CN102904226B - 一种含分布式电源配电网的自适应距离保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含分布式电源配电网的自适应距离保护方法，保护装置根据采样数据，判断故障为对称故障还是非对称故障；若为对称故障，则计算故障时公共联结点PCC的相电压 若90°≤β_φ≤270°，则保护动作，否则计算对称故障时自适应距离保护定值Z_set，若小于Z_set，则保护动作；若为非对称故障，则计算的正序分量 正序分量的 若90°≤β′_φ≤270°，则保护动作，否则计算非对称故障时自适应距离保护定值Z′_set，若小于Z′_set，则保护动作。本发明确保距离保护在分布式电源的影响下，具有固定的保护范围，提高其动作可靠性。

Description

一种含分布式电源配电网的自适应距离保护方法

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自适应距离保护方法。

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故障特性，给传统的配电网保护带来严峻的挑战。尤其是清洁类型的分布式电源出力存在很大的随机性，严重影响保护动作的灵敏性，给保护整定、配合带来困难。对于传统的过电流保护，由于灵敏性受系统运行方式的影响大且方向性差，已难以满足含分布式电源配电网的发展要求，而距离保护相对而言受系统运行方式的影响较小且具有很强的方向性，因此在含分布式电源配电网中具有很好的应用前景。但是，对于采用固定定值动作方式的距离保护，在分布式电源的影响下仍然无法确保固定的动作范围。因此，为解决距离保护没有固定保护范围的问题，消除分布式电源带来的负面影响，必须从距离保护的整定方式与实现策略上予以改进。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种含分布式电源配电网的自适应距离保护方法，确保距离保护在分布式电源影响下，具有固定的保护范围，提高其动作可靠性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

（1）继电保护装置上电；

（2）初始化距离保护固定定值Z_g；

（3）继电保护装置对保护安装点的母线电压及馈线电流进行采样、变换，获取母线电压、馈线电流向量值；

（4）计算电网正常运行时公共联结点PCC的相电压U_PCCφ幅值并更新U_PCCφ的存储值，计算方式如下：

$U_{\mathrm{PCC\φ}}=|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}}{Z}_{\mathrm{MP}}|$

式中，φ表示一相，φ=A、B、C，表示电网正常运行时保护安装点的母线相电压，表示电网正常运行时的馈线相电流，Z_MP表示保护安装点至公共联结点PCC的线路阻抗；

（5）进行故障判断并判断故障类型，若为对称故障则执行步骤（6）~（10），若为非对称故障则执行步骤（11）~（15）；

（6）计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}\right|\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}=\arg {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{\φ}}=\arg ({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f})\end{array}\right.$

其中，为故障时公共联结点PCC的相电压；U_PCCφ·f表示故障时公共联结点PCC的相电压幅值，arg表示角度运算；表示故障时保护安装点的母线相电压；表示故障时的馈线相电流；

（7）判断90°≤β_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤（8）；

（8）计算故障时分布式电源输出的无功电流I_qφ·f：

I_qφ·f=I_ek_q(U_PCCφ-U_PCCφ·f)/U_nφ

式中，I_e表示分布式电源的额定电流，k_q表示系数，U_nφ表示公共联结点的额定相电压；

（9）计算对称故障时自适应距离保护定值Z_set：

$Z_{\mathrm{set}}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\φ}\·f}{e}^{{\mathrm{j\α}}_{\mathrm{\φ}}}/{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}$

（10）判断测量阻抗是否小于Z_set，若小于则保护动作，若大于则返回步骤（3）；

（11）计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}\right|\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg ({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+})\end{array}\right.$

式中，表示的正序分量，表示正序分量，表示的正序分量；

（12）判断90°≤β′_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤（13）；

（13）计算故障时分布式电源输出无功电流中的相间电流I_qφφ·f：

$I_{\mathrm{q\φ\φ}\·f}=\sqrt{3}{I}_e{k}_q(U_{\mathrm{PPC\φ}}^{+}-U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+})/U_{\mathrm{n\φ}}$

式中，φφ表示两相相间，φφ=AB、BC、CA；

（14）计算非对称故障时的自适应距离保护定值：

$Z_{\mathrm{set}}^{\′}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\φ\φ}\·f}{e}^{j(\frac{\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}^{\′})}/{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ\φ}\·f}$

式中，表示馈线电流的相间电流，α′_φ中的φ取φφ中的超前相；

（15）判断测量阻抗是否小于Z′_set，若是，则保护动作，否则返回步骤（3）。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明结合新的并网规定，利用分布式电源在电网故障时优先输出无功且输出的无功电流与电压跌落量成比例的特点，提出以分布式电源无功电流代替分布式电源故障电流自适应调整距离保护定值的方法：保护装置根据母线电压、馈线电流采样数据，判断故障是对称故障还是非对称故障；若为对称故障，则计算故障时公共联结点PCC的相电压 若90°≤β_φ≤270°，则保护动作，否则计算对称故障时自适应距离保护定值Z_set，若小于Z_set，则保护动作；若为非对称故障，则计算的正序分量 ${\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+},$ ${\mathrm{\β}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg ({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+}),$ 若90°≤β′_φ≤270°，则保护动作，否则计算非对称故障时自适应距离保护定值Z′_set，若小于Z′_set，则保护动作。本发明确保距离保护在分布式电源出力随机变化的情况下，具有固定的保护范围，提高其动作可靠性。

附图说明

图1为本发明的实施例含分布式电源（DG）的配电网的接线图。

图2为本发明的实施例含分布式电源配电网的自适应距离保护方法的流程图。

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所示的含分布式电源配电网为例，图中M为保护安装点，表示故障时的馈线电流，为分布式电源的故障电流；F1表示馈线，f表示故障点。

采用本发明的自适应距离保护方法，如图2所示，包括以下步骤：

（1）继电保护装置上电；

（2）初始化距离保护固定定值Z_g；

（3）继电保护装置对保护安装点的母线电压及馈线电流进行采样、变换，获取母线电压、馈线电流向量值；

（4）计算电网正常运行时公共联结点PCC的相电压U_PCCφ幅值并更新U_PCCφ的存储值，计算方式如下：

$U_{\mathrm{PCC\φ}}=|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}}{Z}_{\mathrm{MP}}|$

式中，φ表示一相，φ=A、B、C，表示电网正常运行时保护安装点的母线相电压，表示电网正常运行时的馈线相电流，Z_MP表示保护安装点至公共联结点PCC的线路阻抗；

（5）进行故障判断并判断故障类型，若为对称故障则执行步骤（6）~（10），若为非对称故障则执行步骤（11）~（15）；

（6）计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}\right|\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}=\arg {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{\φ}}=\arg ({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f})\end{array}\right.$

其中，为故障时公共联结点PCC的相电压；U_PCCφ·f表示故障时公共联结点PCC的相电压幅值，arg表示角度运算；表示故障时保护安装点的母线相电压；表示故障时的馈线相电流；

（7）判断90°≤β_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤（8）；

（8）计算故障时分布式电源输出的无功电流I_qφ·f：

I_qφ·f=I_ek_q(U_PCCφ-U_PCCφ·f)/U_nφ

式中，I_e表示分布式电源的额定电流，k_q表示系数，U_nφ表示公共联结点的额定相电压；

（9）计算对称故障时自适应距离保护定值Z_set：

$Z_{\mathrm{set}}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\φ}\·f}{e}^{{\mathrm{j\α}}_{\mathrm{\φ}}}/{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}$

（10）判断测量阻抗是否小于Z_set，若小于则保护动作，若大于则返回步骤（3）；

（11）计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+}-{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}=\left|{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}\right|\\ {\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}\\ {\mathrm{\β}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=\arg ({\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+}/{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{M\φ}\·f}^{+})\end{array}\right.$

式中，表示的正序分量，表示正序分量，表示的正序分量；

（12）判断90°≤β′_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤（13）；

（13）计算故障时分布式电源输出无功电流中的相间电流I_qφφ·f：

$I_{\mathrm{q\φ\φ}\·f}=\sqrt{3}{I}_e{k}_q(U_{\mathrm{PPC\φ}}^{+}-U_{\mathrm{PCC\φ}\·f}^{+})/U_{\mathrm{n\φ}}$

式中，φφ表示两相相间，φφ=AB、BC、CA；

（14）计算非对称故障时的自适应距离保护定值：

$Z_{\mathrm{set}}^{\′}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\φ\φ}\·f}{e}^{j(\frac{\mathrm{\π}}{6}+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{\φ}}^{\′})}/{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{M\φ\φ}\·f}$

式中，表示馈线电流的相间电流，α′_φ中的φ取φφ中的超前相；

（15）判断测量阻抗是否小于Z′_set，若是，则保护动作，否则返回步骤（3）。

图1中保护安装点M上游系统的短路等值阻抗为0.826+3.792j(Ω)，馈线F1总长度为12km，线路单位长度阻抗为0.118+0.356j(Ω)，分布式电源额定容量为8MW，接入在馈线F1的中点，k_q取值为2。故障前，M点母线电压为额定值，Z_g按馈线F1的85%整定为1.2+3.63i(Ω)。

下面列举两种不同故障类型予以说明：

情况1：

三相短路故障发生在馈线F1的80%处，保护装置在M点测得的母线A相电压为3.4∠-20°(kV)，馈线F1的A相电流为0.69∠-95°(kA)，计算得到为1.83∠-17°，I_qA·f为0.63∠-107°kA。由以上数据可计算Z_set为1.92+4.88i(Ω)，Z_c为1.25+4.68i，由于Z_c<Z_set，保护动作。

情况2：

AB两相短路故障发生在F1线路的70%处，保护装置在M点测得为4.74∠27.7°(kV)，为1.52∠-56.5°(kA)，为4.61∠16.2°(kV)，为0.66∠-126.6°(kA)，计算得到为4.37∠34.9°(kV)，I_qAB·f为0.39∠-24.9°(kA)。由以上数据可计算Z′_set为1.11+4.02i(Ω)，Z_c为0.32+3.09i，由于Z_c<Z′_set，保护动作。

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自适应距离保护方法，其特征在于，包括以下步骤:

(1)继电保护装置上电；

(2)初始化距离保护固定定值Z_g；

(3)继电保护装置对保护安装点的母线电压及馈线电流进行采样、变换，获取母线电压、馈线电流向量值；

(4)计算电网正常运行时公共联结点PCC的相电压U_PCCφ幅值并更新U_PCCφ的存储值，计算方式如下：

$U_{\mathrm{PCC\&phi;}}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{M\&phi;}}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;}}{Z}_{\mathrm{MP}}|$

式中，φ表示一相，φ＝A、B、C，表示电网正常运行时保护安装点的母线相电压，表示电网正常运行时的馈线相电流，Z_MP表示保护安装点至公共联结点PCC的线路阻抗；

(5)进行故障判断并判断故障类型，若为对称故障则执行步骤(6)～(10)，若为非对称故障则执行步骤(11)～(15)；

(6)计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}-{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}=\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}\right|\\ {\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{\&phi;}}=\arg {\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}\\ {\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&phi;}}=\arg ({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}/{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f})\end{array}\right.$

其中，为故障时公共联结点PCC的相电压；U_PCCφ·f表示故障时公共联结点PCC的相电压幅值，arg表示角度运算；表示故障时保护安装点的母线相电压；表示故障时的馈线相电流；

(7)判断90°≤β_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤(8)；

(8)计算故障时分布式电源输出的无功电流I_qφ·f：

I_qφ·f＝I_ek_q(U_PCCφ-U_PCCφ·f)/U_nφ

式中，I_e表示分布式电源的额定电流，k_q表示系数，U_nφ表示公共联结点的额定相电压；

(9)计算对称故障时自适应距离保护定值Z_set：

$Z_{\mathrm{set}}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\&phi;}\&CenterDot;f}{e}^{{\mathrm{j\&alpha;}}_{\mathrm{\&phi;}}}/{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}$

(10)判断测量阻抗是否小于Z_set，若小于则保护动作，若大于则返回步骤(3)；

(11)计算

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}={\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}-{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}{Z}_{\mathrm{MP}}\\ U_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}=\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}\right|\\ {\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}=\arg {\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}\\ {\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}=\arg ({\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+}/{\stackrel{\&CenterDot;}{U}}_{\mathrm{M\&phi;}\&CenterDot;f}^{+})\end{array}\right.$

式中，表示的正序分量，表示正序分量，表示的正序分量；

(12)判断90°≤β′_φ≤270°是否成立，若成立，保护动作，否则执行步骤(13)；

(13)计算故障时分布式电源输出无功电流中的相间电流I_qφφ·f：

$I_{\mathrm{q\&phi;\&phi;}\&CenterDot;f}=\sqrt{3}{I}_e{k}_q(U_{\mathrm{PCC\&phi;}}^{+}-U_{\mathrm{PCC\&phi;}\&CenterDot;f}^{+})/U_{\mathrm{n\&phi;}}$

式中，φφ表示两相相间，φφ＝AB、BC、CA；

(14)计算非对称故障时的自适应距离保护定值：

$Z_{\mathrm{set}}^{\&prime;}=Z_g-j(Z_g-Z_{\mathrm{MP}})I_{\mathrm{q\&phi;\&phi;}\&CenterDot;f}{e}^{j(\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}+{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;})}/{\stackrel{\&CenterDot;}{I}}_{\mathrm{M\&phi;\&phi;}\&CenterDot;f}$

式中，表示馈线电流的相间电流，α'_φ中的φ取φφ中的超前相；

(15)判断测量阻抗是否小于Z′_set，若是，则保护动作，否则返回步骤(3)；其中表示故障时保护安装点的母线相间电压。