CN103872665A - 一种适用于分布式电源接入的配电网集成保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于分布式电源接入的配电网集成保护方法，该方法包括如下步骤：分别计算计入逆变器型分布式电源接入和不计逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值；将计算出的配电网电流保护的两套定值单载入本地保护装置，并判断是否满足检测限定条件。本发明提供的方法考虑了不同容量分布式光伏电源接入后对配电网电流故障特性的影响，通过基于本地信息的自适应调整定值，使得配电网电流保护采用相应定值能够快速的切除故障，减轻短路配电网的影响，且避免了对配电网的大规模改造，可不借助通讯或者非实时通讯就能使其电流保护达到较好的性能，可行性强且节省投资,在工程实践中具有很强的实用性。

Description

一种适用于分布式电源接入的配电网集成保护方法

技术领域

本发明属于配电网继电保护技术领域，特别涉及逆变器型分布式电源接入配电网的保护方法。

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。对于含分布式电源的配电系统，由于其电源出力的随机性，将导致传统电流保护的定值难以整定。现有方法主要有限制分布式电源接入规模或禁止倒送电流、采用基于光纤等通讯信道的纵联保护等方法（如光纤纵联差动保护）实现。上述方法，不符合国家支持分布式电源接入配电网的政策，或需大规模改造配网，成本高，只在分布式电源专线接入等特殊情况下适用。在配电网未进行大规模改造的条件下，只有考虑逆变型分布式电源的控制策略和故障特性，才能得到其故障电流的特性；同时结合配电网电流保护的整定计算规程，分析分布式电源提供的故障电流对配电网上下游线路电流保护的影响，才能研究出逆变型分布式电源接入后的配电网集成保护方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种一种整体整定局部优化的保护方法,通过分析逆变型分布式电源的控制策略和故障特性，得到其故障电流的特性，结合传统配电网电流保护整定规程，分别计算出计入分布式电源接入和不计分布式电源接入的两组电流保护定值；再根据配网支路所在的分布式电源就地检测对保护装置的定值进行调整的方法，保证了含分布式电源接入的配电系统保护的正确可靠动作。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种适用于分布式电源接入的配电网集成保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(一)分别计算计入逆变器型分布式电源接入和不计逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值；

(二)将步骤（一）中得出的配电网电流保护的两套定值单载入本地保护装置，并判断是否满足检测限定条件。

优选地，所述步骤（一）中，计算不计逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值包括：采用网络等值化简方法得到系统参数，并利用常规配电网阶段式电流保护整定方法得到的保护定值；所述系统参数包括：等效系统电源E_S,等效系统阻抗Z_S,等效上游线路阻抗Z_AB,等效下游级线路阻抗Z_BC；计算计入逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值包括：计及逆变型分布式电源的输出功率和供给故障电流的关系对电流保护影响。

优选地，所述步骤（一）中，计入逆变器型分布式电源接入时，分布式光伏电源提供的故障电流I_IIDG如下式表达：

I_IIDG≤1.5I_{IIDG_N}  （1）

式中，I_{IIDG_N}为分布式光伏电源的额定电流。

优选地，接入分布式光伏电源后的速断动作电流

整定为：

$I_{\mathrm{OP}1}^{I^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^I{I}_{\mathrm{fC}\max }^{{\left(3\right)}^{,}}---\left(2\right)$

式中，

为可靠系数，取

为最大运行方式的情况下，被保护线路末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流，其值为未接入分布式电源时被保护线路末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流E_S/(Z_S+Z_AB+Z_BC)与分布式电源提供的故障电流(Z_S+Z_AB)I_IIDG/Z_BC之和；

限时电流速断的动作电流

按躲过相邻线路保护的瞬时电流速断的动作电流整定，即如下式表示：

$I_{\mathrm{OP}1}^{{\mathrm{II}}^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_{F.\max }{I}_{\mathrm{OP}2}^{I^{,}}---\left(3\right)$

式中，

为限时电流速断保护的可靠系数，

的取值范围为1.1～1.2；

为相邻线路保护B瞬时电流速断的动作电流；K_F.max分支系数。

优选地，所述步骤（二）中，所述定值单采用离线整定或者非实时通讯信道载入所述本地保护装置；触发定值切换的判据由本地信号或检测元件进行触发；所述信号包括：断路器开关变位信号；所述检测元件包括：光敏传感元件或其他谐波检测元件。

优选地，所述步骤（二）中，所述判断包括：分布式电源提供的故障电流流入配电网后，若配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之内，则不影响电流保护，此电流保护定值适用于小规模的分布式电源接入对保护的情况；若配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之外时，调整电流保护定值，以适用于较大规模的分布式电源接入对保护的情况。

优选地，所述断路器开关变位信号传递范围不超过分布式电源接入后影响的电流保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出了一种配电网整体整定局部优化的集成保护方法，该方法所能产生的积极效果是因为，对配电网电流保护的整体整定时，考虑了不同容量分布式光伏电源接入后对配电网电流故障特性的影响；其次，通过基于本地信息的自适应调整定值，在接入的分布式电源输出功率变化时，本发明使得配电网电流保护采用相应定值能够快速的切除故障，可以减轻短路配电网的影响；最后，本发明避免了对配电网的大规模改造，可不借助通讯或者非实时通讯就能使其电流保护达到较好的性能，可行性强且节省投资,在工程实践中具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明实施例中配电网模型等值图；

图2是本发明方法的流程图；

图3是本发明实施例中不同容量比的分布式电源接入对故障电流变化率的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的方法包括以下步骤:

1、根据本地区配电网的电网结构，结合分布式电源的接入情况，分别计算出两组定值：一组为未接入逆变器型分布式电源时，采用网络等值化简方法得到系统参数（如图1所示，该系统参数包括：等效系统电源E_S,等效系统阻抗Z_S,等效上游线路阻抗Z_AB,等效下游级线路阻抗Z_BC），利用常规配电网阶段式电流保护整定方法得到的保护定值；另一组为配电网在考虑逆变型分布式电源的输出功率和供给故障电流的关系对电流保护影响的条件下，得到的电流保护定值。

步骤1中，由于逆变器的容量限制，当配电网线路发生故障后，分布式光伏电源提供的故障电流受最大功率和最大输出电流限制。考虑最为恶劣的条件下，分布式光伏电源提供的故障电流I_IIDG可表示为：

I_IIDG≤1.5I_{IIDG_N}  （1）

式中，I_{IIDG_N}为分布式光伏电源的额定电流。

在分布式光伏电源接入后，装设于本线路保护B处的速断动作电流

应整定为：

$I_{\mathrm{OP}1}^{I^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^I{I}_{\mathrm{fC}\max }^{{\left(3\right)}^{,}}---\left(2\right)$

式中，为可靠系数，一般取

为最大运行方式的情况下，被保护线路BC末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流，其值为未接入分布式电源时被保护线路BC末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流E_S/(Z_S+Z_AB+Z_BC)与分布式电源提供的故障电流(Z_S+Z_AB)I_IIDG/Z_BC之和。

限时电流速断的动作电流

（上标II表示限时电流速断保护）应按躲过相邻线路保护B的瞬时电流速断的动作电流来整定，即

$I_{\mathrm{OP}1}^{{\mathrm{II}}^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_{F.\max }{I}_{\mathrm{OP}2}^{I^{,}}---\left(3\right)$

式中，

为限时电流速断保护的可靠系数，一般

的取值范围为1.1～1.2；

为相邻线路保护B瞬时电流速断的动作电流。K_F.max分支系数，取为I_AB/I_BC，I_AB为流过线路AB的电流，I_BC为流过线路BC的电流。

2.将计算得到的配电网电流保护的两套定值单采用离线整定或者非实时通讯信道载入本地保护装置。其中触发定值切换的判据由本地安装的信号或检测元件（如：断路器开关变位信号、光敏传感元件或者其他谐波检测元件）进行触发，从而使得本地保护装置具有自适应分布式电源接入的电流保护定值，能在故障发生时正确动作。因为，接有分布式电源的相邻断路器的开关变位信号、光线强度达到一定值或谐波含量占电流大小比例达到一定值，对应于分布式电源已并入电网，此时分布式电源发出的功率满足触发定值切换的门槛值。其中，此开关变位信号传递范围为限于分布式电源接入后影响的电流保护。

计算的两组定值分别适用于不同容量分布式电源接入的配电网电流保护。其中，算法提出的依据是考虑了不同容量分布式电源的接入对配电网电流变化率的影响，以±10%为门槛。若分布式电源提供的故障电流流入配电网后，配电网的电流变化范围在[-10%+10%]之内时，认为不影响电流保护，此电流保护定值适用于小规模的分布式电源接入对保护的情况；配电网的电流变化范围在[-10%+10%]之外时，调整相应电流保护定值，使其适用于较大规模的分布式电源接入对保护的情况。

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。

实施例：

1、如图1所示，由于线路BC末端故障时，由于分布式电源的接入降低了上游线路电流保护A检测到的故障电流；而助增了下游线路电流保护B检测到的故障电流。此时，在分布式电源接入前和接入后的两种情况，仍要保证电流保护能可靠动作。根据本地区配电网的电网结构，结合分布式电源的接入情况，分别计算出两组定值：一组为未接入逆变器型分布式电源(DG)时，采用网络等值化简方法得到系统参数，利用常规配电网阶段式电流保护整定方法得到的保护定值；另一组为配电网在考虑逆变型分布式电源的输出功率和供给故障电流的关系对电流保护影响的条件下，得到的电流保护定值。整体的计算流程图如图2所示。

2、其中，分布式光伏电源接入前，装设于本线路保护B处的速断动作电流

应为：

$I_{\mathrm{OP}1}^I=K_{\mathrm{rel}}^I{I}_{\mathrm{fC}\max }^{\left(3\right)}---\left(1\right)$

式中，

为可靠系数，一般取

为最大运行方式的情况下，被保护线路BC末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流。

限时电流速断的动作电流

（上标II表示限时电流速断保护）应按躲过相邻线路保护B的瞬时电流速断的动作电流来整定，即

$I_{\mathrm{op}1}^{\mathrm{II}}=K_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{I}_{\mathrm{op}2}^I---\left(2\right)$

式中，

为限时电流速断保护的可靠系数，一般

的取值范围为1.1～1.2；

为相邻线路保护B瞬时电流速断的动作电流。

由于逆变器的容量限制，当配电网线路发生故障后，分布式光伏电源提供的故障电流受最大功率和最大输出电流限制。考虑最为恶劣的条件下，分布式光伏电源提供的故障电流可表示为：

I_IIDG≤1.5I_{IIDG_N}  （3）

在分布式光伏电源接入后，装设于本线路保护B处的速断动作电流应为：

$I_{\mathrm{OP}1}^{I^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^I{I}_{\mathrm{fC}\max }^{{\left(3\right)}^{,}}---\left(4\right)$

式中，

为可靠系数，一般取

为最大运行方式的情况下，被保护线路BC末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流，其值为未接入分布式电源时被保护线路BC末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流E_S/(Z_S+Z_AB+Z_BC)与分布式电源提供的故障电流(Z_S+Z_AB)I_IIDG/Z_BC之和。

限时电流速断的动作电流（上标II表示限时电流速断保护）应按躲过相邻线路保护B的瞬时电流速断的动作电流来整定，即

$I_{\mathrm{OP}1}^{{\mathrm{II}}^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_{F.\max }{I}_{\mathrm{OP}2}^{I^{,}}---\left(5\right)$

式中，

为限时电流速断保护的可靠系数，一般

的取值范围为1.1～1.2；

为相邻线路保护B瞬时电流速断的动作电流。K_F.max分支系数，取为I_AB/I_BC。

3、利用PSCAD仿真软件搭建了含分布式电源的配网仿真模型，其网络接线图可参考图1。仿真模型的系统参数为：系统侧电源短路容量为384.3MW，配网线路额定电压为10kV。架空线路型号及参数为：LGJ-120/25(钢芯铝绞线)载流量400A，R=0.27/km；X=0.347/km；变压器额定容量为25MW/台，型号为：SZ10-25000/110双绕组有载调压变压器；短路阻抗为10.5；110±8*1.25%/10.5；YgD接线。分布式光伏电源接入位置为母线B上。短路故障设置在母线C上。

4、从而可通过仿真得到不同容量分布式电源接入对上下游故障电流的影响特性，如图3所示。若分布式电源容量占配电变压器容量小于40%时，在分布式电源提供的故障电流流入配电网后，配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之内时，认为不影响电流保护，此电流保护定值适用于小规模的分布式电源接入对保护的情况；配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之外时，调整相应电流保护定值，分布式电源容量占配电变压器容量80%时提供的故障电流进行整定，使其适用于较大规模的分布式电源接入对保护的情况。

从而，计算得到的两组定值分别适用于不同容量分布式电源接入的配电网电流保护。其中，算法提出的依据是考虑了不同容量分布式电源的接入对配电网电流变化率的影响，以10%为门槛。

5、对于计算得到的配电网电流保护的两套定值单采用离线整定或者非实时通讯信道载入本地保护装置。其中触发定值切换的判据由本地安装的信号或检测元件（如：断路器开关变位信号、光敏传感元件或者其他谐波检测元件）进行触发。利用接有分布式电源的相邻断路器的开关变位信号、光线强度达到一定值或谐波含量占电流比例达到一定值（如5%），对应于分布式电源已并入电网，此时分布式电源发出的功率满足触发定值切换的门槛值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种适用于分布式电源接入的配电网集成保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(一)分别计算计入逆变器型分布式电源接入和不计逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值；

(二)将步骤（一）中得出的配电网电流保护的两套定值单载入本地保护装置，并判断是否满足检测限定条件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（一）中，计算不计逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值包括：采用网络等值化简方法得到系统参数，并利用常规配电网阶段式电流保护整定方法得到的保护定值；所述系统参数包括：等效系统电源E_S,等效系统阻抗Z_S,等效上游线路阻抗Z_AB,等效下游级线路阻抗Z_BC；计算计入逆变器型分布式电源接入的配电网电流保护定值包括：计及逆变型分布式电源的输出功率和供给故障电流的关系对电流保护影响。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（一）中，计入逆变器型分布式电源接入时，分布式光伏电源提供的故障电流I_IIDG如下式表达：

I_IIDG≤1.5I_{IIDG_N}  （1）

式中，I_{IIDG_N}为分布式光伏电源的额定电流。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：接入分布式光伏电源后的速断动作电流

整定为：

$I_{\mathrm{OP}1}^{I^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^I{I}_{\mathrm{fC}\max }^{{\left(3\right)}^{,}}---\left(2\right)$

式中，

为可靠系数，取

为最大运行方式的情况下，被保护线路末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流，其值为未接入分布式电源时被保护线路末端发生三相短路故障时流过该线路的最大短路电流E_S/(Z_S+Z_AB+Z_BC)与分布式电源提供的故障电流(Z_S+Z_AB)I_IIDG/Z_BC之和；

限时电流速断的动作电流

按躲过相邻线路保护的瞬时电流速断的动作电流整定，即如下式表示：

$I_{\mathrm{OP}1}^{{\mathrm{II}}^{,}}=K_{\mathrm{rel}}^{\mathrm{II}}{K}_{F.\max }{I}_{\mathrm{OP}2}^{I^{,}}---\left(3\right)$

式中，

为限时电流速断保护的可靠系数，的取值范围为1.1～1.2；

为相邻线路保护B瞬时电流速断的动作电流；K_F.max分支系数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（二）中，所述定值单采用离线整定或者非实时通讯信道载入所述本地保护装置；触发定值切换的判据由本地信号或检测元件进行触发；所述信号包括：断路器开关变位信号；所述检测元件包括：光敏传感元件或其他谐波检测元件。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（二）中，所述判断包括：分布式电源提供的故障电流流入配电网后，若配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之内，则不影响电流保护，此电流保护定值适用于小规模的分布式电源接入对保护的情况；若配电网的电流变化范围在[-10%，+10%]之外时，调整电流保护定值，以适用于较大规模的分布式电源接入对保护的情况。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述断路器开关变位信号传递范围不超过分布式电源接入后影响的电流保护。

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