CN102255294B - 用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统配电网继电保护领域，涉及一种用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法，利用保护安装点采集到的电压、电流信息，在短路故障发生并判定为正方向故障后，保护延时动作时间的计算方法是：在已有的反时限过电流保护整定计算式上乘以电压加速因子得到加速后的动作时间，电压加速因子取保护安装处3个相电压及3个线电压的标幺值中的最小值。本发明切除线路出口短路故障的时间非常短，能够达到无延时动作，对于线路其它点及不同类型故障，也都能够实现快速动作，满足快速性要求。

Description

用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统配电网继电保护领域，提出了一种用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法。

背景技术

随着分布式发电技术(distributed generation)的发展，越来越多的分布式电源接入电网。而分布式电源以微电网接入方式(并网运行状态)是目前分布式电源有效利用的最佳方式。微电网可以运行于并网或孤岛状态，其接入电网会给电力系统继电保护带来新的问题，导致传统保护性能变差，不能满足继电保护的要求。目前，国内外低压配电网多采用反时限过电流保护作为其主要的保护原理，受微电网接入的影响较大，产生动作时间长、不满足选择性等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对含分布式电源的微电网中传统配电网反时限过电流保护存在的问题，通过对原有的反时限过电流保护进行改进，提供一种含有电压加速策略的反时限过电流保护方法，保证了含DG微电网在各种运行状态下线路发生故障时能够快速可靠切除。本发明的技术方案如下：

一种用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法，利用保护安装点采集到的电压、电流信息，在短路故障发生并判定为正方向故障后，保护延时动作时间的计算方法是：在已有的反时限过电流保护整定计算式上乘以电压加速因子得到加速后的动作时间，电压加速因子取保护安装处3个相电压及3个线电压的标幺值中的最小值。

本发明与现有技术相比，提出了一种电压加速反时限过电流保护方法，该方法所能产生的积极效果是：首先，本发明能够适应未来微电网接入电力系统越来越广泛的状况，在微电网并网和孤岛运行情况下故障后都能快速可靠动作，保证了快速性和选择性；其次，本发明能够适应一些DG比如风力发电机、光伏电源等出力随机变化比较大的情况；本发明切除线路出口短路故障的时间非常短，能够达到无延时动作，对于线路其它点及不同类型故障，也都能够实现快速动作，满足快速性要求；最后，本发明原理简单，可行性强。

附图说明

图1为电压加速反时限过电流保护动作特性曲线与传统反时限过电流保护动作特性曲线的对比示意图；

图2为含多个DG的微电网结构示意图。

实施方式

下面将结合故障分析理论及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。

本发明主要针对微电网运行对传统反时限过电流保护的影响，对原有的反时限过电流保护进行了改进，增加了低电压加速因子来提升保护的动作速度。

1.保护原理

电力系统短路故障的基本特征为，故障支路电流增大，与故障支路相联节点(一般指装设测量及保护用电压互感器的母线)电压降低。故障点距离保护安装点越近，则电压跌落越严重。这种特性亦可由下述故障相电压的计算公式得出。当发生三相短路时保护安装处故障相电压(标幺值)为

$u^{\left(3\right)}=\frac{\sqrt{3}{I}^{\left(3\right)}{Z}_L}{U_s}---\left(1\right)$

两相短路时，保护安装处故障相间的线电压(标幺值)为

$u^{\left(2\right)}=\frac{{2I}^{\left(2\right)}{Z}_L}{\sqrt{3}{U}_s}---\left(2\right)$

中性点接地系统发生单相接地短路时，保护安装处故障相电压(标幺值)为

$u^{\left(1\right)}=\frac{I^{\left(1\right)}{Z}_L}{U_s}---\left(3\right)$

两相接地短路时，对于中性点接地系统保护安装处故障相电压(标幺值)为

$u^{\left(\mathrm{1,1}\right)}=\frac{I^{\left(\mathrm{1,1}\right)}{Z}_L}{U_s}---\left(4\right)$

对于中性点不接地系统保护安装处故障相电压(标幺值)为

$u^{\left(\mathrm{1,1}\right)}=\frac{{2I}^{\left(\mathrm{1,1}\right)}{Z}_L}{\sqrt{3}{U}_s}---\left(5\right)$

式中：Z_L为故障点到保护安装处的阻抗；Us为线路相电压基准值。

由此可见故障后故障相电压(或故障相间电压)能够反映短路故障距离保护安装处的距离，且电压跌落最严重，即故障点越近，电压越低。定义电压加速因子(u)为保护安装处3个相电压及3个线电压中的最小值(均为标幺值)，即为与故障位置相关的加速量。基于此故障特征提出的电压加速方法能够有效提高原有反时限过电流保护的动作性能。

该保护原理与传统反时限过电流保护动作特性的比较见附图1。曲线1和曲线2是满足动作时间配合关系的反时限过电流保护动作曲线，曲线2代表下级线路保护。当故障发生在该线路上时，保护动作曲线在电压加速因子作用下不等距平移为2’，特别是线路发生出口故障时，电压加速因子使保护2能够瞬时动作。而其上一级线路保护处的电压则相对较高，动作时间缩短的程度较小，曲线平移为1’，仍然能够保证上、下级保护动作时间的配合关系。

2.应用场合及整定

含多DG的微电网如附图2所示，DG1和DG2表示任意类型的分布式电源，S为等值的配电系统。当K1闭合时为微电网并网运行状态；当K1打开时即为微电网孤岛运行状态。

对于无分布式电源支路(L1、L2、L5)：电源在线路同一侧，微电网并网状态(K1闭合)和孤岛状态(K1打开)下，线路故障电流相差很大，如果按照传统反时限过电流保护配置及整定，在孤岛状态下不利于保护的快速动作。因此在电源侧(保护K2、K8、K7)配置电压加速反时限过电流保护。

对于含分布式电源支路(L3、L4)：线路两侧均存在电源，且分布式电源输出功率可能有变化或随机波动，因此与无分布式电源支路同样在不同运行方式下存在较大的故障电流差异，满足电压加速反时限过电流保护的使用条件。但在线路两端都配置断路器及保护时，应同时增加故障方向判定元件以保证反方向故障时保护不误动作。

该保护原理所采用动作特性方程(动作时间计算原则)为

$t_a=\frac{u\·t_p}{{(I/I_p)}^n-1}---\left(6\right)$

式中t_p为待整定的时间常数，n为反时限曲线形状系数，通常根据被保护元件的性质选择和确定，I_p为保护启动电流，其选择与整定均与传统反时限过电流保护整定原则相同，u为前述定义的低电压加速因子。

当多级线路保护需要配合时，应按照同一方向保护的配合关系整定。如图2中，保护K7、K5、K3动作时间逐级延长，K8、K2、K4、K6动作时间逐级延长，而实现动作时间配合对t_p进行整定时仍然可以按照原有反时限过电流保护的整定原则进行。

特别说明：本保护原理仍然适用于传统配电网并能够满足继电保护的要求。

以上内容仅为本发明的实施例，其目的并非用于对本发明所提出的系统及方法的限制，本发明的保护范围以权利要求为准。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法，其特征在于，利用保护安装点采集到的电压、电流信息，在短路故障发生并判定为正方向故障后，保护延时动作时间的计算方法是：在已有的反时限过电流保护整定计算式上乘以低电压加速因子得到加速后的动作时间，低电压加速因子取保护安装处3个相电压及3个线电压的标幺值中的最小值，即保护延时动作时间的计算公式为：

式中，t_p为待整定的时间常数，n为反时限曲线形状系数，I_p为保护启动电流，u为低电压加速因子。

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