CN107453391A - 含lvrt的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法，包括以下步骤：步骤1，获取故障前后含LVRT的分布式电源并网点电压，并分别计算其有效值V_RMS和V₁；步骤2，根据V_RMS和V₁获取电压跌落幅度，并结合LVRT的控制策略，计算故障后含LVRT的分布式电源输出电流变化角度Δθ_DG；步骤3，在传统保护导纳相角变化的整定值基础上加上Δθ_DG，实现整定值的自适应调整。

Description

含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统继电保护技术，特别是一种含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法。

背景技术

微电网是由分布式电源(DG)和负荷组成的一个区域性小型电力网络，其中分布式电源大部分是采用逆变器接口进行并网的逆变型分布式电源(IIDG)，其故障特性区别于传统的配电网。单纯地利用电压或者电流特征的变化，无法满足电网保护可靠性的要求。对此，人们提出了一种基于母线测量导纳变化的微电网保护方法。该方法利用故障前后故障区间两侧的导纳模值与相角变化构成保护的启动判据。但是该方法针对的分布式电源模型不含低电压穿越(Low Voltage Ride Through，即LVRT)功能。

随着技术的发展，针对分布式电源的并网要求愈发严格，国家电网公司明确要求分布式电源并网应具备LVRT。但是现有的LVRT控制策略使得分布式电源在故障时会输出无功电流，使得输出电流相角发生变化。同时经过仿真分析，发现两种情况下电压相角变化相差不大。这样就会导致含LVRT情况下故障前后导纳相角变化增大，将有可能超过传统的整定范围而使得保护拒动。

传统的导纳相角保护是利用故障时故障区间两端导纳相角变化一端为0°，另一端为180°来实现保护动作的，其具体的保护判据为：

0°-θ_L＜Δθ＜0°+θ_L

180°-θ_L＜Δθ＜180°+θ_L

其中，θ_L为保护整定的灵敏度闭锁角，一般取30°。当分布式电源不含LVRT 时，其保护判据可以正确动作。但是当分布式电源含LVRT后，分布式电源会根据不同故障情况所造成的电压跌落幅度适当输出无功电流，从而导致故障后分布式电源的输出电流相角相较于不含LVRT时发生了Δθ_DG的改变，根据导纳相角的计算方法，故障后导纳相角也变化了Δθ_DG，当Δθ_DG较大时(即故障后电压跌落幅度较大时)，就有可能使得Δθ超出传统判据的范围，导致保护拒动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法，包括以下步骤：

步骤1，获取故障前后含LVRT的分布式电源并网点电压，并分别计算其有效值V_RMS和V₁；

步骤2，根据V_RMS和V₁获取电压跌落幅度，并结合LVRT的控制策略，计算故障后含LVRT的分布式电源输出电流变化角度Δθ_DG；

步骤3，在传统保护导纳相角变化的整定值基础上加上Δθ_DG，实现整定值的自适应调整。

采用上述方法，步骤2的具体过程为：

步骤2.1，确定电压跌落幅度α

步骤2.2，基于LVRT的控制策略，当检测到并网点电压跌落到90﹪时，断开功率外环，并在电流内环先给定无功电流的参考值i_{q_ref}，再给定有功电流的参考值i_{d_ref}

其中，i_max为分布式电源输出电流的最大值，i_{d_ref0}为故障前分布式电源运行 d轴参考电流值；

步骤2.3，获取加入LVRT后分布式电源的输出电流相角变化Δθ_DG

采用上述方法，步骤3通过式(6)实现整定值的自适应调整

本发明提出一种含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据，该保护判据在传统基于母线测量导纳变化的微电网保护方法的基础上，考虑LVRT对分布式电源输出电流的相角变化影响，进而影响故障后分布式电源侧测量导纳相角发生变化，可能超过不含LVRT时的导纳相角变化整定值从而导致保护拒动的问题。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是简化的含分布式电源的微电网网络图。

图2是LVRT控制策略流程图。

图3是故障后含LVRT输出电流相角变化图。

图4是含LVRT与不含LVRT故障后N侧保护2电压相角图。

图5是本次实验仿真结果对比图。

图6是以保护2为例的自适应导纳相角调整流程图。

具体实施方式

本发明的目的就是通过分布式电源LVRT的控制策略去计算不同电压跌落程度下Δθ_DG的大小，然后通过在线调整保护的整定值，在传统保护的基础上加上Δθ_DG，就可以消除不同电压跌落情况下，LVRT对传统导纳相角判据的影响，使得该保护方法可以适用于含LVRT的情况。

结合图1，其中分布式电源DG接入点位于母线N上，线路MN上K1点(50 ﹪处)发生三相短路故障，以N侧保护2为例来具体说明本方法，结合图6，实施步骤如下：

第一步，获取故障前后含LVRT的分布式电源并网点电压，并分别计算其有效值V_RMS和V₁。具体为：利用安装在母线N上的电压互感器采集故障前后母线 N的电压，并利用保护测量装置计算其有效值V_RMS和V₁。这两小步均为现有技术，首先利用电压互感器采集分布式电源并网点的电压是常见获取电压信号的手段，其次，现有的保护测控装置集保护、测量、控制、监测、通讯、事件记录、故障录波等多种功能于一体，其内部可以通过内置的傅里叶算法快速计算出所测得信号的有效值，同时已有较多文献对这方面进行了研究，如文献《继电保护装置电信号有效值测量误差分析》、《电工电子产品电参数有效值测量方法探讨》等本次实验测得的V_RMS为187v，V₁为415v。

第二步：得到V_RMS和V₁后，确定电压跌落幅度，并结合LVRT的控制策略，计算故障后含LVRT的分布式电源输出电流变化角度Δθ_DG。

首先利用第一步计算得到的V_RMS和V₁，确定故障后电压跌落幅度α，其计算如式(1)所示：

代入前面的测量值，求得α＝0.45。当前分布式电源的LVRT的控制策略为当检测到并网点电压跌落到90﹪时，断开功率外环，并在电流内环直接给定有功和无功电流的参考值。其具体的控制流程图如附图2所示。其中，优先给定无功电流，无功电流参考值i_{q_ref}的给定如式(2)所示：

式中，i_max为分布式电源输出电流的最大值，一般取1.2～1.5，本次实验i_max取1.2。

有功电流参考值i_{d_ref}的给定如式(3)所示：

式中，i_{d_ref0}为故障前分布式电源运行d轴参考电流值，可以根据故障前分布式电源的运行情况测得，本次实验为0.785。

代入有关数据，求得i_{q_ref}＝1.1，i_{d_ref}＝0.48。故障发生后，相较于不含LVRT 的情况，加入LVRT后分布式电源的输出电流相角变化Δθ_DG如式(4)所示，如附图3所示。Δθ_DG可以根据不同的电压跌落情况求出：

代入i_{q_ref}＝1.1，i_{d_ref}＝0.48，求得Δθ_DG＝66.4°。

第三步，计算出故障后含LVRT的分布式电源输出电流变化角度Δθ_DG后，在传统保护导纳相角变化的整定值基础上加上Δθ_DG，实现整定值的自适应调整。

传统基于母线测量导纳的保护算法中，对于N侧保护2，其导纳相角变化的整定值如式(5)所示：

式中，Δθ为故障前后保护2测量导纳的相角变化，θ_L为保护整定的灵敏度闭锁角，一般取30°，本次实验取30°。

通过仿真分析，我们发现含LVRT的分布式电源与不含LVRT的情况下，故障后的母线N侧保护2的电压相角基本不变，结果如附图4所示。同时，保护2 测量的电流相角等分布式电源输出电流相角。所以这两种情况下，故障后导纳的相角差等于分布式电源输出电流的相角差。由于含LVRT分布式电源的输出电流相角变化相较于传统不含LVRT的情况增加了66.4°，超出了前面的整定范围。因此，需要在线修改保护的整定值，在传统整定值的基础上加上Δθ_DG，改变后的整定值判据如式(6)所示：

这样就可以消除加入LVRT后对原有算法的影响，保证保护的正确动作。采用自适应导纳相角保护判据后的对比仿真结果如附图5所示。通过仿真图可以发现，采用自适应导纳相角保护判据后，导纳相角的变化在新的整定值范围了，保护成功动作。

Claims (4)

1.一种含LVRT的分布式电源的自适应导纳相角保护判据方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取故障前后含LVRT的分布式电源并网点电压，并分别计算其有效值V_RMS和V₁；

步骤2，根据V_RMS和V₁获取电压跌落幅度，并结合LVRT的控制策略，计算故障后含LVRT的分布式电源输出电流变化角度Δθ_DG；

步骤3，在传统保护导纳相角变化的整定值基础上加上Δθ_DG，实现整定值的自适应调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：利用电压互感器测量故障前后含LVRT的分布式电源并网点电压，并通过保护测量装置计算其有效值V_RMS和V₁。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：

步骤2.1，确定电压跌落幅度α

步骤2.2，基于LVRT的控制策略，当检测到并网点电压跌落到90﹪时，断开功率外环，并在电流内环先给定无功电流的参考值i_{q_ref}，再给定有功电流的参考值i_{d_ref}

其中，i_max为分布式电源输出电流的最大值，i_{d_ref0}为故障前分布式电源运行d轴参考电流值；

步骤2.3，获取加入LVRT后分布式电源的输出电流相角变化Δθ_DG

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4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3通过式(6)实现整定值的自适应调整

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