分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

0分布式電源及配電網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響分布能源（dg）是一項(xiàng)新興的能源技術(shù)。它是指為了滿足一些特殊用戶的需求,支持原有配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而設(shè)計(jì)和安裝的在用戶處或者其附近的小型發(fā)電機(jī)組(容量一般小于30MW)。分布式發(fā)電按照所使用的技術(shù)不同,可分為:小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃料電池發(fā)電和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電等等。分布式發(fā)電在減少環(huán)境污染、降低終端用戶的費(fèi)用等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),同時(shí)又具有靈活性、高效性和能源來源多樣化等優(yōu)點(diǎn),因此,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,其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸增加。分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行是其發(fā)展的趨勢(shì),由于其容量較小,一般是通過配電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)。分布式電源接入配電網(wǎng)之后,將深刻影響配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及配電網(wǎng)中的短路電流大小、流向及分布,必然給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)度帶來了一系列問題。配電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的重要設(shè)備,不可避免的要受到分布式發(fā)電并網(wǎng)的影響。1配電網(wǎng)的繼電保護(hù)配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型比較多,主要包括放射式接線、樹干式接線和環(huán)網(wǎng)式接線,其形式主要取決于對(duì)供電可靠性的要求,我國(guó)城鄉(xiāng)大多數(shù)的配電系統(tǒng)采用放射式結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)具有接線可靠、保護(hù)整定容易、容易擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。放射式配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且由單側(cè)電源供電。我國(guó)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)是以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和配置的。目前,我國(guó)的中低壓配電網(wǎng)大都是單側(cè)電源、放射式配電網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)的繼電保護(hù)相對(duì)于高壓大電網(wǎng)的繼電保護(hù)而言,屬于簡(jiǎn)單保護(hù)。在配電網(wǎng)中常用的繼電保護(hù)有電流保護(hù)、電壓保護(hù)、過電流保護(hù)和距離保護(hù)等。由于放射式的配電網(wǎng)的潮流是單向流動(dòng)的,且考慮80%~90%的故障都是瞬時(shí)性故障,所以為了簡(jiǎn)化保護(hù)配置,傳統(tǒng)配電網(wǎng)的典型保護(hù)設(shè)計(jì)方案通常是主饋線斷路器采用電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)組成的兩段式保護(hù),并配置三相一次重合閘(前加速)裝置,其中電流速斷保護(hù)按照線路末端故障有靈敏度的方法整定,不能保護(hù)線路全長(zhǎng);過電流保護(hù)不僅可以保護(hù)本線路的全長(zhǎng),而且可以保護(hù)相鄰線路的全長(zhǎng),可以起到遠(yuǎn)后備保護(hù)的作用;而對(duì)分支線路則采用高壓熔斷器保護(hù)。2分布能源對(duì)主要通信能力的影響2.1dg1至k1點(diǎn)故障電流的保護(hù)在配電網(wǎng)中接入分布式發(fā)電,當(dāng)故障發(fā)生時(shí),配電網(wǎng)中的故障電流的大小和分布明顯與不接分布式電源時(shí)不同,這將影響配電網(wǎng)原有繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。含分布式電源的配電網(wǎng)在故障發(fā)生時(shí),由于分布式電源對(duì)電流的助增或者分流作用,流過保護(hù)裝置的故障電流可能增大也可能減小。它將改變保護(hù)的保護(hù)范圍和靈敏度,給各個(gè)保護(hù)裝置的相互配合帶來問題。假設(shè)分布式發(fā)電接入的是10kV配電網(wǎng)絡(luò),并且將10kV變電站以上的電網(wǎng)等值為一個(gè)電壓源,根據(jù)此假設(shè)條件來分析分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。分布式發(fā)電引入10kV配電網(wǎng),將使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)變成雙側(cè)電源甚至是多側(cè)電源網(wǎng)絡(luò),從而改變故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間及其電流方向。結(jié)合圖1所示的典型配電網(wǎng)進(jìn)行分析。分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)主饋線的兩段式電流保護(hù)的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)導(dǎo)致本饋線保護(hù)誤動(dòng)作。如圖1所示,如果在饋線的CD段接入DG1,此時(shí)饋線將被分成兩段,其中母線A與DG1之間為雙側(cè)電源供電,而DG1下游部分為單側(cè)電源供電。當(dāng)BC段任意點(diǎn)k1發(fā)生故障時(shí),保護(hù)R3將感受到由DG1流至k1點(diǎn)的反向故障電流。由于保護(hù)R3沒有判斷電流方向的元件,若DG1容量足夠大時(shí),反向故障電流將可能超過R3處的電流速斷保護(hù)的整定值,此時(shí)CD段的保護(hù)R3就會(huì)誤動(dòng)作。而對(duì)于保護(hù)R1、R2而言,其故障電流僅由系統(tǒng)側(cè)電源提供,這和不接DG1時(shí)的情況一樣,其動(dòng)作不受DG1接入的影響。2)本饋線部分保護(hù)靈敏度降低甚至拒動(dòng),而部分保護(hù)靈敏度增加。如圖1所示,如果DG1未接入而在BC段接入DG2,此時(shí)若在k2發(fā)生故障,按照繼電保護(hù)的選擇性原則應(yīng)由R2動(dòng)作切除故障。故障點(diǎn)k2的故障電流由系統(tǒng)側(cè)電源和DG2共同提供,大于接入DG2前的故障電流,而保護(hù)R2僅僅感受到從系統(tǒng)側(cè)流過來的故障電流,同時(shí)由于DG2的分流作用使得R2感受到的故障電流減小,這將影響保護(hù)R2的靈敏性嚴(yán)重時(shí)R2甚至拒絕動(dòng)作。如果是k3點(diǎn)發(fā)生故障,則R3感受到的故障電流和故障點(diǎn)k3的故障電流相等,都是由系統(tǒng)側(cè)電源和DG2共同提供,這個(gè)電流比DG2接入前更大,保護(hù)R3的靈敏性增加。3)相鄰饋線故障時(shí),反向故障電流可能導(dǎo)致本饋線保護(hù)誤動(dòng)。如圖1所示,如果僅DG2接入配電網(wǎng),當(dāng)相鄰饋線AE上的k4點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),保護(hù)R4感受到的故障電流由系統(tǒng)側(cè)電源和DG2共同提供,其電流值大于未接入DG2時(shí)的值,保護(hù)的靈敏性將提高。而保護(hù)R1和R2也將感受到由DG2提供的反向故障電流,當(dāng)DG2容量較大時(shí),這個(gè)電流有可能超過保護(hù)的整定值,使保護(hù)R2或R1誤動(dòng)作。4)使一些保護(hù)的保護(hù)范圍增大,而另一些保護(hù)的保護(hù)范圍減小。如圖1所示,按照保護(hù)配置的選擇性原則,在未接入任何分布式電源,當(dāng)k2點(diǎn)故障時(shí),應(yīng)由保護(hù)R2動(dòng)作切除故障饋線,如果由于某種原因R2拒絕動(dòng)作時(shí),應(yīng)由R2的遠(yuǎn)后備保護(hù)R1動(dòng)作切除故障?，F(xiàn)假設(shè)僅有DG3接入配電網(wǎng),在k2點(diǎn)故障時(shí),流過保護(hù)R2的故障電流隨著DG3容量的增大而增大,但是流過保護(hù)R1的故障電流卻因DG3的分流作用而小于未接DG3時(shí)的值。與接入DG3之前相比,對(duì)于k2點(diǎn)的故障,保護(hù)R2感受到的故障電流增加,保護(hù)R1感受到的故障電流減小,這將使得保護(hù)R2的保護(hù)范圍增大,而保護(hù)R1(作為保護(hù)R2的遠(yuǎn)后備保護(hù))的保護(hù)范圍減小。5)當(dāng)DG容量足夠大時(shí),導(dǎo)致保護(hù)失去選擇性;如圖1所示,僅有DG3接入配電網(wǎng),饋線CD段的首端k5點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),應(yīng)由保護(hù)R3動(dòng)作切除故障饋線。但是當(dāng)DG3的容量足夠大時(shí),保護(hù)R2的保護(hù)范圍將可能延伸到CD段,這種情況下,如果k5點(diǎn)發(fā)生故障,保護(hù)R2、R3感受到的故障電流都達(dá)到甚至超過其各自的整定值,兩個(gè)保護(hù)都動(dòng)作,繼電保護(hù)失去了選擇性。針對(duì)以上問題,應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┮员M量減小分布式發(fā)電對(duì)原有繼電保護(hù)裝置的影響。其中文獻(xiàn)提出利用電抗器的高阻抗值特性限制分布式電源提供的短路電流,進(jìn)而有效地解決分布式發(fā)電與保護(hù)之間的協(xié)調(diào)性問題。文獻(xiàn)給出了幾種情況下消除分布式電源的接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置影響的判斷條件。而文獻(xiàn)則提出可以將系統(tǒng)分區(qū),各個(gè)分區(qū)間通過斷路器連接,由變電站處的繼電器完成在線感應(yīng)、識(shí)別故障類型和故障范圍、并向相應(yīng)的短路器發(fā)送跳閘信號(hào),切除故障區(qū)的分布式電源,實(shí)現(xiàn)故障的隔離。2.2電力孤島與自動(dòng)重合閘的潛在威脅分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)前,配電網(wǎng)為單側(cè)電源的放射式結(jié)構(gòu),自動(dòng)重合閘在迅速恢復(fù)對(duì)瞬時(shí)性故障線路的供電時(shí),不會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。而DG接入后,如果線路因故障跳閘,故障部分不再與系統(tǒng)電源相連,由分布式電源和負(fù)荷所形成的電力孤島保持功率和電壓在額定值附近運(yùn)行。然而,看似正常運(yùn)行的電力孤島卻給自動(dòng)重合閘產(chǎn)生了兩方面潛在的威脅。1)非同期合閘。在系統(tǒng)側(cè)電源斷開至自動(dòng)重合閘動(dòng)作這段時(shí)間內(nèi),DG有可能加速或者減速運(yùn)轉(zhuǎn),電力孤島很難與系統(tǒng)側(cè)電源保持完全同步,兩者之間出現(xiàn)一個(gè)相角差。當(dāng)相角差達(dá)到一定的大小時(shí),非同期重合閘會(huì)引起很大的沖擊電流或電壓,圖2為某次非同期重合閘產(chǎn)生的沖擊電流的波形。在沖擊電流的作用下,饋線保護(hù)可能誤動(dòng)作,使自動(dòng)重合閘失去迅速恢復(fù)瞬時(shí)故障的能力。同時(shí),沖擊電流也可能對(duì)配電網(wǎng)和DG設(shè)備帶來致命的沖擊。2)故障點(diǎn)電弧重燃。在失去系統(tǒng)側(cè)電壓后,DG可能繼續(xù)對(duì)故障點(diǎn)供電,進(jìn)行重合閘時(shí),DG所提供的電流阻礙了故障點(diǎn)電弧的熄滅,引起故障點(diǎn)電弧重燃,導(dǎo)致絕緣擊穿,此時(shí)瞬時(shí)性故障將進(jìn)一步擴(kuò)大為永久性故障。因此,DG的接入對(duì)自動(dòng)重合閘的正常工作產(chǎn)生了很大的影響。DG側(cè)應(yīng)該安裝低周、低壓解列裝置,同時(shí)為了避免非同期重合閘給配電網(wǎng)和DG設(shè)備帶來的沖擊,系統(tǒng)側(cè)重合閘繼電器需檢線路無壓,DG側(cè)檢同期。3分布能源對(duì)支架保護(hù)的影響3.1熔絲熔斷+分級(jí)熔斷如圖3所示的局部配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖(不包括DG),采用熔斷器保護(hù)是我國(guó)配電網(wǎng)經(jīng)常采用的保護(hù)形式。熔斷器能夠在分支線出現(xiàn)不被允許的大電流時(shí),由電流通過熔體產(chǎn)生的熱量將熔體或者熔絲熔斷,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障線路的切除。DG接入前,當(dāng)k1點(diǎn)故障時(shí),應(yīng)由熔斷器F4動(dòng)作切除故障,F5不應(yīng)動(dòng)作。F5~F4之間的時(shí)間-電流曲線如圖4所示,其中MM(MinimumMelting)代表熔斷器的最小熔解曲線,TC(TotalClearing)代表熔斷器的完全熔解曲線。由圖4可知,F5的MM和TC曲線均在F4之上,當(dāng)F5和F4感受到同樣的故障電流時(shí),F4熔斷所需的時(shí)間小于F5,F4總是先于F5熔斷,這就實(shí)現(xiàn)了熔斷器保護(hù)的選擇性。同樣道理,F3~F2之間、F2~F1之間的配合與F5~F4相似。3.2dg的引入容易導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)電源被破壞若在分支線引入DG,則熔斷器保護(hù)將受到影響。如圖3所示,在CD段接入DG,當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),DG的接入對(duì)熔斷器保護(hù)構(gòu)成了兩方面的威脅。一方面,DG和系統(tǒng)側(cè)電源都向故障點(diǎn)k1提供故障電流,當(dāng)這個(gè)電流值過大時(shí),由圖4可看到上級(jí)F5和下級(jí)F4可能會(huì)同時(shí)損壞或者熔斷,但是按照保護(hù)的選擇性原則只要求F4熔斷,F5不受影響,顯然,DG的引入破壞了熔斷器保護(hù)的配合關(guān)系。另一方面,DG通過F2和F3向故障點(diǎn)k1提供反向故障電流,由于熔斷器沒有判別方向的能力,當(dāng)DG容量足夠大時(shí),這個(gè)反向的故障電流可能會(huì)很大,導(dǎo)致F2或F3損壞或熔斷,按照保護(hù)設(shè)置