CN107221919B - 一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法。在保护装置内预先植入数据分析模块，数据分析模块包含所保护元件发生最严重故障保护能够正确动作时所允许接入配电网DR的容量值以及此时通过被保护元件的逻辑计算电流值；继电保护装置将实时接收DR接入配电网的容量值与保护装置可靠动作时所允许接入的容量值进行比较，以确定元件发生短路时保护装置可靠动作所采用的计算电流值，实现最终可靠动作。本发明利于DR的最大化利用，提高DR接入配电网渗透率，降低其接入对配电网系统造成的影响及对传统发电方式的依赖；在不频繁投退和调节DR接入配电网容量的情况下，避免因DR接入配电网容量的不断变化而降低继电保护装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
随着化石能源的日趋锐减和严峻环保问题的出现，清洁可再生能源的开发和利用引起了世界范围内的广泛关注，为与之相适应的分布式电源(DR，Distributed Resources)技术的快速发展和大规模推广应用提供了新的契机。
目前，DR大都以光伏发电、风力发电、储能装置或电动汽车等形式出现，其输出功率在满足就近负荷消纳的同时，余量往往通过功率变换装置输入配电网。由于受天气等因素的影响，DR输出功率往往具有随机性、波动性和易变性的特点，因而DR接入配电网，常常对电力系统造成一定的影响，其中之一即为对电力系统继电保护的影响，尤其在DR接入配电网不同渗透率的情况下所造成的继电保护可靠性的变化，此变化可能引起继电保护的拒动或误动，给电力系统的稳定运行埋下隐患。因此，如何降低DR接入配电网对继电保护可靠性造成的负面作用，实现电力系统的稳定运行，有着十分重要的现实意义和工程应用价值。
传统的配电网大多为单电源、辐射状结构，保护的整定也是基于此设计。而随着DR不断接入配电网，使得配电网系统运行方式变得更加复杂，电网潮流方向出现多样化，配电网各节点电压和故障电流大小及方向均会随着DR接入容量和位置的变化而变化，使得传统继电保护的整定更加困难，从而容易导致传统继电保护可靠性的降低。针对上述问题，目前已有研究指出，在不改变传统配电网继电保护配置方案的情况下，当含DR的配电网出现故障时，通过切除接入配电网的所有DR和切换不同定值区等方法来恢复系统的正常运行；或者配电网故障前后，保持DR功率、同步发电机次暂态电动势和配电网正常运行情况下得到的相应状态量不变，根据DR不同接口类型的特性，求得短路时DR提供的电流值，以便于继电保护配置和整定，实现故障的可靠切除。
上述方法在一定程度上有利于配电网故障的尽快切除，恢复配电网的稳定运行，但不利于大量清洁能源的开发利用；对故障多为瞬时性故障和DR高渗透率下的配电网来说，大量切除DR易导致系统电压和功率的剧烈波动，可能引起电力系统的震荡，影响相关设备的使用寿命，且保护多定值区的设置大大增加了定值整定的难度；此外，对于含有多类型DR的配电网来说，不同运行方式和短路情况下，DR提供的短路电流值计算也较为困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，用以解决不同容量分布式电源接入配电网后造成继电保护可靠性降低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，包括以下步骤：
预先在继电保护装置内部植入数据分析模块，数据分析模块包含保护装置所保护元件发生最严重故障继电保护装置能够正确动作时所允许接入配电网的DR最大容量值，以及此时对应的通过被保护元件的逻辑计算电流值；
继电保护装置通过配电网通信系统实时接收DR接入配电网的容量值和通过所保护元件的电流值；
继电保护装置通过预先植入的数据分析模块，将DR实时接入配电网的容量值与保护装置可靠动作时所允许接入的最大容量值进行比较，以确定所保护元件发生故障时保护装置所采用的逻辑计算电流值，此电流值由数据分析模块传输给保护装置内部的CPU；
继电保护装置内部的CPU接收到数据分析模块所传输的电流值后，将接收到的电流值用于继电保护装置是否动作的逻辑计算，利用继电保护装置内部的软件算法，经计算后，得到继电保护装置最终是否发出动作的指令。
进一步的，继电保护装置由人机交互界面、内部存储器、CPU、电源插件、信息接收模块、相关算法等保护装置正常运行所需要的硬件和软件组成，且预先在继电保护装置内部植入的数据分析模块存放于内部存储器中；
进一步的，继电保护装置内部存储器中的数据分析模块包含保护装置可靠动作时所允许接入配电网的DR最大容量值和此时通过所保护元件的逻辑计算电流值；
进一步的，继电保护装置数据分析模块内置保护装置可靠动作时所允许接入配电网的DR最大容量值，以及此时通过被保护元件的逻辑计算电流值能够根据DR接入配电网的位置、DR运行工况数据和配电网拓扑结构计算得到；
进一步的，数据分析模块中预先植入的所允许接入配电网的DR最大容量值和此时对应的继电保护装置可靠动作的逻辑计算电流值均可以通过继电保护装置人机界面进行设置或修改；
进一步的，继电保护装置内部存储器中数据分析模块所植入容量值的DR是指对该保护装置可靠动作有影响的分布式电源，该DR可以并网或离网运行；
进一步的，继电保护装置信息接收模块将通过配电网通信系统实时接收到的DR接入配电网的容量值和此时通过所保护元件的电流值首先传输给继电保护装置内部存储器中的数据分析模块，由数据分析模块对接收到的数据信息进行分析处理，输出保护装置是否动作所需要的最终逻辑计算电流值；
进一步的，继电保护装置内部存储器中的数据分析模块将实时接收到的DR接入配电网的容量值与保护装置可靠动作时所允许接入的DR最大容量值进行比较，若实时接收到的DR接入配电网的容量值小于或等于保护装置可靠动作所允许接入的容量值，则数据分析模块输出实际接收到的通过所保护元件的电流值给保护装置内部的CPU；若实时接收到的DR接入配电网的容量值大于保护装置可靠动作所允许接入的容量值，则数据分析模块输出预先植入的DR接入配电网继电保护可靠动作时通过所保护元件的逻辑计算电流值给保护装置的CPU；
进一步的，根据CPU逻辑计算结果，若继电保护装置需要发出动作指令，则该指令通过配电网通信系统传输给所保护元件的断路器，实现断路器的动作。
本发明的有益效果是，本发明通过在继电保护装置内部存储器中预先植入包含保护装置可靠动作时所允许接入配电网的DR最大容量值和此时通过被保护元件逻辑电流值的数据分析模块，对保护装置实时接收到的DR接入配电网的容量值进行分析对比，以确定保护装置可靠动作所采用的逻辑计算电流值，一方面有利于DR的最大化利用，提高DR接入配电网的渗透率，降低其接入对配电网系统造成的影响，以及对传统发电方式的依赖，符合国家相关的能源发展和环境保护政策；另一方面在不频繁投退和调节DR接入配电网容量的情况下，避免了因DR接入配电网容量的不断变化而降低继电保护装置的可靠性。
附图说明
图1是本发明配电网整体架构示意图；
图2是本发明中继电保护装置预先植入数据和数据分析模块流程示意图；
图3是本发明信息传输示意图；
图4是本发明数据处理与输出流程示意图。
具体实施方式
下面结合上述各个附图对本发明提出的具体实施方式做进一步的说明。
本发明提供的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，包括以下步骤：
(1)预先在继电保护装置内部存储器中植入数据分析模块，此数据分析模块包含继电保护装置所保护元件发生最严重故障时保护装置能够正确动作所允许接入配电网的DR最大容量值，以及此时通过被保护元件的逻辑计算电流值，上述数值均可以根据DR接入配电网的位置、DR运行工况数据和配电网拓扑结构等计算得到，并通过继电保护装置人机界面进行设置或修改；
(2)继电保护装置内部的信息接收模块通过配电网通信系统实时接收DR接入配电网的容量值和此时通过该保护装置所保护元件的电流值，上述数值由信息接收模块传输给保护装置内部存储器中的数据分析模块，由数据分析模块用于分析处理；
(3)继电保护装置内部存储器中的数据分析模块接收到信息接收模块传输的数据后，将DR实时接入配电网的容量值与保护装置可靠动作时所允许接入的DR最大容量值进行比较，以确定所保护元件发生故障时保护装置所采用的逻辑计算电流值，此电流值由数据分析模块传输给保护装置内部的CPU；
(4)继电保护装置内部的CPU接收到数据分析模块传输的电流值后，利用继电保护装置内部的软件算法，将接收到的电流值用于保护装置是否动作的逻辑计算，根据计算结果，得到继电保护装置最终是否发出动作的指令。
基于以上所提技术方案，结合本发明相关附图，给出以下一具体实施方式。
本发明提供的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，主要应用于配电网继电保护领域中。首先，在继电保护装置内部存储器中预先植入数据分析模块，数据分析模块包含继电保护装置所保护元件发生最严重故障保护装置能够正确动作时配电网所允许接入的DR最大容量值，以及此时对应的通过所保护元件的逻辑计算电流值，上述数值均可以根据配电网不同的运行方式、DR接入配电网的位置、DR运行工况数据等计算得到，并通过继电保护装置的人机界面进行设置或修改；其次，继电保护装置内部的信息接收模块，通过配电网通信系统将实时接收到的DR接入配电网的容量值和此时通过所保护元件的电流值，传输给继电保护装置内部存储器中的数据分析模块，数据分析模块对继电保护装置信息接收模块传输的DR接入配电网的实时容量值与预先植入的该DR所允许接入配电网的最大容量值进行分析对比，以确定继电保护装置可靠动作时所采用的最终逻辑计算电流值，避免因DR接入配电网容量值的变化而降低继电保护装置的可靠性；最后，继电保护装置内部的CPU接收到数据分析模块所发送的逻辑计算电流后，利用继电保护装置内部的软件算法进行计算，得到继电保护装置是否需要发出动作指令的最终结果，若继电保护装置需要发出动作指令，则该指令通过配电网通信系统传输给继电保护装置所保护元件的断路器，实现断路器的动作。
本发明中包含DR的配电网系统架构主要由DR、继电保护装置、DR数据采集终端、配电网馈线、断路器和互感器等构成，整体架构如图1所示。
本发明预先在继电保护装置内部存储器中植入数据分析模块，根据配电网系统运行方式、拓扑结构、DR的接入位置和设计参数，确定所保护元件发生最严重故障继电保护装置能够可靠动作时所允许接入配电网的DR最大容量值SDR0和此时对应的逻辑计算电流值I0，并将上述两个数值通过继电保护装置人机界面植入数据分析模块中，上述流程如图2所示。以图1配电网馈线z点发生短路故障为例，此时继电保护装置P1、P2通过配电网通信系统所接收到的通过被保护元件的电流可以分别根据式(1)、(2)计算得到
其中ZS为配电网系统等效阻抗，Z1和Z2分别为线路xy和yz的阻抗，SDR为DR接入配电网的容量，SB为系统基准容量(取为100MVA)，UB为系统基准电压，ZDR为分布式电源的等效阻抗且(x″DR为DR的次暂态电抗)，α与故障点距离系统电源侧的远近有关(距离越远，则α越大)。
本发明中继电保护装置内部的信息接收模块通过配电网通信系统实时接收电流互感器CT采集的通过被保护元件的电流值I和DR数据采集终端采集的DR接入配电网的容量值SDR后，将上述数据传输给继电保护装置内部预先植入的数据分析模块，数据分析模块对接收到的数据进行分析处理，输出继电保护装置动作所需要的逻辑计算电流值给保护装置内部的CPU，CPU根据内部的软件算法，将接收到的电流值用于继电保护装置动作逻辑运算，根据运算结果，向所保护元件的断路器发送是否动作的指令，上述信息传输如图3所示。
继电保护装置内部存储器中的数据分析模块接收到信息接收模块所传输的数据信息后，将实时接收到的DR接入配电网的容量值SDR与继电保护装置可靠动作时所允许接入的容量值SDR0进行比较，若SDR≤SDR0，则数据分析模块将实际接收到的通过所保护元件的电流值I传输给继电保护装置内部的CPU，用于CPU对继电保护装置是否发出动作指令的逻辑计算；若SDR＞SDR0，则数据分析模块将预先植入的分布式电源接入配电网保护装置可靠动作时对应的逻辑计算电流值I0传输给继电保护装置内部的CPU，用于CPU对继电保护装置可靠动作的逻辑计算，CPU根据接收到的电流值进行计算后，向所保护元件的断路器发送动作的指令，上述流程如图4所示。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)继电保护装置内预先植入所保护元件发生最严重故障保护能够正确动作时所允许接入配电网分布式电源的容量值以及此时通过被保护元件的逻辑计算电流值；(2)继电保护装置通过配电网通信系统实时接收分布式电源接入配电网的容量值和此时通过所保护元件的电流值；(3)数据分析模块将分布式电源接入配电网的实时容量值与继电保护装置可靠动作时所允许接入的容量值进行比较，以确定元件发生故障时继电保护装置所采用的计算电流值，并此电流值传输给继电保护装置内部的CPU；(4)继电保护装置内部的CPU接收到数据分析模块所传输的电流值后，将接收到的电流值用于继电保护装置是否动作的逻辑计算，得到继电保护装置最终是否发出动作的指令；
步骤(3)所述的数据分析模块将实时接收的分布式电源接入配电网的容量值与继电保护装置可靠动作时所允许接入的容量值进行比较，若实时接收的分布式电源接入配电网的容量值大于继电保护装置可靠动作所允许接入的容量值，则数据分析模块输出分布式电源接入配电网继电保护可靠动作时的逻辑计算电流值至继电保护装置的CPU，用于继电保护装置可靠动作逻辑计算。
2.根据权利要求1所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，步骤(2)所述的继电保护装置包括人机交互界面、内部存储器、CPU、信息接收模块、相关算法的继电保护装置正常运行所需要的硬件和软件。
3.根据权利要求1所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，步骤(2)所述的继电保护装置预先在内部存储器中植入数据分析模块。
4.根据权利要求1所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，步骤(2)所述的继电保护装置预先在内部存储器中植入数据分析模块，数据分析模块内包含继电保护装置可靠动作时所允许接入配电网的分布式电源容量值和此时通过被保护元件逻辑计算电流值。
5.根据权利要求4所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性 的方法，其特征在于，继电保护装置内部的信息接收模块将实时接收到的分布式电源接入配电网的容量值和通过所保护元件的电流值传输给数据分析模块，数据分析模块进行分析处理后将所需的逻辑计算电流值输出给继电保护装置内部的CPU，用于保护逻辑计算。
6.根据权利要求4所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，步骤(3)所述的数据分析模块将实时接收的分布式电源接入配电网的容量值与继电保护装置可靠动作时所允许接入的容量值进行比较，若实时接收的分布式电源接入配电网的容量值小于等于继电保护装置可靠动作所允许接入的容量值，则数据分析模块输出实际接收的通过所保护元件的电流值至继电保护装置的CPU，用于继电保护装置可靠动作逻辑计算。
7.根据权利要求4所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，继电保护装置内数据分析模块中所允许接入配电网的分布式电源容量值和此时通过被保护元件的逻辑计算电流值均根据分布式电源接入配电网的位置、分布式电源运行工况数据和配电网拓扑结构计算得到，并通过继电保护装置人机界面进行设置或修改。
8.根据权利要求4所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，允许接入配电网容量值的分布式电源是指对该继电保护装置可靠动作有影响的分布式电源，该分布式电源并网运行。
9.根据权利要求4所述的一种提高含分布式电源的配电网继电保护可靠性的方法，其特征在于，允许接入配电网容量值的分布式电源是指对该继电保护装置可靠动作有影响的分布式电源，该分布式电源离网运行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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