CN104734127B - 一种自适应接地距离保护的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应接地距离保护的方法，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，包括：得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据新能源发电装置的固有参数及其在接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出新能源发电装置的当前等效阻抗；根据新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；将修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动。实施本发明实施例，无需改变保护整定值，能够有效地适应新能源发电装置不同运行方式下对继电保护的要求，提高了继电保护的正确动作率，且符合继电保护的管理规程和运维体制。

Description

一种自适应接地距离保护的方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源继电保护技术领域，尤其涉及一种自适应接地距离保护的方法及系统。

背景技术

继电保护是电力系统安全运行的三道防线中的第一道防线，对电力系统的可靠运行有重大意义。为了满足继电保护的特性，各线路距离保护的定值必须按保护的规程来设定，且各线路距离保护之间也需协调配合。

随着新能源发电装置的并网，给传统的线路距离保护带来了巨大挑战。若线路距离保护仍按不考虑新能源发电装置来进行整定，则会导致保护的误动或拒动；若按照新能源发电的某一种运行方式即某一出力来进行距离保护的整定，则会由于新能源发电装置的等效阻抗随其出力数据的不同，而发生变化且不可控，从而仍然可能导致保护的误动或拒动。

现有技术中，适用于新能源发电装置接入的线路距离保护方法有两种，包括：一、根据发电装置额定出力数据，进行距离保护的整定，但是在发电装置出力数据发生变化时，则保护可能发生误动或拒动；二、根据实时的运行情况来自适应的修改保护整定值，虽然可以较好地满足保护的要求，但是在实际应用过程中，保护整定值是不能随意变动的，否则不符合当前继电保护的管理规程和运维体制。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种适用于新能源发电装置并网接入的自适应接地距离保护的方法及系统，无需改变保护整定值，能够有效地适应该发电装置不同运行方式下对继电保护的要求，提高了继电保护的正确动作率，且符合继电保护的管理规程和运维体制。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种自适应接地距离保护的方法，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述方法包括：

得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动；

其中，所述根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正的具体步骤包括：

预设所述新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出所述新能源发电装置在所述基准方式下对应的基准等效阻抗；

根据所测保护点的实时测量阻抗及所述新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；

根据所述确定的接地故障发生点的相关数据及所述新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

其中，所述新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置。

其中，所述实测运行数据包括实时测量得到的所述新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境参数。

其中，所述将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动的具体步骤包括：

当所述修正后的实时测量阻抗小于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；当所述修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。

本发明实施例还提供了一种自适应接地距离保护的系统，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述系统包括：

测量及计算单元，用于得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

修正单元，用于根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

保护动作自适应单元，用于将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动；

其中，所述修正单元包括：

基准等效阻抗计算模块，用于预设所述新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出所述新能源发电装置在所述基准方式下对应的基准等效阻抗；

确定故障点模块，用于根据所测保护点的实时测量阻抗及所述新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；

保护测量阻抗修正模块，用于根据所述确定的接地故障发生点的相关数据及所述新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

其中，所述新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置。

其中，所述实测运行数据包括实时测量得到的所述新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境温度和照度。

其中，所述保护动作自适应单元包括：

保护动作启动模块，用于当所述修正后的实时测量阻抗小于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；

保护动作不启动模块，用于当所述修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于不直接将实时测量阻抗与保护整定值比较，而是根据实际运行方式可以得到此时的等效阻抗，计算出基准方式(即在标准条件下)的保护测量阻抗，将实时测量阻抗修正为基准方式下的保护测量阻抗，再将该值与保护整定值比较做出判断，保护即可正确动作，因此可以不受新能源发电装置的出力波动性及间歇性的影响，提高了继电保护的动作正确率；

2、在本发明实施例中，由于只需修正实时测量阻抗，不用在线的改变保护整定值，因此符合现有的继电保护管理规程和运维体制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种自适应接地距离保护的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种自适应接地距离保护的方法的应用场景的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种自适应接地距离保护的系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种自适应接地距离保护的方法，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述方法包括：

步骤S101、得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

具体过程为，直接通过保护测量装置测量出接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，同时根据新能源发电装置的固有参数及其在接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出新能源发电装置的当前等效阻抗。其中，新能源发电装置的实测运行数据包括新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境参数(如温度、照度及风速等相关数据)；新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置等，这些发电装置采集的能源形式是不可控制的，随环境变化而变化。

应当说明的是，由于新能源发电装置的运行方式不同，因此保护测量装置测量出接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗也会随不同的运行方式而发生变化。

步骤S102、根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

具体过程为，预设新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出新能源发电装置在该基准方式下对应的基准等效阻抗；

根据所测保护点的实时测量阻抗及新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；其中，接地故障发生点的相关数据包括所测保护点与接地故障发生点之间的距离长度，新能源发电装置并网接入电力母线与该接地故障发生点之间的距离长度等等；

根据确定的接地故障发生点的相关数据及新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

应当说明的是，当新能源发电装置的运行方式发生变化时，新能源发电装置的实时出力数据也会发生相应的变化。

步骤S103、将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动。

具体过程为，当修正后的实时测量阻抗小于预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；当修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。

应当说明的是，预设的保护整定值以某一种运行方式为标准，按继电保护整定规程得到的，因此可认为是一个固有值。

如图2所示，对本发明实施例提供的自适应接地距离保护的方法的应用场景进一步说明：

G1表示系统侧电源，G2表示光伏电站，1、2、3、4均为保护。以图中母线A处的接地距离保护1的距离II段为例，接地故障发生在BC线路的K点，当光伏电站接入母线B时，对于母线A处的保护1的距离II段而言，由于光伏电站的接入，形成助增电源，保护测量装置在保护1的距离II段上测量到的电压与电流的比值大小不再与距离长短成正比。

因此，通过保护测量装置在保护1测量到的A相电压为：

式(1)中，U₁₁、U₁₂、U₁₀分别为保护1的正负零序电压；Z_AB1、Z_AB0分别为线路AB的正零序阻抗；I₁₁、I₁₂、I₁₀分别为保护1的正负零序电流；Z_BK1、Z_BK0分别为母线B至短路点K的正零序阻抗；I₃₁、I₃₂、I₃₀分别为保护3的正负零序电流；为零序电流补偿系数。

假设上述故障为金属性短路，那么保护1的实时测量阻抗为：

式(2)中，保护1的距离II段的分支系数可设置为

因此，可以转化为：

其中，

由于故障处发生的是单相接地故障，因此使得

将式(2)进行化简后，得出光伏电站等效阻抗X与分支系数K_f之间的关系模型：

其中，K是由线路的阻抗序分量决定，与线路长度无关；M，N是由电源、变压器及线路的阻抗序分量决定，其中，发电机G1，线路AB，变压器T1的阻抗序分量是定值，变化的是光伏电站阻抗X_G2的大小。即K_f仅与X_G2有关。

从上述分析中，可以看出图2中保护1的测量阻抗Z_ce是关于故障距离Z_BK1和光伏电站等效阻抗X_G2的函数。为方便起见，作如下处理：令y＝Z_ce，x＝Z_BK1，k＝f(X_G2)，a＝Z_AB1，那么式(2)就能写成

y＝a+k*x (3)

其中，式(3)中a是常数，k随X_G2变化而变化，x是与故障点相关的量。

综上分析可以看出，当故障点位置不变时即x保持不变，不同运行方式下的光伏电站等效阻抗不同，即k发生变化，因此在光伏电站不同运行方式下得到的保护测量阻抗y不同，这会造成保护的误动或拒动。

为了解决上述保护的误动或拒动的问题，将光伏电站按照某一标准运行方式来进行保护的整定，得到光伏电站的基准等效阻抗对应的k1，当光伏电站运行方式发生变化时，得到光伏电站的当前等效阻抗对应的k2，此时保护测量阻抗为y2(实时测量得到)，根据公式(3)得到y₂＝a+k₂*x，计算出x，即故障点位置。

由于标准运行方式下的k1已知，a是常数，x已经计算出来，可以然后根据y₁＝a+k₁*x，可以得到该故障点在标准运行方式下对应的保护测量阻抗y1.

传统的保护原理是将实际测量阻抗y2与保护的整定值比较，在上述分析中显然可能导致保护不可靠动作。此时应将实际测量阻抗修正为该故障点在标准运行方式对应的保护测量阻抗y1，保护才能正常运行。所以应该给实际测量阻抗y2一修正量Δy＝y₂-y₁，使得测量阻抗变成y1，以适应光伏电站功率的波动性。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种自适应接地距离保护的系统，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述系统包括：

测量及计算单元310，用于得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

修正单元320，用于根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

保护动作自适应单元330，用于将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动。

其中，新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置。

其中，实测运行数据包括实时测量得到的新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境温度和照度。

其中，修正单元320包括：

基准等效阻抗计算模块3201，用于预设所述新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出所述新能源发电装置在所述基准方式下对应的基准等效阻抗；

确定故障点模块3202，用于根据所测保护点的实时测量阻抗及所述新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；

保护测量阻抗修正模块3203，用于根据所述确定的接地故障发生点的相关数据及所述新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

其中，保护动作自适应单元330包括：

保护动作启动模块3301，用于当所述修正后的实时测量阻抗小于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；

保护动作不启动模块3302，用于当所述修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于不直接将实时测量阻抗与保护整定值比较，而是根据实际运行方式可以得到此时的等效阻抗，计算出基准方式(即在标准条件下)的保护测量阻抗，将实时测量阻抗修正为基准方式下的保护测量阻抗，再将该值与保护整定值比较做出判断，保护即可正确动作，因此可以不受新能源发电装置的出力波动性及间歇性的影响，提高了继电保护的动作正确率；

2、在本发明实施例中，由于只需修正实时测量阻抗，不用在线的改变保护整定值，因此符合现有的继电保护管理规程和运维体制。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种自适应接地距离保护的方法，其特征在于，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述方法包括：

得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动；

其中，所述根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正的具体步骤包括：

预设所述新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出所述新能源发电装置在所述基准方式下对应的基准等效阻抗；

根据所测保护点的实时测量阻抗及所述新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；

根据所述确定的接地故障发生点的相关数据及所述新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实测运行数据包括实时测量得到的所述新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境参数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动的具体步骤包括：

当所述修正后的实时测量阻抗小于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；当所述修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。

5.一种自适应接地距离保护的系统，其特征在于，其在新能源发电装置并网接入的电网上实现，所述系统包括：

测量及计算单元，用于得到接地故障发生时刻所测保护点的实时测量阻抗，并根据所述新能源发电装置的固有参数及其在所述接地故障发生时刻的实测运行数据，计算出所述新能源发电装置的当前等效阻抗；

修正单元，用于根据所述计算出的新能源发电装置的当前等效阻抗对所测保护点的实时测量阻抗进行修正；

保护动作自适应单元，用于将所述修正后的实时测量阻抗与预设的保护整定值进行比较，并根据比较结果确定保护动作启动或不启动；

其中，所述修正单元包括：

基准等效阻抗计算模块，用于预设所述新能源发电装置一运行方式为基准方式，确定出所述新能源发电装置在所述基准方式下对应的基准等效阻抗；

确定故障点模块，用于根据所测保护点的实时测量阻抗及所述新能源发电装置的当前等效阻抗，确定接地故障发生点的相关数据；

保护测量阻抗修正模块，用于根据所述确定的接地故障发生点的相关数据及所述新能源发电装置的基准等效阻抗，计算出在所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗，并将所述基准方式下所测保护点的保护测量阻抗保存为当前所测保护点的实时测量阻抗。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述新能源发电装置包括风能发电装置和光伏发电装置。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述实测运行数据包括实时测量得到的所述新能源发电装置在并网接入点的电压和电流，以及环境参数。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述保护动作自适应单元包括：

保护动作启动模块，用于当所述修正后的实时测量阻抗小于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作启动；

保护动作不启动模块，用于当所述修正后的实时测量阻抗大于所述预设的保护整定值时，则确定保护动作不启动。