分布式电源对继电保护和自动重合闸的影响

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1、含风电光伏发电的电网规划含风电光伏发电的电网规划o分布式电源对配电网继电保护的影响o分布式电源对配电网自动从合闸的影响燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响o传统的配电网主要是单电源、放射状结构,这种配电网结构简单、投资较小、维护方便。DG接入配电网后将改变电网的原有结构特征,对电网的短路电流分布和继电保护之间的配合都会产生影响。o电流速断保护:反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护,称为无时限电流速断保护。无时限电流速断保护为了保证选性,一般情况下只能保护被保护线路的一部分。图1 无时限电流速断保护的动作特性燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的

2、影响o上图中曲线1表示在最大运行方式下,流过保护安装处的三相短路电流随短路点变化的曲线,曲线2表示在最小运行方式下,流过保护安装处的最小两相短路电流曲线。线路L1和线路 L2上分别装设瞬时电流速断保护B1和保护B2。L1首端点短路时,应由保护 B2动作切除故障。因此,对保护 B1 而言,为了满足选择性的要求,其动作范围小于被保护线路的全长,即瞬时电流速断保护B1的动作电流应大于K2点短路时流过保护安装处的最大短路电流。保护B1瞬时电流速断保护的动作电流应按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定,即:瞬时电流速断保护范围随系统运行方式和短路类型而变。在最大运行方式下三相短路时,保

3、护范围最大;在最小运行方式下两相短路时,保护范围最小。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响o接入DG后对速断保护的影响:保护 B2 所在线路末端发生短路故障时,由于 DG 的接入,保护B2 检测到的电流 IB2 将增大,并且 DG 的容量越大,IB2越大,IB2有可能大于电流保护 I段整定值Iset2,造成保护误动作。图2 DG对本线路下游保护的影响燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响保护B1和 B2的无时限电流速断保护整定值:式中,ZS为电网的等效阻抗,Z1和 Z2分别为线路 AB,BC 阻抗,Zdg 为分布式电源和变压器阻抗 燕山大学电力

4、系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响 接入DG后,保护B2检测到的故障电流为:由此可见,当DG的容量大于某一值时保护B2检测到的故障电流将大于速断保护整定值,引起误动作。还有一种情况也会引起速断保护误动作:燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响 图3 相邻线路故障时,DG对本线路上有保护的影响 如图3所示,当相邻线路发生三相短路故障时,保护B1将检测到DG提供的反向电流,此时保护B1可能误动作,切除DG所在线路。oDG对距离保护的影响:距离保护是反映故障点至保护安装地点之间的距离,并根据距离 的远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的主要元件为阻抗继电器

5、,它根据其端子上所加的电压和电流测知保护安装处至短路点间的阻抗值,并将其与整定值进行比较,来决定保护是否动作。当DG接入配电网时,将对阻抗继电器的保护范围产生影响。阻抗继电器的保护范围是在一定阻抗区域内触发继电器动作的最大故障距离。这个最大距离对应于检测到的最大故障阻抗或者最小故障电流。如图4所示,燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响InwIf图4 DG接入配电网对距离保护的影响aT 图2系统中继电保护装置R在a点短路时的故障电压可按下式计算:式中Z23是从母线b2到b3的线路阻抗;Z3a是母线b3到故障点a的线路阻抗。由上式可见,电压Ur由于分布式发电G通过母线b3

6、的额外电流注入而增大。因而,保护装置R测量到的阻抗为,燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响 由上式可见,R测量到的阻抗Zr大于实际的故障阻抗Zr.real这会导致R对应的故障距离增加,缩小有效保护范围,并可能由下一个故障区域故障触发误动作。对于在设计阶段确定的保护整定值,由于分布式发电接入的影响,原有保护范围明显缩短。阻抗继电器保护范围缩短程度由Idg/Inw因子决定。o逆向潮流和电压:放射状配电网结构在实践中有广泛应用,这种结构通常潮流流向是单向的,从馈线流向负荷。当分布式发电接入配电网后,潮流情况会发生变化,有可能出现逆向潮流(负荷流向馈线)。特别是当分布式发电装

7、机容量较大,超过本地消耗的电能时,配电网潮流方向会发生变化。如果配电网的保护系统在设计时不考虑可能发生的潮流方向变化,在分布式发电接人后会造成保护装置不能正常工作。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响 此外,逆向潮流还会造成线路上的反向压降,引起配电网线路上电压分布变化。图5(a)分布式电源接入配电网系统单线图b 1b 2Rb 1b 2b 1b 2b 2ACb 2RDGb 3DGb 3DGb 3DGDGb 3b 4I23I34IdgIl1Il2Il3燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响(b)配电网电压分布UX 图5(b)中实线代表无分布式发电

8、接入时,配电网电压和电压梯度沿线路长度的变化,虚线代表分布式发电接入后电压和电压梯度变化。假设分布式发电容量超过母线b3和b4的负荷,即IdgI2+I3母线b2,b3之间有逆向潮流流过(从b2到b3)。由于分布式发电接入配电网引起的电压分布问题主要会影响电能质量,另外还有可能造成配电网中设备的运行电压越限。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网继电保护的影响 上图给出了配电网在接入以及未接入分布式发电时电压分布沿线 路的变化。分布式发电注入潮流的方向与电压梯度的符号相对应应,母线b2和b3之间的潮流由于在b3处接入分布式电源而引起流向改变。由图可见,在重负荷和网络结构薄弱的配电系统中

9、,分布式发电的接入有助于改善电网电压分布和电能质量。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响oDG对配电网自动重合闸的影响:对瞬时性故障,自动重合闸能够保证迅速恢复供电,因此对于多电源线路,可提高系统暂态稳定水平和并列运行的稳定性,同时重合闸还可以纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸。自动重合闸可以分为三相重合闸、单相重合闸和综合重合闸由于配电网供电区域相对较小,设置单相重合闸需要在每相装设重合闸装置,经济性差,因此配电线路一般采用三相重合闸即不论线路上发生单相接地短路还是相间短路,继电保护均动作使断路器三相断开,然后重合闸装置再将三相投入,若为永久性故障则跳开三

10、相,不再重合这种保护方式由于没有选相元件,在发生单相故障时会使停电面积扩大,不利于供电的可靠性,但是发生故障后跳开三相动作较快,不会使故障范围继续扩大。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响o配电网重合闸与继电保护的配合:重合闸与继电保护的配合分为重合闸前加速保护和重合闸后加速保护对于高压输电线路由于供电区域大,故障后保护不适合快速跳闸,以免误跳闸导致大面积供电中断而配电线路一般采用重合闸前加速保护,这种保护动作方式能够快速地切除故障,使瞬时性故障来不及发展为永久性故障,从而能够提高重合闸的成功率,并且减少故障造成的低电压和过电流对电力系统元件的损坏但是这种重合闸方式

11、若重合于永久性故障时,切除时间较长,可能对系统造成二次冲击。o含DG的配电网线路重合闸:含DG的配电线路为多侧电源供电线路,重合闸的动作要考虑两侧保护的时间配合问题和两侧电源的同步问题重合闸动作时间需要考虑两侧电源的动作时间、故障点电弧熄弧时间和断路器绝缘恢复时间。由于输电线路两侧的保护可能以不同时限动作于跳闸,此时线路的重合闸需要保证两侧燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响o保护都跳闸以后才能重合,否则,重合闸后会对线路形成二次电流冲击如果重合闸动作过快,另一侧电源可能仍未与故障点断开,导致重合于故障线路重合闸动作时间过慢会使供电中断时间增长,同时会使两侧电源失去

12、同步而不利于重合闸。母线母线1母线母线2ACDG1342AARAAR负荷负荷图6 含DG的单回线路重合闸示意图燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响o对于含DG的双侧电源供电线路,如图 6 所示,如果线路负荷较大,先合DG侧,可能会导致功率不平衡而使系统不能正常运行,因此一般先合系统侧电源,再合DG,此时对系统侧可以采用无压检定重合闸。oDG侧的线路重合闸则可以分为同步重合闸和非同步重合闸。由于DG与配电网一般通过单回线路相连,在发生故障且保护动作后,DG不再与配电网的系统电源有电气联系,2个电源之间可能失去同步如果采用非同步重合闸产生的冲击电流没有超过允许值,则可以

13、对电源进行非同步重合闸。当不允许采用非同步重合闸时,就需要进行检同步的重合闸动作,此时根据DG是否带负荷可以分为直接重合闸和解列重合闸2种情况。燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响 图6中AAR表示有重合闸装置的线路保护,分布式电源通过保护2与母线2相连。在输电线路A点发生短路故障后,系统侧保护1先前加速保护动作切除故障线路,保护2再动作切除DG,此时DG不与负荷相连,不再输出功率。在确保保护1和2跳闸、故障点电弧熄灭及绝缘强度恢复之后,保护1检无压重合闸,如果重合成功,则保护2进行同步检定重合闸,DG并网运行。如果重合闸不成功,则保护1延时跳闸,保护2不再进行重合

14、闸动作。系统电源系统电源母线母线1母线母线2母线母线3AARAARA123456DGAAR负荷负荷1负荷负荷2图7 含DG的的单回线路解列重合闸示意图燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响oDG解列重合闸:图中分布式电源接于母线3上,母线2和3通过保护3相连。保护3处为解列点,含有同期检测装置,将DG并人电网。当分布式电源与负荷2功率能够平衡,可以形成孤岛运行时,可以采取解列DG的方法使其与故障线路断开。输电线路A点发生故障后,保护1动作切除故障线路,同时3动作使分布式电源与系统解列,此时两侧电源间失去电气联系在分布式电源容量与负荷2容量相平衡时,DG将通过母线向负荷

15、2输送功率。重合闸在保证两侧保护都切除,故障点电弧熄灭,并且绝缘强度恢复后,保护1处重合闸首先检无压动作,如果保护1重合闸成功,则保护3在解列点完成并列操作若重合不成功,则系统侧保护再次动作跳闸。o通过以上分析可知,对于含有DG的配电网重合闸要确保DG的保护已经跳闸,系统侧电源再通过无压检定重合闸,重合闸成功后,如果DG侧保护不允许非同步重合闸,则需要检同步重合,采用同步重合方式时,应在两侧电压相位差最小的时刻重合,以减小重合闸瞬间的冲击电流。燕山大学电力系统继电保护课题室下一步工作o进一步学习分布式电源对电网的影响o寻找一种适合含风电光伏发电的电网规划的模型燕山大学电力系统继电保护课题室谢谢

16、!燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响o重合闸的无压检定:重合闸的无压检定,一般可视为低电压检定,其整定值应保证对侧断路器跳闸以后,再进行重合闸动作,实际使用中,一般将整定值设为0.5-0.7倍的额定电压。以图5为例,如果保护1在重合闸时,DG侧保护未断开,系统电源侧的重合闸将产生电流冲击即在线路发生短路故障后,保护1瞬时动作切除系统电源,而保护2延时动作切除DG。在系统电源被切除后,DG要带负荷4运行。当负荷容量较大,可能导致母线电压降低在负荷容量大于DG容量的8倍以上时,DG所连母线电压将下降到额定电压的0.7倍以下。此时,若系统侧保护1的电压检测满足无压条件后,则系统电源侧保护1重合闸,而DG仍与配电网相连。这种情况下,如果故障未消除,则与重合于永久性故障相同,将会对系统电源与故障点间的元件造成二次电流冲击,保护1应及时跳闸燕山大学电力系统继电保护课题室分布式电源对配电网自动重合闸的影响o如果故障已经消除,则与非同步重合闸相同,系统电源与DG在未检同步的情况下重合闸,同样会产生很大的冲击,因此,系统侧电源的重合闸应确保DG被切除出线路后再重合闸。燕山大学电力系统继电保护课题室

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