CN108879622A - 基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法及系统。传统电流差动保护需要对线路两侧电流相量进行实时比较以分辨区内、外不同故障情形，因而对保护装置的通信条件和数据同步要求较高。本发明的保护方法为：线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值大小发送到数据处理中心，保存并进行记录；数据处理中心根据采集到的电流幅值计算差动电流和制动电流；当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。本发明不依赖于精准对时即可判定故障电路，实现配电网故障快速动作。

Description

基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，尤其是一种基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法及系统。

背景技术

传统配电系统多为单电源辐射状网络，即使结构上是闭环网络也常采取开环运行方式，其潮流与故障电流均呈现单向流动的特点。因此，传统配电网保护配置较为简单，三段式电流保护即可满足要求。然而，分布式电源(DG)的接入改变了配电网的结构，使得传统配电网转变为有源网络。在有源配网新型架构下，潮流与故障电流的大小和方向均具有不确定性，传统三段式电流保护的灵敏度和选择性遇到重大挑战。在此新形势下，亟待研究适合有源配网特征的新型保护方法。

与其他原理的保护相比，电流差动保护能较好地适应电力系统振荡、不对称短路等各种复杂故障工况，并且不受电压互感器断线的影响，在电力系统中得以广泛应用。从原理上来说，电流差动保护具备绝对选择性，是目前解决上述有源配电网保护新问题的最为有效的途径之一。作为高压、超高压输电线路的主保护，传统电流差动保护需要对线路两侧电流相量进行实时比较以分辨区内、外不同故障情形，因而对保护装置的通信条件和数据同步要求较高。然而，在现有含DG配网中，受通信条件简陋等客观限制的影响，大规模实现线路两侧电流相量严格同步比较的条件还不成熟。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，其能够在不依赖于获取线路两端电流相量，只需求幅值大小的情况下，实现配电网在故障情况下的快速动作。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，所述的配电网包括两端都装有采集电流幅值的电流采集装置的输电线路、含基于复式比例幅值差动判据的保护装置和能够切断输电线路的断路器，其包括步骤：

步骤1、线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值发送到数据处理中心，保存并进行记录；

步骤2、数据处理中心根据采集到的电流幅值大小计算差动电流和制动电流；

步骤3、当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。

作为上述技术方案的补充，步骤1中，线路两侧不需要精准对时，只需要各侧电流采集装置将实时采集到的电流幅值大小传送到数据处理中心，并储存在相应的储存设备中。

作为上述技术方案的补充，步骤2中，相应的差动电流I_cd和制动电流I_zd的计算公式如下：

其中，I_cd差动电流，I_zd为制动电流，I_m和I_n分别为线路m侧和n侧电流幅值大小。

作为上述技术方案的补充，步骤3中，当故障线路瞬时差动电流和制动电流满足I_cd≥K_rI_zd时，向继电器发出动作指令，其中，K_r是可靠系数，上式改写为：

|I_m-I_n|＞K_r(|I_m+I_n|-|I_m-I_n|)。

作为上述技术方案的补充，步骤3中，K_r取值为1.1-1.25。

本发明还提供一种基于复式比例幅值差动判据的配电网保护系统，所述的配电网包括两端都装有采集电流幅值的电流采集装置的输电线路、含基于复式比例幅值差动判据的保护装置和能够切断输电线路的断路器，其特征在于，包括：

数据发送模块：线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值大小发送到数据处理中心，保存并进行记录；

电流计算模块：数据处理中心根据采集到的电流幅值计算差动电流和制动电流；

判定执行模块：当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。

本发明利用正常运行和外部短路时线路两侧测量电流的幅值(有效值)几乎相等的特征，构造基于电流幅值信息的电流差动保护方法，此类幅值差动判据无需采样数据严格同步，在不对现有配网进行大规模升级改造的前提下能够高效地处理含DG配网绝大多数故障问题，保护的经济性和实用性得以兼顾。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中配电网等效电路图；

图2为本发明实施例1中配电网基于复式比例幅值差动判据保护的逻辑图；

图3为本发明实施例1中复式比例幅值差动保护差动电流和制动电流大小示意图；

图4为本发明实施例1中常规差动保护差动电流和制动电流大小示意图；

图1中，对各符号表示的含义进行说明：分别为线路m、n两侧检测到的故障电流相量；I_m、I_n分别为线路m、n两侧检测到的故障电流幅值；Z_m分别为被保护线路m侧系统的等效电势和阻抗，Z_n分别为被保护线路n侧系统的等效电势和阻抗，Z_L为线路mn的等效阻抗；系数α为故障点k₂至母线m侧距离与线路mn全长的比值。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1

本发明的实施例提供一种配电网基于复式比例幅值差动判据的保护方法(简称复式比例幅值差动保护)，结合图1所示的配电网结构图，具体包括以下步骤：

1、线路两侧电流采集装置将实时采集线路M侧和N侧的电流幅值大小I_m、I_n发送到数据处理中心，并进行记录；

2、在t＝0.5s时线路M、N上发生短路故障，根据采集到的线路两侧的电流幅值大小分别为I_m＝110A和I_n＝5A，根据下面的公式计算相应的差动电流和制动电流I_cd1＝105A和I_zd1＝10A。

而常规的差动保护的差动电流和制动电流大小分别为I_cd2＝115A和I_zd2＝40A。通过与常规差动保护进行对比发现，如图3和图4所示，基于复式比例幅值差动判据的保护在非故障期间和常规差动保护类似，差动电流较小，制动电流较大，因此能保持可靠不动作；在故障期间，基于复式比例幅值差动判据的保护和常规差动保护都有较大的差动电流，但是基于复式比例幅值差动判据的保护有着比常规差动保护更小的制动电流，因此在故障期间更加灵敏。

3、按照可靠系数K_r＝1.15整定，此时满足差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，即I_cd≥K_rI_zd，因此，认定为线路M、N内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令。

实施例2

本发明的实施例提供一种基于复式比例幅值差动判据的配电网保护系统，所述的配电网包括两端都装有采集电流幅值的电流采集装置的输电线路、含基于复式比例幅值差动判据的保护装置和能够切断输电线路的断路器，其包括：

数据发送模块：线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值大小发送到数据处理中心，保存并进行记录；

电流计算模块：数据处理中心根据采集到的电流幅值计算差动电流和制动电流；

判定执行模块：当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。

线路两侧不需要精准对时，只需要各侧电流采集装置将实时采集到的电流幅值大小传送到数据处理中心，并储存在相应的储存设备中。

相应的差动电流I_cd和制动电流I_zd的计算公式如下：

其中，I_cd差动电流，I_zd为制动电流，I_m和I_n分别为线路m侧和n侧电流幅值大小。

当故障线路瞬时差动电流和制动电流满足I_cd≥K_rI_zd时，向继电器发出动作指令，其中，K_r是可靠系数，上式改写为：

|I_m-I_n|＞K_r(|I_m+I_n|-|I_m-I_n|)。

K_r取值一般为1.1-1.25。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，所述的配电网包括两端都装有采集电流幅值的电流采集装置的输电线路、含基于复式比例幅值差动判据的保护装置和能够切断输电线路的断路器，其特征在于，包括步骤：

步骤1、线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值大小发送到数据处理中心，保存并进行记录；

步骤2、数据处理中心根据采集到的电流幅值计算差动电流和制动电流；

步骤3、当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。

2.根据权利要求1所述的基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，其特征在于，步骤1中，线路两侧不需要精准对时，只需要各侧电流采集装置将实时采集到的电流幅值大小传送到数据处理中心，并储存在相应的储存设备中。

3.根据权利要求1所述的基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，其特征在于，步骤2中，相应的差动电流I_cd和制动电流I_zd的计算公式如下：

其中，I_cd差动电流，I_zd为制动电流，I_m和I_n分别为线路m侧和n侧电流幅值大小。

4.根据权利要求3所述的基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，其特征在于，步骤3中，当故障线路瞬时差动电流和制动电流满足I_cd≥K_rI_zd时，向断路器发出动作指令，其中，K_r是可靠系数，上式改写为：

|I_m-I_n|＞K_r(|I_m+I_n|-|I_m-I_n|)。

5.根据权利要求4所述的基于复式比例幅值差动判据的配电网保护方法，其特征在于，步骤3中，K_r取值为1.1-1.25。

6.基于复式比例幅值差动判据的配电网保护系统，所述的配电网包括两端都装有采集电流幅值的电流采集装置的输电线路、含基于复式比例幅值差动判据的保护装置和能够切断输电线路的断路器，其特征在于，包括：

数据发送模块：线路两侧电流采集装置将采集的线路M侧与N侧的实时电流幅值大小发送到数据处理中心，保存并进行记录；

电流计算模块：数据处理中心根据采集到的电流幅值计算差动电流和制动电流；

判定执行模块：当计算获得的差动电流大于或等于制动电流与可靠系数的乘积时，则判定为输电线路内部发生短路故障，向断路器发送保护动作指令；否则，则判定为输电线路内部未发生短路故障，闭锁保护。