CN102904225B - 一种含分布式电源配电网的纵联保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含分布式电源配电网的纵联保护方法，首先馈线MN首末端继电保护装置分别从M、N点计算故障时公共联接点PCC的电压 然后计算最后判断ΔV是否大于定值ΔV_set，若大于则保护动作，否则分别计算M、N点电压、电流方向。若满足方向判据，则保护动作，否则保护不动作。保护装置在无需获取“T”接支路电压、电流信息的前提下，通过检测就地电压、电流信息完成PCC电压计算及PCC电压差值计算，进而实现故障判断。本发明有效解决了现有的分布式电源“T”接于馈线时的保护问题，并具有较高的可靠性，在工程实践中具有很强的实用性。

Description

一种含分布式电源配电网的纵联保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护方法，特别涉及一种含分布式电源配电网的纵联保护方法。

背景技术

传统的配电网是单电源的辐射性网络，馈线基本采用三段式过流保护。然而，分布式电源接入改变了传统的配电网结构，降低了传统配电网保护的可靠性。对此，纵联保护被认为是解决含分布式电源配电网保护问题的最佳选择，但对于分布式电源“T”接于馈线的情况，由于传统的纵联保护无法获得“T”接支路的电气信息，其动作可靠性仍然无法得到保证。因此，为解决分布式电源“T”接于馈线的配电网保护问题，必须从保护原理、策略上予以改进。

发明内容

为克服现有的纵联保护应用于分布式电源“T”接于馈线时存在的问题，本发明提出了一种基于公共联接点PCC计算电压差值比较的纵联保护方法，有效解决了分布式电源“T”接于馈线时的保护问题，并在无需获取分布式电源故障电流信息的情况下，有效计及了其影响。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种含分布式电源配电网的纵联保护方法，包括以下步骤：

(1)继电保护装置上电；

(2)初始化纵联保护定值ΔV_set

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{set}}=K_{\mathrm{rel}}\left|{\stackrel{.}{I}}_{L\_\max }{Z}_{\mathrm{set}}\right|$

式中，表示馈线MN的最大负荷电流，其中M点、N点分别为馈线MN的首端、末端；K_rel表示大于1的可靠系数；Z_set取值如下：设公共联接点PCC至M点的线路为PCC-M，设公共联接点PCC至N点的线路为PCC-N，若PCC-M的长度小于PCC-N的长度，Z_set则取PCC-M阻抗的10～15％；否则，Z_set取PCC-N阻抗的10～15％；

(3)M点、N点的继电保护装置分别对M点、N点母线电压及馈线电流进行采样、变换，分别获取M点、N点母线电压及馈线电流的向量值；

(4)计算公共联接点PCC的电压：

M点的继电保护装置从M点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_M}={\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{M\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{LM}}$

N点的继电保护装置从N点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_N}={\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{N\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{N\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{LN}}$

式中，φ表示一相，φ＝A、B、C，分别表示故障时从M点、N点的一侧计算得到的母线相电压，分别表示故障时在M点、N点测得的馈线MN的相电流，Z_LM、Z_LN分别表示故障时M点、N点至公共联接点PCC的线路阻抗；

(5)M点、N点的继电保护装置交换计算得到的公共联接点PCC电压；

(6)计算 $\mathrm{\ΔV}=|{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_M}-{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_N}|;$

(7)判断ΔV是否大于ΔV_set，若是，则判为区内故障，保护动作；否则判断是否满足以下方向判据：

式中，φφ表示两相相间，φφ＝AB、BC、CA，分别表示故障时M、N点母线的相间电压，分别表示故障时在M、N点测得的馈线MN的相间电流，表示线路阻抗角，arg表示角度运算；

若满足方向判据，则判为区内故障，保护动作；否则，表明区内无故障，返回步骤(3)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明结合了含分布式电源“T”接于馈线的配电网特点，提出了一种适用于“T”接线路的新型纵联保护方法：首先馈线MN首末端继电保护装置分别从M、N点计算故障时公共联接点PCC的电压然后计算最后判断ΔV是否大于定值ΔV_set，若大于则保护动作，否则分别计算M、N点电压、电流方向。若满足方向判据，则保护动作，否则保护不动作。保护装置在无需获取“T”接支路电压、电流信息的前提下，通过检测就地电压、电流信息完成PCC电压计算及PCC电压差值计算，进而实现故障判断。本发明有效解决了分布式电源“T”接于馈线时的保护问题，并在无需获取分布式电源故障电流信息的情况下，有效计及了其影响，具有较高的可靠性，在工程实践中具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明的实施例采用的馈线图。

图2为本发明的实施例的采用本发明的含分布式电源配电网的纵联保护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例以图1所示的馈线图为例，图中M点、N点分别为馈线MN的首端、末端，分别表示电网正常时在M点、N点测得的馈线电流，公共联接点PCC在馈线MN中，表示分布式电源(DG)的故障电流，f₁、f₂为故障点。M点上游系统的短路等值阻抗为1.3j(Ω)，MN线路总长度为7km，N点下游线路长度为4km，线路单位长度阻抗为0.118+0.356 j(Ω)，其阻抗角为71.7°，分布式电源额定容量为4MW，公共联接点PCC距M点距离为3km，N点系统的分布式电源总容量为4MW，K_q取值为2。

采用本发明的含分布式电源配电网的纵联保护方法，如图2所示，包括以下步骤：

(1)继电保护装置上电；

(2)初始化纵联保护定值ΔV_set

${\mathrm{\ΔV}}_{\mathrm{set}}=K_{\mathrm{rel}}\left|{\stackrel{.}{I}}_{L\_\max }{Z}_{\mathrm{set}}\right|$

式中，表示馈线MN的最大负荷电流，其中M点、N点分别为馈线MN的首端、末端；K_rel表示大于1的可靠系数；Z_set取值如下：设公共联接点PCC至M点的线路为PCC-M，设公共联接点PCC至N点的线路为PCC-N，若PCC-M的长度小于PCC-N，Z_set则取PCC-M阻抗的10～15％；否则，Z_set取PCC-N阻抗的10～15％；

(3)M点、N点的继电保护装置分别对M点、N点母线电压及馈线电流进行采样、变换，分别获取M点、N点母线电压及馈线电流的向量值；

(4)计算公共联接点PCC的电压：

M点的继电保护装置从M点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_M}={\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{M\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{LM}}$

N点的继电保护装置从N点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_N}={\stackrel{\·}{V}}_{\mathrm{N\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{N\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{LN}}$

式中，φ表示一相，φ＝A、B、C，分别表示故障时从M点、N点的一侧计算得到的母线相电压，分别表示故障时在M点、N点测得的馈线MN的相电流，Z_LM、Z_LN分别表示故障时M点、N点至公共联接点PCC的线路阻抗；

(5)M点、N点的继电保护装置交换计算得到的公共联接点PCC的电压；

(6)计算 $\mathrm{\ΔV}=|{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_M}-{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_N}|;$

(7)判断ΔV是否大于ΔV_set，若是，则判为区内故障，保护动作；否则判断是否满足以下方向判据：

式中，φφ表示两相相间，φφ＝AB、BC、CA，分别表示故障时M、N点母线的相间电压，分别表示故障时在M点、N点测得的馈线MN的相间电流，表示线路阻抗角，arg表示角度运算；

若满足方向判据，则判为区内故障，保护动作；否则，表明区内无故障，返回步骤(3)。

图1中，若故障发生在f₁点，且f₁点至PCC的阻抗为ΔZ，则步骤(6)中ΔV即为

$\mathrm{\ΔV}=|{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_M}-{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f\_N}|=|{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}+{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{N\φ}\·f}+{\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{DG\φ}\·f}|\left|\mathrm{\ΔZ}\right|$

式中，表示分布式电源输出的故障电流的相电流。

上式表明，ΔV在计算过程中并不需要获取“T”接支路的电流信息，但实际却已包含了分布式电源的故障电流。因此，本发明在无法获取“T”接支路的电流信息的前提下，有效计及了其支路电流的影响，确保保护动作的可靠性。

下面列举四种不同故障类型予以说明：

情况1：

三相短路故障发生在M点至PCC线路的80％处，继电保护装置在M点测得的母线A相电压为2.39∠-25°(kV)，馈线MN的A相电流2.69∠-96.4°(kA)，在N点测得的母线A相电压0.77∠-63.9°(kV)，馈线MN的A相电流为0.40∠-136°(kA)。由上述数据，M点、N点的继电保护装置可分别计算得到为0.63∠156.5°，为0.17∠-62.1°。M点、N点的继电装置交换信息后，计算ΔV为0.77kV。由于ΔV>ΔV_set，保护动作。

情况2：

AB两相短路故障发生在N点至PCC线路的80％处，继电保护装置在M点测得的母线A相电压为4.56∠-23.4°(kV)，馈线MN的A相电流为1.64∠-49.9°(kA)，在N点测得母线A相间电压为3.26∠-49.1°(kV)，馈线MN的A相电流为0.28∠-16.2°(kA)。由上述数据，M点、N点的继电保护装置可分别计算得到为3.51∠-45.2°，为3.4∠-56.1°。M点、N点保护装置交换信息后，计算ΔV为0.66kV。由于ΔV>ΔV_set，保护动作。

情况3：

三相短路故障发生在M点至PCC线路的100％处，继电保护装置在M点测得的母线A相电压为2.72∠-23.6°，馈线MN的A相电流为2.44∠-95.0°，在N点测得的母线A相电压为0.604∠-67.3°，馈线MN的A相电流为0.41∠-136.3°。由上述数据，M点、N点的继电保护装置可分别计算得到为0.048∠-178.4°，为0.044∠-179°。M点、N点的继电保护装置交换信息后，计算ΔV为0.003kV。由于ΔV<ΔV_set，分别计算M、N点电压、电流方向可得由方向判据可知满足动作条件，保护动作。

情况4：

三相短路发生在N侧下游线路2km处，保护装置在M点测得的母线A相电压为4.40∠-25.9°，馈线MN的A相电流为1.07∠-103.8°，在N侧测得的母线A相电压为1.26∠-52.5°，馈线MN的A相电流为1.33∠85.8°。由上述数据，M点、N点的继电保护装置可分别计算得到为3.2∠-23.5°，为3.3∠-23.0°。M点、N点的继电保护装置交换信息后，计算ΔV为0.07kV。由于ΔV<ΔV_set，分别计算M、N点电压、电流方向可得 由方向判据可知不满足动作条件，保护不会动作。

理论和实际表明，本发明采用PCC电压差值比较的方式判断故障区域，实现了在无法获得“T”接支路电流信息的情况下，有效计及了其支路电流的影响，提高了保护装置对故障判断的可靠性，在工程具有良好的实用价值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种含分布式电源配电网的纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)继电保护装置上电；

(2)初始化纵联保护定值ΔV_set

${\mathrm{\&Delta;V}}_{\mathrm{set}}=K_{\mathrm{rel}}\left|{\stackrel{.}{I}}_{L\_\max }{Z}_{\mathrm{set}}\right|$

式中，表示馈线MN的最大负荷电流，其中M点、N点分别为馈线MN的首端、末端；K_rel表示大于1的可靠系数；Z_set取值如下：设公共联接点PCC至M点的线路为PCC-M，设公共联接点PCC至N点的线路为PCC-N，若PCC-M的长度小于PCC-N的长度，Z_set则取PCC-M阻抗的10～15％；否则，Z_set取PCC-N阻抗的10～15％；

(3)M点、N点的继电保护装置分别对M点、N点母线电压及馈线电流进行采样、变换，分别获取M点、N点母线电压及馈线电流的向量值；

(4)计算公共联接点PCC的电压：

M点的继电保护装置从M点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f\_M}={\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}{Z}_{\mathrm{LM}}$

N点的继电保护装置从N点的一侧计算故障时公共联接点PCC的电压：

${\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f\_N}={\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_{\mathrm{N\&phi;}\&CenterDot;f}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{N\&phi;}\&CenterDot;f}{Z}_{\mathrm{LN}}$

式中，φ表示一相，φ＝A、B、C，分别表示故障时从M点、N点的一侧计算得到的母线相电压，分别表示故障时在M点、N点测得的馈线MN的相电流，Z_LM、Z_LN分别表示故障时M点、N点至公共联接点PCC的线路阻抗；

(5)M点、N点的继电保护装置交换计算得到的公共联接点PCC电压；

(6)计算 $\mathrm{\&Delta;V}=|{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f\_M}-{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f\_N}|;$

(7)判断ΔV是否大于ΔV_set，若是，则判为区内故障，保护动作；否则判断是否满足以下方向判据：

式中，φφ表示两相相间，φφ＝AB、BC、CA，分别表示故障时M、N点母线的相间电压，分别表示故障时在M、N点测得的馈线MN的相间电流，表示线路阻抗角，arg表示角度运算；

若满足方向判据，则判为区内故障，保护动作；否则，表明区内无故障，返回步骤(3)。