CN104779591A - 一种逆变型分布式电源t接线路后的纵联差动保护方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及含分布式电源电力系统的继电保护领域，公开了一种逆变型分布式电源T接线路后的纵联差动保护方案，包括：(1)初始化纵联保护装置的整定值；(2)采集线路AB的相电流信息，三相电压互感器采集线路两端母线AB处的相电压信息，并获取母线电压的正序分量，以及线路电流的正序分量和负序分量；(3)利用通信通道，将本端信息传递到对端，计算相电流差值、负序电流差值和线路两端正序补偿电压的差值；(4)比较测量值与整定值，若测量值之一大于相应的整定值时，则判断为保护范围内发生短路故障，保护出口跳闸。本发明有效解决了逆变型分布式电源T接线路后纵联差动保护可靠性降低的问题，在工程实践中有很强的实用性。

Description

一种逆变型分布式电源T接线路后的纵联差动保护方案

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，涉及一种逆变型分布式电源T接线路后纵联差动保护的改进方法。

背景技术

逆变型分布式电源接入到含多端电源的高压配电网中形成T接线路后，三段式电流保护将无法满足选择性与可靠性的要求。而纵联差动保护凭借其良好的选择性与速动性，在多端电源网络中占有举足轻重的地位。然而，大容量的逆变型分布式电源接入电力系统中形成T接线路时，流入线路两端纵联差动保护的电流相角和幅值均发生了改变。当系统正常运行及区外故障时，流入差动继电器的电流可能超过其整定值，引起误动；当区内故障时，流入差动继电器的电流可能低于整定值，造成拒动。现有的解决方法为采用三端光纤纵联差动保护的原理，该原理虽然简单，但由于每侧的保护均需与另外两侧进行数据交换，需要架设新的光纤通道，在逆变型分布式电源的并网点处也需加装三相电流互感器，投资成本高。

发明内容

本发明的目的是，克服逆变型分布式电源T接线路后纵联差动保护可靠性降低的问题，提出一种逆变型分布式电源T接线路后的纵联差动保护方案。本发明根据正序分量控制策略下逆变型分布式电源只输出三相对称电流的特点，基于系统的正序网络和负序网络，以线路两端正序补偿电压的差值和负序电流纵联差动保护判据作为纵联差动保护的辅助判据，在无需获取逆变型分布式电源并网点信息的前提下，即可有效提高含逆变型分布式电源T接线路中纵差保护的可靠性，使其能够实现全线速动的同时，不受逆变型分布式电源的容量、过渡电阻及两侧系统电势相角差等因素的影响。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种逆变型分布式电源T接线路后的纵联差动保护方案，由以下步骤构成：

(1)初始化纵联保护装置的整定值I_op1，I_op2和U_op2

I_op1＝0.1K_npK_samI_k.max+2I_N

I_op2＝0.1K_npK_samI_2k.max

U_op2＝k_μ1I_k.max(Z_AT-Z_BT)+k_μ2k_δU_N+U_N(B_ATZ_AT-B_BTZ_BT)

其中，I_op1和I_op2分别为正常运行及保护范围外部发生短路故障时，流入纵联差动保护装置的最大不平衡相电流和最大不平衡负序电流，U_op2为正常运行及保护范围外部发生短路故障时，线路两端正序补偿电压差值的最大值：I_k.max和I_2k.max分别为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流和最大负序穿越电流，K_sam为不大于1的电流互感器同型系数，K_np为非周期分量的影响系数，一般取值在1.5～2之间；I_N为逆变型分布式电源的额定电流；k_μ1和k_μ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差，k_δ为电压偏移百分比；I_k.max为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流，U_N为系统的额定电压，B_AT和B_BT分别为保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的电纳；Z_AT和Z_BT分别分保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的阻抗；

(2)采集线路AB的相电流信息和三相电压互感器采集线路两端母线AB处的相电压信息，并获取母线电压的正序分量以及线路电流的正序分量和负序分量和

(3)利用通信通道，将本端信息传递到对端，进行计算：

$I_{1\mathrm{\Δ}}=\max \left\{\right|{\stackrel{\·}{I}}_{1\mathrm{\φ}}+{\stackrel{\·}{I}}_{2\mathrm{\φ}}\left|\right\},I_{2\mathrm{\Δ}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{1n}+{\stackrel{\·}{I}}_{2n}|$ 和 $U_{\mathrm{\Δ}}=\left|\right|{\stackrel{\·}{U}}_{1p}-{\stackrel{\·}{I}}_{1p}{Z}_{\mathrm{AT}}|-|{\stackrel{\·}{U}}_{2p}-{\stackrel{\·}{I}}_{2p}{Z}_{\mathrm{BT}}\left|\right|$

其中，φ代表一相，φ＝A,B,C，I_1Δ，I_2Δ和U_Δ分别为相电流差值、负序电流差值和线路两端正序补偿电压的差值；

(4)比较测量值与整定值，若测量值I_1Δ，I_2Δ和U_Δ其中之一大于相应的整定值时，则判断为保护范围内发生短路故障，保护出口跳闸；否则，返回步骤(2)。

本发明为减少逆变型分布式电源接入后对配电网的改造成本，本发明对传统的纵联差动保护方案进行了改进，无需获取逆变型分布式电源并网点处的电气信息，只需借助T接高压线路两端原有的电压互感器和电流互感器的信息，即可保护线路的全长，并满足线路主保护对速动性的要求。相对于现有的技术有以下优点：

首先，改进的纵联差动保护方案无需获取逆变型分布式电源并网点处的信息，只需要利用线路两端母线电压互感器的信息和线路中电流互感器的信息，可大大减小逆变型分布式电源接入后对配电网的改造成本。其次，在原有的电流纵联差动保护判据的基础上，分别基于系统的正序网络和负序网络，以线路两端正序补偿电压的差值和负序电流纵联差动保护判据作为辅助判据，即可在保护范围内发生任何类型的故障时，都可实现全线速动。最后，改进的纵联差动保护方案，可使保护的动作特性不受逆变型分布式电源的容量、过渡电阻及两侧系统电势相角差等因素的影响，有效提高了保护的可靠性。

附图说明

图1为T接逆变型分布式电源的电力系统结构图；

图2为改进纵联差动保护的原理图；

具体实施方式

下面将结合实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。

本实施例以图1所示的结构图为例，图中线路AB为T接逆变型分布式电源的线路，系统电压等级为110kV，系统两侧电源电势相角差为50°，线路正序阻抗为：Z＝0.21+0.419Ω/km，线路电纳：b₀＝2×10-6S/km。线路AM、AT、BT、BN长度分别为30km、30km、15km、45km。逆变型分布式电源的额定容量为30MW。故障位置选取在保护范围内的k₁点和保护范围外的k₂点，k₁点与逆变型分布式电源并网点T之间距离为10km，k₂点与母线B之间距离为5km。

采用本发明的逆变型分布式电源T接线路后纵联差动保护的改进原理，如图2所示。包括以下步骤：

(1)继电保护装置上电；

(2)初始化纵联保护装置的定值I_op1，I_op2和U_op2。

I_op1＝0.1K_npK_samI_k.max+2I_N

I_op2＝0.1K_npK_samI_2k.max

U_op2＝k_μ1I_k.max(Z_AT-Z_BT)+k_μ2k_δU_N+U_N(B_ATZ_AT-B_BTZ_BT)

其中，I_k.max和I_2k.max分别为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流和最大负序穿越电流，K_sam为不大于1的电流互感器同型系数，K_np为非周期分量的影响系数，一般取值在1.5～2之间，I_N为逆变型分布式电源的额定电流。k_μ1和k_μ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差，k_δ为电压偏移百分比，因电力系统中母线电压偏移通常不超过10％，所以k_δ可取值为10％。I_k.max为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流，U_N为系统的额定电压，B_AT和B_BT分别为保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的电纳。Z_AT和Z_BT分别分保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的阻抗。根据图1中的参数与上述整定公式可得，I_op1取值为0.678kA，I_op2取值为0.01kA，U_op2取值为0.08kV。

(3)利用三相电流互感器采集线路AB的相电流信息和三相电压互感器采集线路两端母线AB处的相电压信息，通过正负序过滤器得获取母线电压的正序分量以及线路电流的正序分量和负序分量和

(4)利用通信通道，将本端信息传递到对端，进行计算：

$I_{1\mathrm{\Δ}}=\max \left\{\right|{\stackrel{\·}{I}}_{1\mathrm{\φ}}+{\stackrel{\·}{I}}_{2\mathrm{\φ}}\left|\right\},I_{2\mathrm{\Δ}}=|{\stackrel{\·}{I}}_{1n}+{\stackrel{\·}{I}}_{2n}|$ 和 $U_{\mathrm{\Δ}}=\left|\right|{\stackrel{\·}{U}}_{1p}-{\stackrel{\·}{I}}_{1p}{Z}_{\mathrm{AT}}|-|{\stackrel{\·}{U}}_{2p}-{\stackrel{\·}{I}}_{2p}{Z}_{\mathrm{BT}}\left|\right|$

其中，φ代表一相，φ＝A,B,C。

(5)比较测量值与整定值，若测量值I_1Δ，I_2Δ和U_Δ其中之一大于相应的整定值时，则判断为保护范围内发生短路故障，保护出口跳闸；否则，返回步骤(3)。

下面列举不同故障点处发生的不同的故障类型予以说明：

情况1：

k₁点经70Ω的过渡电阻发生单相接地短路时，纵联差动保护装置测得的I_1Δ为0.645kA，I_2Δ为0.269kA，U_Δ为0.821kV。与整定值进行比较可知，I_1Δ＜I_op1，I_2Δ＞I_op2，U_Δ＞U_op2，三个判据有两个成立，判断为保护范围内发生故障，保护动作。

情况2：

k₁点经70Ω的过渡电阻发生两相相间短路时，纵联差动保护装置测得的I_1Δ为1.172kA，I_2Δ为0.689kA，U_Δ为2.131kV。与整定值进行比较可知，I_1Δ＞I_op1，I_2Δ＞I_op2，U_Δ＞U_op2，三个判据都成立，判断为保护范围内发生故障，保护动作。

情况3：

k₁点经70Ω的过渡电阻发生两相接地短路时，纵联差动保护装置测得的I_1Δ为0.782kA，I_2Δ为0.251kA，U_Δ为1.430kV。与整定值进行比较可知，I_1Δ＞I_op1，I_2Δ＞I_op2，U_Δ＞U_op2，三个判据都成立，判断为保护范围内发生故障，保护动作。

情况4：

k₂点经70Ω的过渡电阻发生三相短路时，纵联差动保护装置测得的I_1Δ为0.012kA，I_2Δ为0kA，U_Δ为0.022kV。与整定值进行比较可知，I_1Δ＜I_op1，I_2Δ＜I_op2，U_Δ＜U_op2，三个判据都不成立，判断为保护范围外发生故障，保护不动作。

理论与实际表明，本发明在传统纵联差动保护判据的基础上，分别基于正序网络和负序网络，以线路两端正序补偿电压的差值和负序电流纵联差动保护判据做为辅助判据，在无需获取逆变型分布式电源并网点电气信息的情况下，有效提高了T接线路中纵联差动保护的可靠性，在工程实际中具有较强的实用价值。

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)

1.一种逆变型分布式电源T接线路后的纵联差动保护方案，由以下步骤构成：

(1)初始化纵联保护装置的整定值I_op1，I_op2和U_op2

I_op1＝0.1K_npK_samI_k.max+2I_N

I_op2＝0.1K_npK_samI_2k.max

U_op2＝k_μ1I_k.max(Z_AT-Z_BT)+k_μ2k_δU_N+U_N(B_ATZ_AT-B_BTZ_BT)

其中，I_op1和I_op2分别为正常运行及保护范围外部发生短路故障时，流入纵联差动保护装置的最大不平衡相电流和最大不平衡负序电流，U_op2为正常运行及保护范围外部发生短路故障时，线路两端正序补偿电压差值的最大值：I_k.max和I_2k.max分别为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流和最大负序穿越电流，K_sam为不大于1的电流互感器同型系数，K_np为非周期分量的影响系数，一般取值在1.5～2之间；I_N为逆变型分布式电源的额定电流；k_μ1和k_μ2分别为电流互感器和电压互感器的测量误差，k_δ为电压偏移百分比；I_k.max为纵联差动保护范围外部故障时的最大穿越电流，U_N为系统的额定电压，B_AT和B_BT分别为保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的电纳；Z_AT和Z_BT分别分保护安装处到逆变型分布式电源并网点之间的阻抗；

(2)采集线路AB的相电流信息和三相电压互感器采集线路两端母线AB处的相电压信息，并获取母线电压的正序分量以及线路电流的正序分量和负序分量和

(3)利用通信通道，将本端信息传递到对端，进行计算：

$I_{1\mathrm{\Δ}}=\max \left\{\right|{\stackrel{.}{I}}_{1\mathrm{\φ}}+{\stackrel{.}{I}}_{2\mathrm{\φ}}\left|\right\},I_{2\mathrm{\Δ}}=|{\stackrel{.}{I}}_{1n}+{\stackrel{.}{I}}_{2n}|$ 和 $U_{\mathrm{\Δ}}=\left|\right|{\stackrel{.}{U}}_{1p}-{\stackrel{.}{I}}_{1p}{Z}_{\mathrm{AT}}|-|{\stackrel{.}{U}}_{2p}-{\stackrel{.}{I}}_{2p}{Z}_{\mathrm{BT}}\left|\right|$

其中，φ代表一相，φ＝A,B,C，I_1Δ，I_2Δ和U_Δ分别为相电流差值、负序电流差值和线路两端正序补偿电压的差值；

(4)比较测量值与整定值，若测量值I_1Δ，I_2Δ和U_Δ其中之一大于相应的整定值时，则判断为保护范围内发生短路故障，保护出口跳闸；否则，返回步骤(2)。