关于高渗透的分布式发电的配电系统的自适应保护计划的发展(修改后)

关于高渗透的分布式发电的配电系统的自适应保护方案的发展SukumarM.Brahma,IEEE学生会员,andAdlyA.Girgis,IEEE终身会员摘要传统的配电系统是径向性质，特点是通过一个单源馈送下游馈线的一个网络。配电系统的保护计划主要是包括熔断器和重合，在某些情况下，继电器，历来被设计为假设该系统能径向。在连接分布式发电（DG）后，该部分系统可能不再是径向，这意味着协调可能不会发生。对分布式发电的协调作用将取决于在大小，类型和分布式发电的位置。本文探讨了高渗透的分布式发电的对保护装置的协调的影响并建议作出的查明的自适应保护问题的解决方案。通过一个现实的模拟实际配电馈线的计划的执行情况的结果来完成报告。传统的配电系统是放射状的，其特点是系统中由单一电源向馈电线路供电。所以传统配电网的保护主要使用熔断器和自动开关，在有些场合也使用继电器来构成这种放射状配电系统的保护。当在配电系统中有分布式电源（distributedgeneration，简称DG）接入时，配电系统中的某一部分不再是放射形结构，这就意味着原有的保护整定方案就不再适用。DG接入后对保护整定的影响程度依赖于DG本身的大小、类型和所在的位置。本文研究了高渗透率DG接入对保护配合的影响并提出了利用自适应保护方案来解决上述问题，给出了自适应保护方案在配电系统中应用的仿真结果。索引词：熔断器，相量测量装置，配电分布系统，保护装置的协调，重合器，短路分析。一．导言分配制度的性质历来被认为是径向和不平衡的。它由一个单相，两相和三相线路网络部分组成。在总线上的负载也可以不平衡。因此，所有的分布式电源已基本上是一个不平衡的三相网络由单独三相源馈送。保护系统主要采用的主馈线重合协调用侧面的保险丝。每个保险丝连着直接上游和/或下游部分保险丝。重合在分配制度必要的，因为所有80％的故障参与分配制度的地方是暂时的。在保险丝被打击之前，重合给一个临时故障的机会来清除。逆过流继电器在变电所通常在馈线起源。保险丝，重合和继电器的协调是被公认的，并假设系统可径向[1]-[5]。分布式发电（DG）的定义是由一代是规模有限（几千瓦到几兆瓦）和互联在变电站，配电线路或用户负荷水平[6]-[10]。分布式发电技术包括光电，风力涡轮机，燃料电池，微型涡轮机，燃气轮机和内燃机[7]，[8]，[10]。输电和配电成本上升，但分布式发电的技术成本正在下降。这使得更经济以适应满足增加的负载配电馈线的分布式发电，而不是扩大传输和分配（输配电）设施[9]。因此，这些技术正在进入一个快速发展和商业化阶段和研究这预测着分布式发电可能占最多新一代上线的20％在2010年[6]。这意味着在不久的将来分配系统会看上去像图一展示的那样。在这样的系统，分布式发电会供电给围绕它的负载，从而减轻源头的负担。这清楚地表明，基本分配制度是径向的假设是不可能在不久的将来成立。然后将其中一个在看作多源非平衡系统。一个既定事实是，即在保护一个多源系统时保护装置必须方向敏感[3]-[5]。保险丝和常规重合没有方向性功能，而继电器可轻易作出的指示敏感。通过分配系统全部更换保险丝和重合，方向敏感的保护装置（如继电器）来代替，这在经济上将是是不切实际的。因此，一个详细的分析是以准确地识别的问题熔断器熔丝及熔断器重合协调取决于高渗透的分布式发电。一旦发现问题，需要找到几乎可以接受的解决方案，和独立的大小，数量，以及在配电系统中的位置。图1将来的配电系统Hadjsaid在参考文献[11]中通过一个简单的例子表明，故障电流通过保护装置时会改变分布式发电。他们还深入建议要检查每一个新的的分布式发电的连接点的保护选择性。然而，这种解决办法只有当分布式发电普及率很低的时候比较适合。Girgis和Brahma在参考文献[12]，Brahma和Girgis在参考文献[13]仔细探讨了熔断器之间的协调问题。一个典型的例子所示图2（a）所示，在没有分布式发电的情况下，保险丝F1和F2协调后面的母线2和3。现在，如果连接到分布式发电网络系统如图2（a）所示，这些保险丝都会有相同的接地2故障电流（下游）或接地1故障电流（上游）。对于接地2故障，选择性要求F2比F1先动作，同时对于接地故障1，选择性要求F1比F2先动作.参考文献[12]和[13]通过协调图表显示，这可能无法实现。参考文献[13]分析了一个实际的发散系统的一部分来确定更多的潜在的协调可能性方案，主要取决于分布式发电在系统中的规模和位置。结论是，在一般情况下，如果保障方案没有改变，唯一的一种能保持任意分布式发电系统的存在协调渗透的方法是在故障的情况下立即断开所有的分布式发电系统。这将使该系统恢复其径向性质并协调性将保留。但是，这将意味着分布式发电系统甚至会断开暂态故障。Girgis和Brahma在参考文献[14]讨论了分布式发电系统中的重合熔断协调性的存在。一个典型的例子如图2（b）所示，对于一条现成的支路，在没有分布式发电的情况下，对于故障重合器和保险丝是协调动作的。现在，分布式发电是连接在重合器和保险丝之间。在这种情况下，自然地，对于横向故障，保险丝将会比重合器承受更大的故障电流。这可能导致形成这些设备之间失去协调。此外，重合器饿可能会检测到上游接地故障1的故障电流。参考文献[14]详细讨论了这种情况并得出结论，在存在分布式发电协调性的基础上可实现基于微处理器的重合器可以应用于市场。这个重合器的动作方向必须只想接地故障2.但是在这个例子中，为了避免发生不同步连接，所有的分布式发电系统的重合器必须在第一个重合器动作之前断开。这些解决方案是不实际的。如前所述，分布式发电越来越受欢迎，因为它可以服务于支路并且不为输配电增加负担。不考虑所有的分布式发电系统每次发生暂态故障时会使系统非常不可靠。本文为分散的系统提供了一个全面的系统独立的自适应保护方案并且具有分布式发电的高渗透性，在连接分布式发电系统后不会影响系统的可靠性。第II-IV部的计划，并描述它的实施细节。(a)主要的线路分布(b)典型例子图2影响熔断保险丝和保险丝重合协调的典型例子二建议计划A计划大纲对于任何保障计划理想的解决方法是只隔离出系统故障的一部分来分析。在这种情况下，这是不可能的，由于部分控制性保护装置是一个熔断器，正如在第I中所述，熔断器之间的协调性在分布式发电系统中已经不存在了。此外，熔断器不能通过外部信号来控制。因此，熔断器不会回应一个断路器产生的跳闸信号。下一个最好的方法是将系统划分为若干个区域，如图所示图3所示。成立一个具有合理的平衡支路和分布式发电系统的分区，分布式发电的容量正在一点点超过支路。除了这个，至少有一分布式发电支路（一般在区最大）应具有负荷频率控制能力。如图3所示，这些区域应由断路器分开。当接收到位于变电站的主继图3配电系统断路器分区电器的信号时这些断路器要能够反复开启或关闭。大多数制造商生产断路器和重合器都有远程通信能力。断路器还应当配备检查同步功能。主要的继电器要计算机化，并且具有存储能力和分析大量数据的能力，并能够与区域断路器和分布式发电继电器等其他设备通信。继电器将感故障，找出线路上的故障和断节（和类型，因果，区域），隔离出跳闸的故障区域，由合适的断路器和分布式发电装置衔接区域。这样，其余地区仍然可以正常工作。重合闸保护的暂态故障将会由主继电器本身来执行，将在F中做详细解释。下面的小节详细解释计划。B措施对于一个保护方案的第一要求是驱动输入。这些输入是通过测量的。下面的连续的措施被推荐给这个方案建议的：三相同步电流相量来自系统中的每一个分布式发电装置和主电源。一个信号表明当前的方向，每个区域形成断路器。全球定位系统（GPS）接收器和相位测量单元（PMU）是用于描述同步向量测量同步时钟脉冲的，被J.Jiang等人在参考文献[15]–[17]中运用。这种方法可能实现同步精度优于1微秒。C离线计算和数据存储这种方法需要一个负载流的研究和完整的短路分析不同阶段的故障涉及的所有类型。除了故障不同类型的故障电流在每个总线，这种分析应该找出各分布式发电设备和主电源的故障电流的来源。该法还要求最低限度的混合系统中各种特征的熔断器存储在继电器的数据库中。从这些特征和短路分析来看，在熔断器熔断之前故障可能不会得到确认。这个时间的意义将会在F中被提到。然而，正如后面在第三节中讲述，这项要求可以完全避免。当支路，分布式发电装置或系统配置发生每一次重大改变的时候，负载流和短路分析都需要被更新。而在支路或者分布式发电装置发生改变时，只需要对运行负载流量和短路再次分析，系统配置的任何改变（例如断线）将需要同时更新母线接入点和阻抗矩阵。这些都是例行程序支持软件使用的工具。随着现代电源和内存的计算机化，离线计算和数据存储将不会成为问题D传感故障和线路故障类型在线确定来自主电源和所有分布式发电装置的电流相量是不间断存在的。在正常操作条件下，所有这些相量总和将等于对系统的总负荷。当一个系统任何一部分发生故障时，这个总和将会远远超过支路的电流相量总和。这就是继电器在分散式的系统中如何感应故障的方法。在某种程度上，这类似于目前的差分方案。这里的监控区域是分散系统本身。当系统中任何一个地方发生故障时，来自于所有电源（主要是主电源和分布式发电装置）的电流总和就等于故障电流。另一方面，如果一个故障发生在分布式发电装置上并且该装置在监控区域外，总和为零。这就是故障发生分布式发电装置与系统故障的区别。一旦系统故障被感应到，各相的总的故障电流可用如下简式来确定：Ifab是三相总故障电流，[Ifab]sourcei是故障电流的电流分量。n表示系统的总的电源数。应当指出的是，本文将主要计数变电站电源以及可以作为电源的分布式发电装置。因此故障电流的大小可以由（1）来确定，故障类型和故障相可以简单迅速的在线确定。E确定故障部分确定分散式配电网的故障类型已经在传统的保护装置上进行（主要是保险丝）。在这种情况下，熔断器之间的协调是有损失的，在熔断器动作之前需要找到故障部分（起因和区域）。Abe在参考文献[18]中讨论了在多源网络中故障部分的确定和故障位置的确定。但是这里这种系统只是多源的发散不平衡网络中很小的一个子集。Cardozo在参考文献[19]和Girgis在参考文献[20]讨论了在互联传输网络中确定故障位置的方法。这些网络的性质与一般的网络相似（除了传输网是平衡的）。但是这种方法在保护装置动作后进行故障定位。因此这些方法不能用来对不均系统的故障定位进行更改。因此为了为了使继电器跳闸信号作用于断路器并隔离故障区域，需要一个方法来快速识别故障。在这里应该注意，故障区域的识别能够使方案工作。但是，如果故障部分没有被尽可能的准确确定，这将为维修人员找到故障造成很大的麻烦。由于线路各种原因的存在产生故障，对于这一目的是可用的。总的故障电流是系统中各电源故障电流之和。从故障点看，每一个源可以表示为一个电压源后面Thevnin阻抗。如果故障点从一条母线变化到另一条母线上，为了给出故障形式，Thevnin阻抗相对于源阻抗可以增加或者减小。因此，如图4所示，如果故障点重复的从母线i变化到母线j，对于一个给定类型的故障，从任何给定的故障源电流的贡献可以不断增加（IFMIN到IFMAX）或持续下降（IFMAX至IFMIN）。因此对于一个固定类型的故障源k将发生在母线i和母线j之间的任意一点并且将一直位于电源K和故障形式相同的母线i、母线j之间。这意味着对于某些固定故障类型的某些部分，因各种原因组成的故障必须位于同类型的故障源之间，由母线来连接这一部分。对于来自所有母线各种类型故障源的故障电流分布是从断线短路电流分析得出的。利用这个网络属性，其短路分析的结果表明，可确定故障区段作为其中测量故障每个来源是由于没有计算误差序列使用组件的方法计算断层之间的贡献对几乎是不平衡的分布式网络。和第三部分被解释的系统例子一样，当系统中分布式发电装置增多和系统失去大部分地区其径向的性质，这种方法是非常有效的。母线i和母线j之间给定类型故障的故障源性质F清除和恢复故障区域一旦发生故障的部分是确定