光伏并网对配电网电流的影响及自适应保护方法的研究

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1、光伏并网对配电网电流的影响及自适应保护方法的研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义能源是社会各领域进步发展的根基，近年来伴随着电力行业的快速发展，煤炭、石油等一次能源大量被利用，因能源燃烧引起的各类问题也日益突显。如能源燃烧排放的二氧化碳和硫氧化物，不仅引起温室效应，使全球变暖，而且还会引发酸雨，使土壤酸化。风电、潮汐、太阳能等新能源因其清洁、环保、可再生等优势引起社会广泛关注与研究。此外，国内外电力系统采用的主要形式是以分布广泛、互联集中式发电、远距离输电为主的传统大电网形式[1]。随着当今社会对电力供应的供电质量要求越来越高，电力负荷变化越来越频繁，这

2、种大电网无法满足负荷变动的灵活性和供电的安全可靠性。而分布式发电具有安装位置灵活、能源利用率高、能与大电网互为备用来提高供电可靠性等优势。因此，与大电网结合的分布式发电技术成为未来电网发展方向。太阳能光伏发电是分布式发电中的典型代表，与常规能源相比，太阳能储量丰富、无需运输、清洁无污染等优点。光伏并网发电系统根据装机容量和建筑规模不同，可分为集中式光伏并网系统和分布式光伏并网系统[2]。其中，集中式光伏并网系统主要形式是建造模式为中型或大型，并直接向高压电网送电的光伏并网电站。而分布式光伏并网系统主要指与建筑物结合的光伏发电形式，太阳能经光电变换后可以就地

3、使用，其中包括光伏幕墙和城市屋顶光伏并网、与其他类型的分布式电源组成的可即插即用的微电网[3]。一般单个装机容量比较小，最多至几兆瓦，为方便并网往往就近接入中低压配电网。当大电网因故障而大面积停电时，光伏发电系统可以独立正常运行，并为部分负荷提供电能，保证了部分负荷供电稳定性和安全性。分布式光伏电源并入中低压配电网后，不仅使原有的单电源、辐射型供电系统变为了双端或多端供电系统，改变了传统配电网的拓扑结构，而且光伏电源会向并入点两侧提供电流，使下游线路电流增加，上游线路电流减小，光伏容量较大时还可能改变原有配电网潮流方向。...........1.2课题研究

4、现状近年来，随着太阳能发电技术日益成熟，光伏并网的容量不断增大，光伏发电在新能源发电中所占的比重也逐渐增高。为此，国内学者针对光伏电源并入配电网后的线路保护原理进行了研究。而且一般先将光伏电源看作是分布式电源，再并入配电网进行分析研究。分布式电源对配电网继电保护的影响有许多方面，例如分布式电源的种类、容量、接入位置及故障点的位置等都会对原有配电网的保护动作产生不同的影响。文献[4]研究了分布式电源并网后对其过电流保护的影响，当分布式电源以较大容量接入配电网时，其对并入点两侧线路有分流的作用。并入点下游线路故障时，上游保护检测到的电流有可能减小，引起上游线路

5、保护范围的减小；而下游非故障线路保护检测到的电流有可能增大，引起下游线路保护误动作。文献[5-7]以含分布式电源的配电系统为模型，从理论上分析了分布式电源接入配电线路不同位置时，对配电网原有的继电保护装置和自动重合闸装置动作的影响，为研究含分布式电源配电网的保护问题提供了理论支持。对于光伏发电系统，文献[8]结合了国内外分布式电源和微电网并网标准，从故障穿越、频率响应和电能质量角度分析了分布式电源并入相应配电网的准入条件，对研究光伏电源的并网要求有一定参考性。文献[9]针对光伏发电系统反孤岛保护功能时间不能与自动重合闸等装置协调配合的问题，提出经逆变器并网

6、的线路或母线，其三相一次重合闸起动时间需大于逆变器反孤岛保护最大动作时间。光伏电源作为分布式电源并网时一般采用恒功率控制，文献[10-11]详细介绍了具有低电压穿越能力的逆变型分布式电源接入配电网后的故障分析方法。根据短路电流表达式，分析得到了不同位置发生不同类型故障时，短路电流随故障位置、分布式电源接入位置、接入容量或出力等因素的一般变化规律。..........第2章光伏并网发电系统光伏并网发电系统是现常用的太阳能应用形式。首先，与光伏离网发电系统相比，并网系统减少了蓄电池储电装置，降低了安装、运行和维护费用；其次，光伏并网发电系统可通过一定的控制方式

7、，实现以最大功率输出的状态并网，提高了并网系统的供电效率；最后，光伏并网系统可通过并网逆变器的控制，来保证电能质量和负载供电的稳定性。2.1光伏发电系统结构光伏发电并网系统的基本结构大致有两种，一种是只有DC/AC逆变部分的单级式，一种是有DC/DC的直流变换和DC/AC并网逆变转换的多级式结构[27]。一般采用后者的情况较多。如图2-1所示，虽然单级式光伏发电并网系统的结构简单，但并网逆变器需要有较高的直流输入和输出，而且要求并网逆变器能实现跟踪最大功率点(MPPT)和直流变换成交流的逆变并网作用。这就导致单级式光伏发电并网系统中，逆变器的控制方式较为复

8、杂，拓扑结构不够灵活。也有将工频隔离变压器加入到DC/AC环节与电