CN108023341A - 一种含分布式电源的配电网自适应保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含分布式电源的配电网自适应保护方法，步骤：1)将分布式电源等效为理想电流源Idg，其中Idg的大小与分布式电源输出功率大小成正比，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路；2)确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs；3)确定分布式电源下游保护到故障点之间的阻抗Zk,计算助增电流Ip；3)在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护的主保护整定值进行自适应调整。本发明将分布式电源等效为理想电流源，简化线路模型，同时考虑分布式电源容量的影响；考虑分布式电源接入对下游保护的助增作用，消除分布式电源接入对接入点下游主保护的影响。

Description

一种含分布式电源的配电网自适应保护方法
技术领域
本发明专利属于配电网继电保护领域，特别涉及一种含分布式电源的配电网自适应保护方法。
背景技术
随着传统化石能源的枯竭以及人们对环境问题的日渐关注，可再生能源越来越受到人们的重视。充分利用太阳能、风能等清洁能源的分布式发电技术正是在这样的背景下发展起来的。分布式发电技术具有环境友好、供电灵活等优点，但是，分布式发电的迅速发展使得分布式电源的并网容量越来越大，从而导致它对传统配电网系统，尤其是继电保护装置的影响变得不可忽视。
当分布式电源接入点在保护上游，保护下游发生故障时，由于分布式电源的助增作用，流过保护的故障电流增大，增大的幅度受分布式电源输出功率的影响。对于传统线路配置的三段式保护而言，保护安装处的故障电流变大，将会导致本线路的电流速断保护的保护范围变大，有可能使保护越级动作，从而失去选择性。
发明内容
本发明的目的是解决分布式电源接入点在保护上游，当保护下游发生故障时，分布式电源的助增作用使得流过保护的故障电流增大，导致速断保护的保护范围变大，可能使保护失去选择性的问题。
为了解决上述技术问题，一种含分布式电源的配电网自适应保护方法，包括以下步骤：
步骤一、将分布式电源等效为理想电流源Idg，其中：Idg的大小与分布式电源输出功率大小成正比，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路；
步骤二、确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs；
步骤三、确定分布式电源下游保护到故障点之间的阻抗Zk,计算助增电流Ip；
步骤四、在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护的主保护整定值进行自适应调整。
进一步，步骤一中，将分布式电源等效为理想电流源Idg，通过分布式电源的输出功率和并网点的电压，确定Idg的大小。根据线路的拓扑结构，确定分布式电源接入点下游线路发生故障时的等效电路。
进一步，步骤二中，通过电流互感器采集故障时流过保护的电流，利用对称分量法得到故障电流的正序、负序和零序分量，最后使用序分量比较法确定故障类型参数Kd，然后通过电压互感器和电流互感器分别采集故障发生前后保护安装处的电压、电流信息，运用故障分量原理来计算系统的等效阻抗Zs。
进一步，步骤三中，利用采集到的保护安装处故障后的电压Um和电流Im，运用距离保护原理，可以确定分布式电源接入点下游保护到故障点的阻抗Zk，在得到Zk的基础上，利用电路有关知识计算助增电流Ip。
进一步，步骤四中，根据步骤三得到的助增电流Ip，利用传统自适应电流保护原理，自适应增大下游保护的主保护整定值，以保证分布式电源接入后对选择性的要求。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)将分布式电源等效为理想电流源，简化了线路模型，同时考虑了分布式电源容量的影响；(2)在传统自适应电流保护的基础上，考虑分布式电源接入对下游保护的助增作用，自适应增大下游保护的主保护整定值，消除了分布式电源接入对接入点下游主保护的影响。
附图说明
图1是本发明一种含分布式电源的配电网自适应保护方法流程图。
图2是含分布式电源的辐射状配电网图。
图3是K1点发生短路故障时等效电路图。
图4是序分量法确定故障类型流程图。
图中：1为将分布式电源等效为理想电流源Idg，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路；2为确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs；3为确定分布式电源下游保护到故障点之间的阻抗Zk,计算助增电流Ip；4为在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护的主保护整定值进行自适应调整。
具体实施方式
为了解决上述技术问题，本发明提出一种含分布式电源的配电网自适应保护方法，附图2为含分布式电源的配电网网络，其中分布式电源DG接入点位于母线B上，线路BC上K1点发生短路故障，以保护3为例来具体说明本方法，包括以下步骤：
步骤一、将分布式电源等效为理想电流源Idg(Idg的大小与分布式电源输出功率大小成正比)，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路；
步骤二、确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs；
步骤三、确定分布式电源下游保护到故障点之间的阻抗Zk,计算助增电流Ip；
步骤四、在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护3的主保护整定值进行自适应调整。
进一步，步骤一中，将逆变型分布式电源等效为理想电流源Idg，通过分布式电源的输出功率和并网点的电压，确定Idg的大小，计算表达式如式(1)所示：：
式中，S1表示分布式电源的输出功率，V1表示分布式电源接入点的电压。
然后根据网络的拓扑结构，确定K1点发生短路故障时的等效电路，如附图3所示。
进一步，步骤二中，确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs。本步骤具体分为两小步：
第1步，确定故障类型参数Kd。
首先，通过安装在母线B上的电流互感器采集故障时流过保护3的电流I2，利用对称分量法得到I2的正序、负序和零序分量，以A相为基准相，表达式为式(2)所示：
式中，I2A.1、I2A.2、I2A.0分别表示A相故障电流的正序分量、负序分量和零序分量，IA、IB、IC表示采集的A相故障电流、B相故障电流和C相故障电流，a为一个表示相量相位关系的运算子，a＝ej120°。
得到I2A.1、I2A.2、I2A.0后，利用序分量比较法确定故障类型参数。首先判断零序电流分量I2A.0是否为0，若I2A.0≠0，接着判断负序电流分量I2A.2与零序电流分量I2A.0是否相等，若I2A.2＝I2A.0，则判别故障为单相接地短路，Kd＝1；若I2A.2≠I2A.0，则判别故障为两相接地短路，若I2A.0＝0，接着判断负序电流分量I2A.2是否为0，若I2A.2≠0，则判别故障为两相相间短路，若I2A.2＝0，则判别故障为三相短路，Kd＝1。具体流程图如附图4所示。
第2步，确定故障发生时系统的等效阻抗Zs。
首先，通过安装在母线B上的电压互感器和电流互感器分别采集故障发生前后保护3处的电压、电流信息，然后运用故障分量原理来计算系统的等效阻抗Zs。由叠加原理可知，故障状态＝正常运行状态+故障附加状态。由于故障信息蕴含在故障附加状态中，所以，故障信息＝故障后实测信息—故障前实测信息。电压故障分量和电流故障分量的计算表达式如式(3)所示：
式中，U2.mg、I2.mg分别表示为电压故障分量和电流故障分量，U2、I2分别表示故障后的电压和电流信息，Uf、If分别表示故障前的电压和电流信息。
得到保护3电压故障分量和电流故障分量后，计算系统的等效阻抗Zs，表达式如式(4)所示：
进一步，步骤三中，确定保护3到K1点之间的阻抗Zk,计算助增电流Ip。利用第二步采集到的故障后的电压U2.m和电流I2.m，运用距离保护原理，可以确定分布式电源接入点下游保护到故障点的阻抗Zk，Zk的计算表达式如式(5)所示：
确定Zk后，K1点故障时，分布式电源DG提供的助增电流Ip的计算表达式如式(6)所示：
式中，Zs为故障发生时系统的等效阻抗，Zk为分布式电源接入点下游保护到故障点的阻抗，Idg为分布式电源输出的电流。
进一步，步骤四中，在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护3的主保护整定值进行自适应调整。分布式电源未接入时，保护3的传统自适应主保护整定表达式如式(7)、(8)所示：
I3.set＝KrelIk (7)
式中，I3.set为该保护的主保护整定值，Ik表示分布式电源接入前流过该保护的短路电流，Krel为可靠系数，一般取1.2～1.3，Kd为步骤二确定的故障类型参数，Es为系统侧电源的等效电势，Zs为步骤二确定的系统等效阻抗，ZBC为线路BC的阻抗。
接入分布式电源DG后，当同一地点发生短路故障时，由于分布式电源的助增作用，流过该保护的短路电流会增大，增大的值为Ip，所以，我们将该保护的主保护整定值进行自适应地增大，以保证分布式电源接入后对选择性的要求，整定值自适应调整如式(9)、(10)所示：
I'k＝Ik+Ip (9)
I′3.set＝KrelI'k＝Krel(Ik+Ip) (10)
式中，I′k表示分布式电源接入后流过该保护的短路电流，I3.set ’表示自适应增大后该保护的整定值。
这样就可以消除分布式电源DG接入对保护3的影响，满足保护3与保护4选择性的要求。
以上步骤如附图1所示。

Claims (6)

1.一种含分布式电源的配电网自适应保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将分布式电源等效为理想电流源Idg，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路；
步骤二、确定自动估计的故障类型参数Kd和故障发生时的系统阻抗Zs；
步骤三、确定分布式电源下游保护到故障点之间的阻抗Zk，计算助增电流Ip；
步骤四、在得到助增电流的基础上，对分布式电源接入点下游保护的主保护整定值进行自适应调整。
2.如权利要求1所述的配电网自适应保护方法，其特征在于，步骤一中，所述的理想电流源Idg，通过分布式电源的输出功率和并网点的电压，确定Idg的大小，根据线路的拓扑结构，确定分布式电源下游线路发生故障时的等效电路。
3.如权利要求1或2所述的配电网自适应保护方法，其特征在于，所述的Idg的大小与分布式电源输出功率大小成正比。
4.如权利要求1所述的配电网自适应保护方法，其特征在于，步骤二中，所述的故障类型参数Kd通过电流互感器采集故障时流过保护的电流，利用对称分量法得到故障电流的正序、负序和零序分量，最后使用序分量比较法确定故障类型参数Kd，然后再通过通过电压互感器和电流互感器分别采集故障发生前后保护安装处的电压、电流信息，运用故障分量原理来计算系统的等效阻抗Zs。
5.如权利要求1所的配电网自适应保护方法，其特征在于，步骤三中，所述的的阻抗Zk，利用采集到的保护安装处故障后的电压Um和电流Im，运用距离保护原理，确定分布式电源接入点下游保护到故障点的阻抗Zk。在得到Zk的基础上，利用电路有关知识计算助增电流Ip。
6.如权利要求5所述的配电网自适应保护方法，其特征在于，根据步骤三得到的助增电流Ip，利用传统自适应电流保护原理，自适应增大下游保护的主保护整定值，以保证分布式电源接入后对选择性的要求。
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