CN106849031A - 一种交直流混合微电网协同保护配合方案 - Google Patents

Abstract

一种交直流混合微电网协同保护配合方案。所述交直流混合微电网包括交流微电网、直流微电网以及连接交流微电网和直流微电网的双向互联变流器，所述交流微电网均采用过流保护P₁，直流微电网中直流线路采用基于最大故障电流与时间比值的保护P₂，直流分布式电源采用基于直流电压变化率的保护P₃，所述保护方案的协同配合关系为：直流系统故障时，P₂和P₃在故障瞬间动作，若P₂或P₃拒动，则P₁经时间T₁延迟后动作，切除直流故障；交流系统故障时，P₁在故障瞬间动作，若P₁拒动，则P₃经过时间T₂延迟后动作，再由P₁的后备保护将交流故障切除，P₂则不动作。与现有技术相比，本方案能兼顾交、直流侧保护的动作时序问题，故障时快速性好、可靠性高。

Description

一种交直流混合微电网协同保护配合方案

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，具体为一种交直流混合微电网协同保护配合方案。

背景技术

目前关于混合微电网的研究主要集中在拓扑结构设计、优化经济调度以及运行控制策略等方面，作为混合微电网的关键技术之一，继电保护技术的研究相对较少。由于混合微电网中含有大量分布式电源，且运行模式灵活多变，这对混合微电网保护的设计提出了较高的要求，如何兼顾交、直流侧保护的动作时序是在保护设计时需要重点考虑的问题。

混合微电网交流系统的保护方案可参照传统电网，而直流系统保护受制于大容量直流断路器以及工程应用，目前尚处于理论研究阶段，而且直流系统发生故障时，故障电流快速上升到很大的过流水平，将会严重影响整个混合微电网包括交流侧、直流侧和换流器的安全可靠运行。为了保证直流系统的安全可靠运行，要求在故障发生的几个毫秒内快速隔离故障直流线路，因此，如何选取能够快速反映直流故障状态的故障参量将是直流系统保护设计的关键问题。

由于混合微电网的直流系统和交流系统通过双向互联变流器连接，故障侧产生的故障谐波通过互联变流器传递至非故障侧，对非故障侧保护产生影响，考虑到直流保护动作要比交流保护迅速，因此，混合微电网保护设计主要考虑交流故障产生的故障谐波对直流保护和直流侧分布式电源的影响。

针对上述问题，本文提出一种交直流混合微电网协同保护配合方案。

发明内容

本发明提出一种交直流混合微电网协同保护配合方案，该方案能准确的区分交直流故障，兼顾交直流保护动作的时序问题，而且能有效降低交流故障谐波对直流系统的影响，故障时快速性较好，可靠性高，为交直流混合微电网保护提供技术支持。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：所述交直流混合微电网包括交流微电网、直流微电网以及双向互联变流器，所述交流微电网包括交流母线、交流负荷以及若干交流分布式电源，所述直流微电网包括直流母线、直流负荷以及若干直流分布式电源；所述交流母线和直流母线通过双向互联变流器进行连接；所述交流微电网均采用过流保护P₁，直流微电网中直流线路采用基于最大故障电流与时间比值的保护P₂，直流分布式电源采用基于直流电压变化率dU_dc/dt的保护P₃；所述保护方案的协同配合关系为：直流系统故障时，P₂和P₃在故障瞬间动作，若P₂或P₃拒动，则P₁经时间T₁延迟后动作，切除直流故障；交流系统故障时，P₁在故障瞬间动作，若P₁拒动，则P₃经过时间T₂延迟后动作，再由P₁的后备保护将交流故障切除，P₂则不动作。

所述P₂的整定值为(I_f.max/t_f.max)_set，其中I_f.max为直流线路故障电流在直流故障期间的最大值，t_f.max为直流线路故障电流达到最大值所用时间。

所述P₁延时动作信号为：在T₁延时期间，直流电压U_dc恒小于0.8U_{dc_N}，其中U_{dc_N}为正常运行时直流侧额定电压。

所述P₃延时动作信号为：在T₂延时期间，直流线路二次谐波含量THD₂恒大于二次谐波整定值THD_2.set，其中THD_2.set = 10THD_2.max，THD_2.max为直流线路正常运行时二次谐波含量最大值。

所述P₁延时动作时间T₁ = K_rel.1 * t_dc，P₃延时动作时间T₂ = K_rel.2 * t_dc，其中t_dc为直流保护固有动作时间，K_rel.1为T₁延时可靠系数，取值范围1-3，K_rel.2为T₂延时可靠系数，取值范围5-8。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：为交直流混合微电网设计了一种协同保护配合方案，能准确的区分交直流故障，且能兼顾交直流保护动作的时序问题，当系统发生直流故障时，优先保证直流保护动作，若直流保护拒动，交流保护作为直流保护的后备保护，经过一定时间延时后再动作，以降低直流故障对系统的影响；当系统发生交流故障时，优先保证交流保护动作，若交流保护拒动，为了减少交流故障谐波对直流分布式电源的影响，直流分布式电源保护经过一定时间延时后动作，再由交流保护的后备保护将交流故障切除。

附图说明

图1为交直流混合微电网协同保护的动作时序关系图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但本发明的实施范围并不局限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是一种交直流混合微电网协同保护的动作时序关系图。所述交直流混合微电网包括交流微电网、直流微电网以及双向互联变流器，所述交流微电网包括交流母线、交流负荷以及若干交流分布式电源，所述直流微电网包括直流母线、直流负荷以及若干直流分布式电源；所述交流母线和直流母线通过双向互联变流器进行连接；所述交流微电网均采用过流保护P₁，直流微电网中直流线路采用基于最大故障电流与时间比值的保护P₂，直流分布式电源采用基于直流电压变化率dU_dc/dt的保护P₃；所述保护方案的协同配合关系为：直流系统故障时，P₂和P₃在故障瞬间动作，若P₂或P₃拒动，则P₁经时间T₁延迟后动作，切除直流故障；交流系统故障时，P₁在故障瞬间动作，若P₁拒动，则P₃经过时间T₂延迟后动作，再由P₁的后备保护将交流故障切除，P₂则不动作。

所述P₂的整定值为(I_f.max/t_f.max)_set，其中I_f.max为直流线路故障电流在直流故障期间的最大值，t_f.max为直流线路故障电流达到最大值所用时间。

所述P₁延时动作信号为：在T₁延时期间，直流电压U_dc恒小于0.8U_{dc_N}，其中U_{dc_N}为正常运行时直流侧额定电压。

所述P₃延时动作信号为：在T₂延时期间，直流线路二次谐波含量THD₂恒大于二次谐波整定值THD_2.set，其中THD_2.set = 10THD_2.max，THD_2.max为直流线路正常运行时二次谐波含量最大值。

所述P₁延时动作时间T₁ = K_rel.1 * t_dc，P₃延时动作时间T₂ = K_rel.2 * t_dc，其中t_dc为直流保护固有动作时间，K_rel.1为T₁延时可靠系数，取值范围1-3，K_rel.2为T₂延时可靠系数，取值范围5-8。

混合微电网直流系统发生故障时，故障电流由于直流电容放电而迅速上升，因故障电流最大值对故障距离表现反比特性，而故障电流达到最大值所用时间和故障距离呈现正比关系，因此采用基于最大故障电流与时间比值的保护能很好的进行故障定位，而且直流故障时的直流电流与交流故障时相比，区别较大，因此能够明显的区别交流故障和直流故障，故直流侧采用基于最大故障电流与时间比值的保护。

而直流侧分布式电源能采用基于电压变化率的保护能很好的识别直流故障，交流谐波扰动故障以及直流微电网甩负荷造成的过电压等故障情况，因此直流分布式电源保护采用基于电压变化率的保护。

直流侧分布式电源由于其控制系统的调控作用，对交流故障产生的谐波扰动较为敏感，长时间工作在谐波扰动状态下将会对分布式电源内部的敏感元件产生不可逆的影响，因此，在交流系统故障时，直流分布式电源保护需要经过一定时间延时后动作，以减少交流保护拒动情况下，交流故障产生谐波扰动对直流分布式电源造成影响。系统正常运行时，直流侧二次谐波含量较低，而当系统发生交流故障时，交流故障产生的二次谐波会通过互联变流器传递至直流侧，使得直流侧二次谐波含量迅速上升至较高水平。因此，在交流故障期间，若交流保护正常动作，则直流侧二次谐波含量会跌落至零附近，若交流保护拒动，则直流侧二次谐波含量将一直保持较高水平，故可在保护延时期间，利用直流侧二次谐波含量恒大于整定值，作为交流保护拒动时直流分布式电源保护延时动作的条件。

由于混合微电网系统容量一般不大，电压等级不高，因此采用过流保护足以保证交流系统的安全运行。当系统发生直流故障时，若直流保护拒动，此时交流侧保护作为后备保护，需要延时动作，以保证直流系统的安全。又由于直流系统短路故障时，主要特征之一就是直流侧电压快速跌落至较低水平，直流故障期间，若直流保护正常动作，将故障线路切除后，直流侧电压由于储能的稳压作用，能够回升至正常水平；若直流保护拒动，由于故障点电压的钳位作用，直流电压将会保持在较低水平，因此在保护延时期间，可以利用直流侧电压恒小于整定值，作为直流保护拒动时，交流保护延时动作的条件。

基于以上分析，混合微电网保护配置情况如下：

交流微电网均采用过流保护P₁，直流微电网中直流线路采用基于最大故障电流与时间比值的保护P₂，直流分布式电源采用基于直流电压变化率dU_dc/dt的保护P₃；

混合微电网保护协同配合的动作时序关系如下：

直流系统故障时，应当优先满足直流侧保护动作，因此，P₂和P₃在故障瞬间动作，若P₂或P₃拒动，为了降低直流故障对直流系统的影响，此时，P₁作为P₂和P₃的后备保护，应当延时T₁动作，将直流故障切除。为保护直流侧脆弱的电力电子器件，延时时间T₁不宜过长，因此，T₁取1-3倍的直流保护固有动作时间，在保证选择性的前提下，尽可能快速地切除直流故障。交流系统故障时，应当优先满足交流保护动作，因此，P₁在故障瞬间动作，若P₁拒动，此时，交流故障产生的谐波扰动会严重干扰直流侧分布式电源的功率输出，为了避免长时间工作在交流谐波扰动状态下，直流分布式电源保护P₃应当延时T₂动作，并由P₁的后备保护将交流故障切除，考虑到直流分布式电源能够短时间内工作在谐波扰动状态，因此，P₃的延时时间T₂取5-8倍的直流保护固有动作时间。而交流谐波扰动无法使直流线路电流上升至较高水平，故不满足P₂的动作条件，因此，P₂在交流故障期间可靠不动作。

与现有技术相比，本发明提出的混合微电网协同保护配合方案能准确的区分交直流故障，兼顾交直流保护动作的时序问题，而且能有效降低交流故障谐波对直流系统的影响，故障时快速性较好，可靠性高。

Claims (5)

1.一种交直流混合微电网协同保护配合方案，其特征在于：所述交直流混合微电网包括交流微电网、直流微电网以及双向互联变流器，所述交流微电网包括交流母线、交流负荷以及若干交流分布式电源，所述直流微电网包括直流母线、直流负荷以及若干直流分布式电源；所述交流母线和直流母线通过双向互联变流器进行连接；所述交流微电网均采用过流保护P₁，直流微电网中直流线路采用基于最大故障电流与时间比值的保护P₂，直流分布式电源采用基于直流电压变化率dU_dc/dt的保护P₃；所述保护方案的协同配合关系为：直流系统故障时，P₂和P₃在故障瞬间动作，若P₂或P₃拒动，则P₁经时间T₁延迟后动作，切除直流故障；交流系统故障时，P₁在故障瞬间动作，若P₁拒动，则P₃经过时间T₂延迟后动作，再由P₁的后备保护将交流故障切除，P₂则不动作。

2.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网协同保护配合方案，其特征在于，所述P₂的整定值为(I_f.max/t_f.max)_set，其中I_f.max为直流线路故障电流在直流故障期间的最大值，t_f.max为直流线路故障电流达到最大值所用时间。

3.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网协同保护配合方案，其特征在于，所述P₁延时动作信号为：在T₁延时期间，直流电压U_dc恒小于0.8U_{dc_N}，其中U_{dc_N}为正常运行时直流侧额定电压。

4.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网协同保护配合方案，其特征在于，所述P₃延时动作信号为：在T₂延时期间，直流线路二次谐波含量THD₂恒大于二次谐波整定值THD_2.set，其中THD_2.set = 10THD_2.max，THD_2.max为直流线路正常运行时二次谐波含量最大值。

5.根据权利要求1所述的一种交直流混合微电网协同保护配合方案，其特征在于，所述P₁延时动作时间T₁ = K_rel.1 * t_dc，P₃延时动作时间T₂ = K_rel.2 * t_dc，其中t_dc为直流保护固有动作时间，K_rel.1为T₁延时可靠系数，取值范围1-3，K_rel.2为T₂延时可靠系数，取值范围5-8。