CN101515715A - 基于广域网的含分布式电源馈线保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于含有分布式电源的配电网领域，涉及一种基于广域网的含分布式电源馈线保护方法：只在分布式电源上游第一条馈线的始端装设一套电流保护，根据接入分布式电源后系统最小运行方式下线路AB和BC末端的两相短路电流给始端的电流保护设定定值，定值的个数应等于分布式电源上游的线路数；在分布式电源上游每条馈线的末端都加装方向元件；分布式电源下游每条线路采用原有的三段式电流保护。本发明的保护方法，不需要随着新DG的不断接入频繁地更改定值，实现快速主保护的功能。

Description

基于广域网的含分布式电源馈线保护方法

技术领域

本发明涉及含有分布式电源的配电网领域，特别涉及配电网中输电线路即馈线的继电保护方法。

背景技术

分布式发电(DG)充分利用了可再生能源，具有良好的环境友好性，已成为重要的电力能源形式。但随着DG的接入，配电网不再是单电源网络，大量的电源和负荷同时存在，这势必影响到原有配电网中的输电线路即馈线的继电保护，使其选择性和灵敏性不能满足要求而发生误动作。因此，有必要在分析这些影响的基础上，研究新的保护方案。文献[1]提出在原保护方案的基础上加装方向元件和修改定值；文献[2]提出将故障限流器接入配电网，在检测到故障电流后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，有效降低故障电流，以保证保护的选择性和灵敏性。广域网建立在计算机和通讯技术的基础上，它可以掌握电网中大范围的全局信息，文献[3]提出了基于广域网的含DG配网的馈线过电流保护方案，靠馈线始端保护检测到的故障电流幅值区分故障区段，在判断出故障区段后发送遥控信息将故障隔离，但该方案无法区分本线路的末端故障与下条线路的出口故障。

发明内容

本发明提出了基于广域网的含DG配电网的馈线保护新方法。该方法不需要随着新DG的不断接入频繁地更改定值，能在原电源与DG之间的所有线路上实现全线故障的快速切除。为此，本发明采用如下的技术方案：

一种基于广域网的含分布式电源馈线保护方法，包括下列方面：

(1)只在分布式电源上游第一条馈线的始端装设一套电流保护，依据公式 $\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dz}.\mathrm{AB}}=K_k{I}_{d\min .B}\\ I_{\mathrm{dz}.\mathrm{BC}}=K_k{I}_{d\min .C}\end{array}\right.$ 给始端的电流保护设定定值，定值的个数应等于分布式电源上游的线路数；式中，I_dmin.B和I_dmin.C分别为接入分布式电源后系统最小运行方式下线路AB和BC末端的两相短路电流；K_k为可靠系数；

(2)在分布式电源上游每条馈线的末端都加装方向元件；

(3)分布式电源下游每条线路采用原有的三段式电流保护，按助增情况整定；

(4)对分布式电源上游线路而言，当流过电流保护的电流I_d大于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值时，若本线路末端方向元件动作时，证明故障在本线路上，跳开本线路两端的断路器；若本线路末端方向元件不动作时，证明故障在相邻线路上，跳开相邻线路两端的断路器；

(5)对分布式电源上游最末一条线路而言，当流过电流保护的电流I_d介于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值和以相邻线路末端两相短路电流为基础的整定值之间时，若本线路末端的功率方向为“+”，则判故障在本线路上；反之，则判故障在下游，由下游保护按照原有保护方案有选择性的切除。

上述的基于广域网的含分布式电源馈线保护方法，可靠系数K_k最好取0.9。

本发明具有如下的有益效果：

1.含有DG的电网越来越多，本发明适用于多DG接入点的电网，具有良好的应用前景；

2.不管DG上游有多少条馈线，只需装设一套电流保护，实现相对简单；

3.系统电源与DG之间的所有线路都能实现全线故障的快速切除。

附图说明

图1(a)和(b)分别为含DG配电网及其等值电路；

图2故障电流随故障位置变化的曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

考虑广域网情况下，本发明只在DG上游第一条馈线的始端装设一套电流保护，同时，在上游每条馈线末端都加装方向元件。这样一来，当故障发生时，利用广域网将方向元件检测到的功率方向信息和始端馈线上装设的那套电流保护的判别结果结合起来可精确地区分出故障区段，保证选择性和全网保护的速动性。

以图1(a)的网络为例，三相短路等效电路为图1(b)，Z_s是系统至DG间的阻抗，Z_d为DG至故障点的阻抗，DG的阻抗为Z_DG。设下游发生故障流过馈线始端的电流为I_d，则有

$I_d=\frac{E}{Z_s+Z_d+\frac{Z_s+Z_d}{Z_{\mathrm{DG}}}}---\left(1\right)$

由上式可知，I_d的大小与系统运行方式、DG的阻抗和故障点密切相关。故障点离DG越远，系统运行方式越小，DG的阻抗越大，始端保护检测到的故障电流I_d减小得越严重。图2是运行方式一定情况下，故障电流随故障点变化的曲线。因此，可以考虑用始端检测到的故障电流幅值I_d来区分故障范围。为此，给始端的电流保护设定两个定值(定值个数应等于上游的线路数)：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dz}.\mathrm{AB}}=K_k{I}_{d\min .B}\\ I_{\mathrm{dz}.\mathrm{BC}}=K_k{I}_{d\min .C}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，I_dmin.B和I_dmin.C分别为接入DG后系统最小运行方式下线路AB和BC末端的两相短路电流；K_k为可靠系数，取0.9。这样整定的保护可保证在系统任何运行方式下发生相间短路都能保护线路的全长。当始端保护测得的I_d大于I_dz.AB判AB线路故障；I_d大于I_dz.BC判BC故障。

本质上看，这种原理仍然是按照躲开某点短路电流整定的，所以存在着与三段式电流保护类似的缺点：无法区分本线路的末段故障与下条线路的出口故障，不能将线路作为整体精确地划分出故障区段。因此，需寻求其他信息对该原理加以完善。最简单有效的方法是在DG上游的每条线路末端都加装方向元件。DG下游每条线路仍采用原有的三段式电流保护，按助增情况整定。具体动作情况分析如下：

(1)当I_d＞I_dz.AB时，若由广域网得到了AB末端方向元件因功率方向为“+”而动作的信号，则判定故障发生在AB段，跳开断路器1和其对侧的断路器；若由广域网得到了AB线路末端方向元件不动作的信号，则判故障在BC段出口附近，跳开断路器2及对侧断路器；

(2)当I_dz.AB＞I_d＞I_dz.BC时，若BC线路末端的功率方向为“+”，则判故障在BC线路上，跳开断路器2和其对侧的断路器；反之，则判故障在下游，应该由下游保护按照常规原理有选择性的切除。.

现将该方法的最佳实施方案描述如下：

1.广域网前提下，只在DG上游第一条馈线的始端装设一套电流保护，依据公式(2)给始端的电流保护设定定值。定值的个数应等于DG上游的线路数；

2.在DG上游每条馈线的末端都加装方向元件；

3.DG下游每条线路仍采用原有的三段式电流保护，按助增情况整定；

4.对DG上游线路而言，当流过电流保护的电流I_d大于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值时，若本线路末端方向元件动作时，证明故障在本线路上，跳开本线路两端的断路器；若本线路末端方向元件不动作时，证明故障在相邻线路上，跳开相邻线路两端的断路器；

5.对DG上游最末一条线路而言，当流过电流保护的电流I_d介于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值和以相邻线路末端两相短路电流为基础的整定值之间时，若本线路末端的功率方向为“+”，则判故障在本线路上；反之，则判故障在下游，应该由下游保护按照常规原理有选择性的切除。

参考文献

[1]刘森，含分布式电源的配电网保护研究：[天津大学硕士学位论文]，天津；天津大学，2007.

[2]吴罡，陆于平，花丽丹，等.分布式发电采用故障限流器对继电保护性能的影响[J].江苏电机工程，2007，26(2)：1-4.

[3]吴新佳，陆于平，林霞，等.分布式发电条件下的广域过电流保护[C].中国高等学校电力系统及其自动化专业学术年会，合肥，2007

[4]张艳霞，姜惠兰.电力系统保护与控制[M]清华大学出版社，2006，6

Claims (2)

1.一种基于广域网的含分布式电源馈线保护方法，包括下列方面：

(1)只在分布式电源上游第一条馈线的始端装设一套电流保护，依据公式 $\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{dz}.\mathrm{AB}}=K_k{I}_{d\min .B}\\ I_{\mathrm{dz}.\mathrm{BC}}=K_k{I}_{d\min .C}\end{array}\right.$ 给始端的电流保护设定定值，定值的个数应等于分布式电源上游的线路数；式中，I_dmin.B和I_dmin.C分别为接入分布式电源后系统最小运行方式下线路AB和BC末端的两相短路电流；K_k为可靠系数；

(2)在分布式电源上游每条馈线的末端都加装方向元件；

(3)分布式电源下游每条线路采用原有的三段式电流保护，按助增情况整定；

(4)对分布式电源上游线路而言，当流过电流保护的电流I_d大于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值时，若本线路末端方向元件动作时，证明故障在本线路上，跳开本线路两端的断路器；若本线路末端方向元件不动作时，证明故障在相邻线路上，跳开相邻线路两端的断路器；

(5)对分布式电源上游最末一条线路而言，当流过电流保护的电流I_d介于以本线路末端两相短路电流为基础的整定值和以相邻线路末端两相短路电流为基础的整定值之间时，若本线路末端的功率方向为“+”，则判故障在本线路上；反之，则判故障在下游，由下游保护按照原有保护方案有选择性的切除。

2.根据权利要求1所述的基于广域网的含分布式电源馈线保护方法，其特征在于，可靠系数K_k取0.9。

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