CN105470933B - 一种接入分布式电源的配电网dtu保护算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接入分步式电源的配电网DTU保护算法，将DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息通过实时以太网采集并分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，得出助增电流模型，通过助增电流模型计算得出助增系数，并将数据传输到实时定值计算模块，最后通过实时定值计算模块得出各线路的过流定值判断故障区段。

Description

一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法
技术领域
本发明涉及保护算法领域，具体涉及一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法。
背景技术
分布式发电通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元；包括以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电、风力发电、生物质能发电。
分布式发电的优势在于可以充分开发利用各种可用的分散存在的能源，包括本地可方便获取的化石类燃料和可再生能源，并提高能源的利用效率；分布式电源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响；传统的配电系统被设计成仅具有分配电能到末端用户的功能，而未来配电系统有望演变成一种功率交换媒体，即它能收集电力并把它们传送到任何地方，同时分配它们。因此将来它可能不是一个‘配电系统’而是一个‘电力交换系统’；分布式发电具有分散、随机变动等特点，大量的分布式电源的接入，将对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响。
随着新电源产业的蓬勃发展，分布式发电接入配电网后将深刻影响现有配电网络的结构、潮流方向及短路电流大小；对于我国目前中低压配电网中性点不接地、单侧电源辐射型拓扑结构来说，常规DTU、FTU中的保护算法将无法满足保护的准确性与选择性，尤其对于配电网故障定位与重构来说更提出了一个难题；目前接入分布式发电的配电网保护通常采用纵联差动保护和基于被保护元件各侧信息的纵联比较保护以构成区域纵联保护，或者将常规线路保护与备自投结合来自适应调整分布式电源接入前后的过流定值；对于环网结构的配电网则有Agent系统与广域网保护相结合的解决方案。
而如今，对于单条馈线上接入分布式电源来说配置纵联差动保护无疑是最简单直接的配置方案，但配电网馈线通常距离较短，采用埋地光缆直接纵联两侧装置，增加一套装置与光缆施工无疑增加一倍以上的成本；对于常规线路保护增加保护逻辑来说，通常采集分布式发电单元并网开关节点或者发电功率信息作为调整线路过流定值的依据，但分布式电源通常会影响与其有电气联接的多条线路，需要每条被影响定值的线路都要采集分布式电源信息，最好的方案是由一台中央控制单元来实时采集分布式电源发电量来计算与下发各条线路过流定值，对于通讯的稳定性与中控装置的实时性和计算算法要求相对较高；近年也有一种区域纵联保护系统通过比较相关测量点的故障方向信息来实现多点接入分布式电源的配网系统的保护选择性，但对保护单元通信系统容错性性要求较高，算法完全依赖于故障信息的通信采集；对于配电网多Agent系统则造价不菲，较适用于中大型微电网系统，在可靠的微电网控制功能中实现保护功能。
发明内容
本发明的目的是为了提供能简化分布式电源接入配电网后的保护计算工作。
本发明通过以下技术方案实现：一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法，步骤如下：
a)设定投入的分布式电源的短路模型，并根据接线得出节点拓扑矩阵；
b) 搜索出与分布式电源有电气关联的馈线序号；
c) 采集DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息；
d) 将采集到的开关位置和发电功率信息通过以太网分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，得出助增电流模型；
e) 通过助增电流模型计算得出助增系数，并将数据传输到实时定值计算模块；
f) 通过实时定值计算模块得出各线路的过流定值判断故障区段。
在步骤d中在提供最大注入电流及衰减时间公式化时同时将DTU监测的馈线区域内所有的电气关联节点进行矩阵归纳，找出与分布式电源接入点呈强相关状态节点，把这些强相关节点建立M行M列故障相关描述矩阵。
配电网由单电源辐射状网络变成分布式电源供电的复杂网络后，传统的过流保护算法及故障去段定位算法不再适用，而本发明将DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息通过实时以太网采集并分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，得出助增电流模型，通过助增电流模型计算得出助增系数，并将数据传输到实时定值计算模块，最后通过实时定值计算模块得出各线路的过流定值判断故障区段。
本发明的有益之处在于：1）通过以太网通讯及精确的分布式发电助增电流系数模型可以简化分布式发电接入配电网后的保护计算工作，无需繁冗的计算量；2）本发明只需在DTU上加装通讯模块，改变保护定值算法逻辑，算法简单可靠，大大降低成本。
附图说明
图1为分布式电源接入配电网后的示意图。
图2为过流动作曲线的示意图。
图3为不同类型电源注入故障电流能力的列表。
图4为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明作进一步描述。
见图1至图4，一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法，步骤如下：
a) 设定投入的分布式电源的短路模型，并根据接线得出节点拓扑矩阵；
b) 搜索出与分布式电源有电气关联的馈线序号；
c) 采集DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息；
d) 将采集到的开关位置和发电功率信息通过以太网分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，得出助增电流模型；
e) 通过助增电流模型计算得出助增系数，并将数据传输到实时定值计算模块；
f) 通过实时定值计算模块得出各线路的过流定值判断故障区段。
在步骤d中在提供最大注入电流及衰减时间公式化时同时将DTU监测的馈线区域内所有的电气关联节点进行矩阵归纳，找出与分布式电源接入点呈强相关状态节点，把这些强相关节点建立M行M列故障相关描述矩阵。
本实施方式中，分布式电源接入后对配电网保护影响，见图1，当线路短路时会提供助增电流，流经线路的故障电流会有明显提高， L1线路发生故障后L2线路所接入分布式电源G1，G2势必会提供反向电流流入故障点，L1馈线保护动作灵敏度降低，甚至拒动。
本实施方式中，分布式电源接入后对配电网保护影响，见图2，过流动作曲线由S3向坐标横轴右侧偏移，G1，G2投入情况不同，曲线偏移路径亦有不同。
本实施方式中，见图1，其他馈线发生故障时，带分布式电源线路故障电流方向会相反，L1发生故障后流经L2的故障电流与原负荷电流方向相反。
本实施方式中，见图1，带接入电源线路在分布式电源下游发生故障时，由于本身提供助增电流的原因，会使电源上游保护流经的故障电流偏小，L3发生故障时，L2故障电流较分布式电源G1,G2不投入时偏小。
本实施方式中，见图3，由于不同类型的电源其电抗值不同，注入故障电流的能力也随之不同。
本实施方式中，配电网由单电源辐射状网络变成分布式电源供电的复杂网络后，传统的过流保护算法及故障去段定位算法不再适用，需有高等电网分析的理论支撑，建立分布式发电渗透下下的电网结构搜索树，利用搜素结果与故障相关状态的节点构拟故障信息矩阵，佐以综合电流量作为辅助判断故障区段，但是这作为辅助判据的功率方向等需要馈线上装设电压互感器，本发明针对包含接入分布式发电馈线的DTU装置提出一种根据分布式电源发电情况自适应计算各馈线过流定值的算法，需要将DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息通过实时以太网采集并分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，同时将其所有电气关联节点进行矩阵归纳，找出与分布式电源接入点呈强相关状态节点，把这些强相关节点建立M行M列故障相关描述矩阵，以上工作确保馈线发生短路故障时，所有投入电源的工作状态可计算在列，并实时算出分布式电源对故障线路定值的增减影响，无需繁冗的计算量，只针对DTU所监视的有限数量线路；相对于其他分布式电源配电网故障区段定位装置采用服务器分层分布式标准化建模及配置，在信息数据传递和互操作性上非常方便可行。
本实施方式中，通过采集分布式电源发电信息，计算出其他馈线此刻定值大小，定值实时计算，实时下发，随着分布式电源投切与发电功率大小的变化，各线路的过流定值亦动态变化调整，非常适用于接入分布式电源容量不大，回数不多的配电网，造价低廉，算法可靠简单。
本实施方式中，算法需要预先设定每个可投入分布式电源的短路模型，根据接线图算出节点拓扑矩阵，搜索出与分布式电源有电气关联的馈线序号，对于DTU监测的线路来说，该项计算量非常小，甚至可以预先写好相关逻辑。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法，其特征在于，步骤如下：
a)设定投入的分布式电源的短路模型，并根据接线得出节点拓扑矩阵；
b)搜索出与分布式电源有电气关联的馈线序号；
c)采集DTU监测的馈线区域内所接入的分布式电源的开关位置和发电功率信息；
d)将采集到的开关位置和发电功率信息通过以太网分别进行建模归纳，对其能提供最大注入电流及衰减时间公式化，得出助增电流模型；
e)通过助增电流模型计算得出助增系数，并将数据传输到实时定值计算模块；
f)通过实时定值计算模块得出各线路的过流定值判断故障区段。
2.根据权利要求1所述的一种接入分布式电源的配电网DTU保护算法，其特征在于：在步骤d中在提供最大注入电流及衰减时间公式化时同时将DTU监测的馈线区域内所有的电气关联节点进行矩阵归纳，找出与分布式电源接入点呈强相关状态节点，把这些强相关状态节点建立M行M列故障相关描述矩阵。
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