CN108400576A - 一种交直流混合配电网保护的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流混合配电网保护的实现方法，包括一个中央单元和与中央单元通信连接的多个就地单元，实现方法包括如下步骤：各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息上送到中央单元，中央单元根据接收的数据确定交直流混合配电网的故障点，然后根据故障点的故障类型，将跳闸和闭锁信息反馈给相关就地单元，实现相关就地单元故障隔离。本发明的方法能够最大限度地保持交直流系统的稳定运行，保证交直流混合系统内非故障区域的正常供电；减少用户的停电时间，降低用户低电压的运行时间，从而具有很高的应用价值。

Description

一种交直流混合配电网保护的实现方法

技术领域

本发明涉及一种交直流混合配电网保护的实现方法，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

近年来的研究成果表明，基于柔性直流技术的交直流混合配电网更适合现代城市配电网的发展。交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷，可缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾，同时在负荷中心提供动态无功支持，可提高系统安全稳定水平并降低损耗。因此，交直流混合配电网是配电网的一个重要发展趋势，可以有效提升城市配电系统的电能质量、可靠性与运行效率。目前，针对柔性互联装置接入配电网的故障特征和保护与控制技术，侧重于直流侧保护，包括直流输电线路保护，换流站内部设备保护等研究。

柔性直流互联装置采用电力电子器件的限流措施降低直流故障影响，即故障时各逆变器输出电流缓慢上升，一般不大于两倍额定电流。为了系统的稳定运行，柔性互联装置要求具备低电压穿越(电压跌至20％额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms)功能，因此继电保护装置必须紧密与之配合，在3周波之内切开故障，才能维持交直流混合系统的安全稳定运行。

传统的配电网继电保护装置分散安装，各保护装置的过流保护通过时序相互配合，这在时间上不能满足交直流混合配电网的稳定要求，而电力电子变压器的限流作用，使得柔性直流系统内部故障时，随着直流系统接入容量不同，提供的短路电流亦不同，这使得定值整定极为困难，因此过电流保护不宜作为交直流混合配网的主保护。

目前的配网保护采用的是单元式保护原理，各保护装置根据自身的采集信息进行相应的逻辑判断，相互之间缺乏协调与配合，随着光纤技术的快速发展，电力系统自动化程度正在提高。近几年应用于电力系统的同步向量采集技术已经实现了对全网大规模的数据采集，其中IEEE 1588协议约定网络同步时间小于 10us，基于同步测量技术的广域保护正在成为一种新的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种交直流混合配电网保护的实现方法，解决传统配电系统保护配置方式不能满足交直流混合配电网的稳定要求、相互之间缺乏协调与配合不具备协同故障处理能力等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种交直流混合配电网保护的实现方法，包括一个中央单元和与所述中央单元通信连接的多个就地单元，所述实现方法包括如下步骤：

各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息上送到中央单元，中央单元根据接收的数据确定交直流混合配电网的故障点，然后根据故障点的故障类型，将跳闸和闭锁信息反馈给相关就地单元，实现相关就地单元故障隔离。

所述就地单元包括直流线路保护单元、柔性直流互联装置保护单元，交流联络线上保护单元和交流馈线保护单元。

所述中央单元和就地单元之间通讯采用61850通信标准，利用光纤网络，通过GOOSE机制实现数据交换和相互闭锁。

所述光纤网络为双层通信网络，包含一层备用网络。

所述中央单元采取多播方式定时向光纤网络发送同步时钟，就地单元接收到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现时间同步。

根据故障点不同，交直流混合配电网故障类型包括：直流侧故障、直流互联装置输出交流母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障。

所述故障隔离的具体方法如下：

对于直流侧故障，采用直流过流保护，柔性直流装置闭锁；

对于直流互联装置输出交流母线故障，采用差动保护切开故障母线的所有边界开关，逻辑判据如下：

差动电流：

制动电流：

差动动作判据：I_da>I_zd且I_da/I_ra>K

其中，分别表示流入和流出差动保护单元的各个间隔电流；I_zd为门槛定值，K为制动系数；

对于配电网侧故障和配电变高压侧故障，使用复压闭锁方向过流保护，判据如下：

I>I_zd；

复压元件启动；

方向流出柔性直流互联装置交流出口母线；

其中，I为复压闭锁方向过流保护单元测得的电流值；

对于配电变低压侧故障时，采用复压闭锁过流保护逻辑判断。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明充分利用柔性直流互联装置的电力电子器件快速状态感知的特点，通过建立快速通信网络，实现交直流系统中所有智能装置的快速信息交互，最大限度恢复非故障区域供电，能够最大限度地保持交直流系统的稳定运行，保证交直流混合系统内非故障区域的正常供电；具有处理速度快、成本低、不依赖单一控制单元的优点；相比于只考虑交流侧保护装置间的配合，本发明方法结合交直流混合配电系统的故障特点，利用IGBT的快速响应特性，通过GOOSE 高速通讯网络的建立，故障检测时间减小一半以上，有效地增强含柔性互联装置的交直流混合配电网可靠性，缩短停电时间；相对于传统配电系统的保护配置方式，具有更快的故障处理速度和更好的协同故障处理能力，把故障的影响隔离在最小范围，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证交直流混合配电网内非故障区域的正常供电，从而具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明交直流混合配电网保护整体设计示意图；

图2为典型交直流混合配网模型的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，交直流混合配电网保护包括中央单元和就地单元，就地单元采用常规的CT/PT(电流互感器/电压互感器)，将模拟量采样数据加上时标，连同就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息通过光纤网络上送到中央单元，在中央单元处将各种数据汇总，进行综合逻辑判断后，将跳闸和闭锁信息发送给相应的就地单元，完成故障隔离。

中央单元和就地单元之间通讯采用61850通讯标准，利用快速光纤网络，通过GOOSE机制实现各单元之间高速的数据交换和相互闭锁，为了保证交直流配网保护的安全性和可靠性，光纤网络配置双层结构，一层为后备，提高通信网络的可靠性。

IEEE 1588系统中同步时钟通过光纤网络，由主设备(中央单元)采取多播方式，定时向网络发送，该网段的从设备接受到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现高精度的时间同步。交直流混合系统中各单元之间安装距离短，就地单元的A/D采样数据加装时标后上送到中央单元，仅会产生几微秒的误差，对于中央单元的矢量计算不会产生影响。

如图2所示，为典型的交直流混合配电网的故障示意。交直流混合配电网故障类型包括：直流侧故障、直流互联装置输出交流母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障。

直流互联装置输出交流母线故障时的电气特性为：柔直装置出口的交流母线电压严重跌落，功率方向全部指向故障母线，采用差动保护能够快速地切开故障母线的所有边界开关，可以达到10ms完成逻辑判据。

差动电流：

制动电流：

差动动作判据：I_da>I_zd且I_da/I_ra>K

其中，分别表示流入和流出保护的各个间隔电流；I_zd为门槛定值，K为制动系数。使用差动保护可以提高灵敏性，不需要考虑和其他保护进行时序配合。

配电网侧故障、配电变高压侧故障时的电气特性为：柔性直流互联装置交流出口母线电压严重跌落，电流变化不大，功率方向指向流出柔性直流互联装置交流出口母线，可以使用复压闭锁方向过流保护，判据如下：

I>I_zd；

复压元件启动；

方向流出柔性直流互联装置交流出口母线；

其中，I为保护测得的电流值。

为了防止电压互感器TV断线造成的误动作，复压元件应该进行综合判断，交直流混合配电变高压侧有故障时，所有监测点复压元件均启动，而TV断线时仅断线点的复压元件启动。

交直流混合系统中包括与配电网连接的开关点PCC、DY、FD、LA1H～ LAnH、LA1L～LAnL、LB1H～LBnH、LB1L～LBnL安装就地单元，通过光纤与中央单元组成双网，通过GOOSE机制完成快速数据交换。中央单元包括两个差动区域，PCC、DY、FD、LA1H～LAnH组成第一母线区域，FD、LB1H～LBnH 组成第二母线区域，中央单元通过就地单元上送的各种数据对两个区域进行监视，当某个母线有故障时，中央单元通过逻辑判断，向相应的就地单元发送跳闸命令瞬时跳开该故障区域的所有边界开关，保证非故障母线的正常运行。柔性直流互联装置出口母线区域外故障时，中央单元通过逻辑判断确定故障点，并发送跳闸命令给相应的就地单元断开故障点与柔性直流互联装置出口母线的连接。

配电网侧故障：如F1处故障时，中央单元通过采样数据判断出开关点PCC 复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向开关点PCC就地装置发跳闸命令，断开开关点PCC，并且中央单元向柔性直流互联装置发送运行模式切换命令，装置从有功功率运行方式转为无功功率运行方式。

柔性直流互联侧故障：如F2处故障时，中央单元通过采样数据判断出DY 点复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向DY点就地装置发跳闸命令，断开开关DY,并向柔性互联装置发送闭锁命令。

柔性直流互联装置交流出口母线故障：如F3处故障时，中央单元通过采样数据判断出柔性直流互联装置交流出口第一母线区域差动动作，其他点的判据未动作，中央单元向开关点PCC、FD、DY点就地装置发跳闸命令，断开这些开关,并且中央单元向柔性直流互联装置发送运行模式切换命令，装置从有功功率运行方式转为无功功率运行方式。

配电变高压侧故障：如F4处故障时，中央单元通过采样数据判断出配电变高压侧LAnH点复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向 LAnH点就地装置发跳闸命令，断开LAnH开关。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，包括一个中央单元和与所述中央单元通信连接的多个就地单元，所述实现方法包括如下步骤：

各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息上送到中央单元，中央单元根据接收的数据确定交直流混合配电网的故障点，然后根据故障点的故障类型，将跳闸和闭锁信息反馈给相关就地单元，实现相关就地单元故障隔离。

2.根据权利要求1所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，所述就地单元包括直流线路保护单元、柔性直流互联装置保护单元，交流联络线上保护单元和交流馈线保护单元。

3.根据权利要求1所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，所述中央单元和就地单元之间通讯采用61850通信标准，利用光纤网络，通过GOOSE机制实现数据交换和相互闭锁。

4.根据权利要求3所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，所述光纤网络为双层通信网络，包含一层备用网络。

5.根据权利要求3所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，所述中央单元采取多播方式定时向光纤网络发送同步时钟，就地单元接收到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现时间同步。

6.根据权利要求1所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，根据故障点不同，交直流混合配电网故障类型包括：直流侧故障、直流互联装置输出交流母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障。

7.根据权利要求6所述的交直流混合配电网保护的实现方法，其特征在于，所述故障隔离的具体方法如下：

对于直流侧故障，采用直流过流保护单元，柔性直流装置闭锁；

对于直流互联装置输出交流母线故障，采用差动保护单元切开故障母线的所有边界开关，逻辑判据如下：

差动电流：

制动电流：

差动动作判据：I_da>I_zd且I_da/I_ra>K

其中，分别表示流入和流出差动保护单元的各个间隔电流；I_zd为门槛定值，K为制动系数；

对于配电网侧故障和配电变高压侧故障，使用复压闭锁方向过流保护单元，判据如下：

I>I_zd；

复压元件启动；

方向流出柔性直流互联装置交流出口母线；

其中，I为复压闭锁方向过流保护单元测得的电流值；

对于配电变低压侧故障时，采用复压闭锁过流保护逻辑判断。