the Protection of Distribution NetworkAbstract Distributed generation have more and more broad market application prospect because of its environmental protection, flexibility, efficiency and ot
10、her factors. Yet when distributed generation get into the traditional distribution network, with the characteristics of large electricity grid, generator network and high voltage, it may change the way of distribution network power supply, current direction and make the original relay protection mis
11、operate or reject, which bring the normal operation of the power system more problem. Based on the above situation, study the impact of distributed generation on the protection of distribution network have great significance.Firstly, the research introduce the current research situation, definition,
12、 types and characteristics of distributed generation, list several kinds of distributed generations with more widely and greatest development prospect. We have a basic knowledge of distributed generation.Secondly, this thesis analyzes the current protection of distribution network, expounds the theo
13、retical principle of current quick-breaking protection, time limit current quick-breaking protection and definite time over-current protection. Analysis the cooperation of stage current protection. Lay a theoretical basis for the subsequent problemFinally, study the impact of distributed generation
14、on the protection of distribution network. Exploring the effect of distribution network in view of location and penetration. And by using PSCAD/EMTDC make IIIsimulate verification. From the point of view of intuitive visual analyzing the impact of distributed generation on the protection of distribu
15、tion network.Keywords Distributed generation, Distribution network, Relay protection, Short circuit current, PSCAD1 1 引言1.1 课题背景与研究意义进入二十一世纪，能源成为人们赖以生存和发展的物质基础，而随着经济增长、社会发展，世界各国的能源形势也日益严峻。为了减缓矛盾的日益加剧并解决随之而来的环境问题，世界各国都积极寻求可以代替煤、石油、天燃气等一次性化石能源的新型、清洁、可再生能源。“电”虽早已存在于我们居住的地球，但直到 19 世纪，这一有效、方便、清洁的能源才开始广泛应
16、用于人类社会，而随着支撑国民经济和社会发展的基础性产业和公共事业的快速发展，电力工业早已在世界各国经济发展战略中占有举足轻重的地位。20 世纪出现的人类工程史上最为重要的科学成就大规模电力系统，它是由决定电力生产与消费的发电、输电、配电、用电等环节组成的。20 世纪中后期，电力工业进入了以大机组、大工厂为特点，从高压到超高压以至于特高压趋势发展的新时代。而以煤炭为燃料的火力发电对环境的破坏是极为巨大的，在燃烧煤、石油、天然气而产生电力的过程中，不仅产生二氧化碳等温室气体，而且燃煤还会排放大量的二氧化硫等有害气体，给环境带来严重的污染。除了能源、环境问题，大规模电力系统的缺陷也日渐显现：高昂的成
17、本，运行难度的增大，不能及时地跟踪电力系统负荷的变化，而当电网发生对整个社会带来不利影响的大停电事故时，也将影响系统对重要负荷的连续供电，因此用户侧的就地电源便成为重要保障。这一批用户侧的就地电源很好的辅助和补充了现有电网，提高系统的安全性、可靠性、灵敏性和经济性，同时也满足了可持续发展的基本要求，而它的安全供电不仅不依赖于电网，还可以自下而上的维持整个电网的运行，而且能源利用率也比现有系统有所提高，相应的环境污染也会减少。在继续发展大机组、大电网、高电压系统的同时，也要注意在负荷中心建立足够的分布式电源，以便作为停电后的备用，使得重要负荷在较短的时间内恢复供电，保证居民的基本生活和能源供应。
18、分布式电源与电网相连，既存在着诸多优点，但其也有许多问题需要解决。例如，完成对分布式电源的可靠控制比较困难，接入成本也相对较高；此外，当分布式电源并入电网时，会改变故障电流的大小、方向和持续时间，使继电保护装置出现误动、拒动等，从而影响继电保护装置的可靠性和选择性，甚至会危害整个电力系统的稳定运行。所以，对分布式电源对配电网继电保护的影响的研究就显得尤为重要。2 1.2 课题的研究现状1.2.1 分布式电源的研究现状为了更好地发挥分布式电源的优势，针对性的解决传统大规模集中式单一供电系统的缺点，分布式电源的研究和发展已成为世界各国竞相关注的热点，成为全球能源竞争的重要组成部分。无论是在国外的发
19、达国家和地区，还是类似于中国的新兴发展中国家，都已开始制定相关的政策以推动其研究与应用，以期更好地利用分布式电源的优势解决传统电网的问题。为了降低损耗、提高电力系统的灵活性与可靠性、节省电网投资成本，以美国、欧洲、日本为代表的发达国家和地区已经开始探索将分布式电源与大电网系统相结合的发电方式。美国是最早提出由分布式电源构成微电网概念的国家，虽因其复杂的电力系统结构、低能源成本等原因受到限制，但现已完成了几个极具代表性的基础项目，同时美国政府也采取多种措施积极推进分布式电源的应用和发展。欧洲立足于本地区的基本情况，积极推动欧洲小型、分散式风电的发展，推进发电设备生产商与电力公司间的相互合作，使得
20、分布式电源得到商业化的试验，充分利用先进的电子技术、智能技术、风电等分布式能源实现分布式发电与集中供电系统的高效紧密结合。日本开展分布式发电是基于本国资源短缺，负荷增长的现实，但其将减少污染、满足能源供给多样化和用户的个性化需求作为发展目标，经过多年的研究，日本已在分布式电源并网等方面有了长足的发展。我国在分布式电源的研究方面起步较晚，加之受资源、设备、技术、经济和电力市场化等因素的限制，极大地制约了分布式电源的快速发展，但这一问题已引起了国家相关部门的高度重视，并积极推进风电、生物质能发电、太阳能发电的快速发展以作为分布式电源的主力军。1.2.2 分布式电源接入配电网对继电保护影响的研究现状
21、分布式电源接入配电网对电力系统的控制、运行、保护等方面带来了挑战，因此国内外的高校、科研机构、电力公司对分布式发电技术进行了更为广泛、深入的研究。参考文献10 简要介绍了分布式电源的定义、分类和特点，分析并讨论了分布式电源并网对电力系统的影响，具有一定的指导意义，然而并未提出消除不利影响的解决方案。参考文献11 在总结国内外现有并网规则的基础上，提出了我国制定并网规则应遵循的准则，具有一定的现实意义。参考文献12提出了通过协调电流的三段式保护来减小故障的切除时间。参考文献8以 PSCAD/EMTDC 为基本工具，构建了分布式电源和配电网的模型，研究了分布式电源对配电网电流保护的影响。参考文献1
22、4针对现有配电网的保护提出了新的改进方案。3 1.3 论文的主要工作针对目前分布式电源迅猛发展的现状，就分布式电源对配电网继电保护的影响进行了简明介绍。（1）本文第二章阐述了分布式电源的定义、类型、特点等，对分布式电源有一个基本的了解。（2）本文第三章分析了传统配电网的结构特点和接线方式，对配电网的三段式电流保护进行了研究。（3）本文第四章系统的研究了分布式电源的接入对配电网继电保护的影响，针对分布式电源接入位置和容量的差异，对继电保护的影响进行了探究。同时对PSCAD/EMTDC 进行了简要介绍，并利用 PSCAD/EMTDC 仿真对分布式电源接入配电网对继电保护的影响进行了分析。（5）本文
23、第五章对研究工作进行了简要的总结和展望。2 分布式电源的定义及分类2.1 分布式电源的定义对于分布式电源的定义，学术界仍存在争议。IEEE 把分布式电源定义为：容量小、能够在任意位置并入电力系统的发电机。国际大电网委员会（CIGRE）定义分布式电源是最大容量为 50-100MW、不受统一调度和控制并且联接于配电网的发电机组。对于分布式电源额定容量的界定，EPRI、CIGRE 和 IEEE 等组织都制定了相关的标准，但却存在着较大分歧。EPRI 定义的容量范围为几 kW 至 50MW；CIGRE 定义的容量范围为不大于50-100MW； IEEE 定义的容量范围为不大于 10MW。考虑到分布式电源并网电压等级，学术界普遍认为分布式电源包括联接到配电系统和安装在负荷附近联接到输电系统的发电机组。2.2 分布式电源类型介绍按不同的标准，分布式电源可以分成不同的类型。依据容量大小可将其分成大型（1MW ） 、中型（100KW-1MW ） 、小型（100kW）三类。根据发电能源是否可再生可以分为利用不可再生能源和利用可再生能源的分布式发电，利用不可再生能源的分布式发电主要包括微型燃汽轮机和燃料电池等，而基于可再生能源或清洁能源的分布式发电是目前的研究热点，利用可再生能源的分布式发电主要包括光伏发电、风力发电、生物质能发电、地热发电和潮汐发电等。下面就几种分布式发电技术做简单介绍。
