CN109066621B - 一种有源配电网的故障电流计算方法、系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源配电网的故障电流计算方法，包括：根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出逆变型分布式电源的故障电流；根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；基于对称分量法，并根据正序电流以及负序电流确定出通过目标继电保护装置的故障电流。应用本发明所提供的方法，可以计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流。本发明还提供了一种有源配电网的故障电流计算系统及设备，具体相应技术效果。

Description

一种有源配电网的故障电流计算方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种有源配电网的故障电流计算方法、系统及设备。
背景技术
随着人们对能源的需求逐渐提升，逆变型分布式电源作为大电源的重要补充，得到了越来越广泛的应用。逆变型分布式电源是促进风电、太阳能等分散式可再生能源的开发利用、提高清洁能源利用效率、解决偏远农村地区电力供应问题的重要途径。
电力系统在运行过程中常常会受到各种扰动的影响，这些突然的扰动使电力系统处于暂态过程中，暂态过程中的运行参量的变化可能会对电力系统造成危害，因此，当电力系统发生故障时，需要使用保护装置对故障段进行切除，使得电力系统正常运行。保护装置为继电器，通常也可以称为继电保护装置。在配置保护装置时，是基于发生故障时流过该故障保护装置的故障电流进行相应的配置，现有技术中计算该故障电流时，采用的方案较为传统，并未考虑到逆变型分布式电源并网的情况，因此，会使得计算出的故障电流不准确，进而影响保护装置的相关配置，也就使得电力系统的安全运行受到影响。
综上所述，如何计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种有源配电网的故障电流计算方法、系统及设备，以计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种有源配电网的故障电流计算方法，包括：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流；
根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；
基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流。
优选的，在所述确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流之后，还包括：
确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000021
将所述故障电流
Figure BDA0001781547390000022
与预设的可靠性系数
Figure BDA0001781547390000023
的乘积确定为所述目标继电保护装置的主保护电流值；
确定出当所述线路末端发生相间金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
将所述故障电流
Figure BDA0001781547390000025
与预设的灵敏度系数的比值确定为所述目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，所述可靠性系数
Figure BDA0001781547390000027
为根据所述有源配电网的线路参数计算，且使得所述目标继电保护装置的所述主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；所述灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000028
为根据所述有源配电网的线路参数计算的系数。
优选的，所述可靠性系数
Figure BDA0001781547390000029
满足：
Figure BDA00017815473900000210
其中，所述
Figure BDA00017815473900000211
所述ZS_EST以及所述ZLine均为所述有源配电网的线路参数，所述
Figure BDA00017815473900000212
为系统侧的等效电压源，所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZLine为所述目标继电保护装置的正序线路的阻抗。
优选的，所述灵敏度系数
Figure BDA00017815473900000213
满足：
Figure BDA00017815473900000214
优选的，所述根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流，包括：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，按照预设关系，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流，所述预设关系为：
Figure BDA0001781547390000031
所述
Figure BDA0001781547390000032
为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述SN为所述逆变型分布式电源的额定视在功率，所述UT1为所述逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述UN为所述逆变型分布式电源的线间电压，所述IN为所述逆变型分布式电源的额定电流。
优选的，所述根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流，包括：
当有源配电网的故障位置为总线处故障，且所述有源配电网的故障类型为相间金属故障时，将通过目标继电保护装置的正序电流确定为：
Figure BDA0001781547390000033
其中，所述
Figure BDA0001781547390000034
为所述通过目标继电保护装置的正序电流，所述
Figure BDA0001781547390000035
为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述
Figure BDA0001781547390000036
所述ZS_EST，所述ZL1，所述
Figure BDA0001781547390000037
以及所述均为所述有源配电网的线路参数，且所述
Figure BDA0001781547390000039
为系统侧的等效电压源，所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL1为所述目标继电保护装置的正序线路的阻抗；所述
Figure BDA00017815473900000310
为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述为故障前所述目标继电保护装置的电流；
将通过所述目标继电保护装置的负序电流确定为：
其中，所述
Figure BDA0001781547390000042
为所述通过目标继电保护装置的负序电流，所述ZS_EST，所述ZL2，所述以及所述
Figure BDA0001781547390000044
均为所述有源配电网的线路参数，且所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL2为所述目标继电保护装置的负序线路的阻抗；所述
Figure BDA0001781547390000045
为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述
Figure BDA0001781547390000046
为故障前所述目标继电保护装置的电流。
优选的，所述基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流，包括：
基于对称分量法，将通过所述目标继电保护装置的故障电流确定为：
Figure BDA0001781547390000047
其中，所述
Figure BDA0001781547390000048
为通过所述目标继电保护装置的a相故障电流，所述
Figure BDA0001781547390000049
为通过所述目标继电保护装置的b相故障电流，所述
Figure BDA00017815473900000410
为通过所述目标继电保护装置的c相故障电流。
一种有源配电网的故障电流计算系统，包括：
逆变型分布式电源故障电流计算模块，用于根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流；
正负序电流计算模块，用于根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；
目标继电保护装置故障电流计算模块，用于基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流。
优选的，还包括：
第一故障电流确定模块，用于确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA00017815473900000411
主保护电流确定模块，用于将所述故障电流
Figure BDA0001781547390000051
与预设的可靠性系数
Figure BDA0001781547390000052
的乘积确定为所述目标继电保护装置的主保护电流值；
第二故障电流确定模块，用于确定出当所述线路末端发生相间金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000053
备用保护电流确定模块，用于将所述故障电流
Figure BDA0001781547390000054
与预设的灵敏度系数的比值确定为所述目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，所述可靠性系数
Figure BDA0001781547390000056
为根据所述有源配电网的线路参数计算，且使得所述目标继电保护装置的所述主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；所述灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000057
为根据所述有源配电网的线路参数计算的系数。
一种有源配电网的故障电流计算设备，包括：
存储器，用于存储有源配电网故障电流计算程序；
处理器，用于执行所述有源配电网故障电流计算程序以实现上述任一项所述的有源配电网的故障电流计算方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的技术方案，包括：根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出逆变型分布式电源的故障电流；根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；基于对称分量法，并根据正序电流以及负序电流确定出通过目标继电保护装置的故障电流。
本申请的方案中，将逆变型分布式电源考虑在内，即当电力系统发生故障，计算通过目标继电保护装置的故障电流时，考虑到了逆变型分布式电源的因素。具体的，首先确定出逆变型分布式电源的故障电流，进而通过该逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流，之后基于对称分量法即可确定出通过目标继电保护装置的故障电流。由于本申请的方案考虑到了逆变型分布式电源并网的情况，因此，可以使得计算出的通过目标继电保护装置的故障电流更为准确，进而有利于保护装置的合理配置。综上，本申请中可以计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流。
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，下面将对实施例或现有技术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为本发明中一种有源配电网的故障电流计算方法的实施流程图；
图2a为配电网的总线处发生相间金属故障的等效电路图；
图2b为配电网的总线处发生相间金属故障的正序故障网络的示意图；
图2c为配电网的总线处发生相间金属故障的负序故障网络的示意图；
图3为本发明一种具体实施方式中可靠性系数的取值示意图；
图4为本发明中一种具体实施方式中有源配电网的结构示意图；
图5为本发明中一种有源配电网的故障电流计算系统的结构示意图；
图6为本发明中一种有源配电网的故障电流计算设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种有源配电网的故障电流计算方法，可以计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
请参考图1，图1为本发明中一种有源配电网的故障电流计算方法的实施流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S101：根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出逆变型分布式电源的故障电流。
当有源配电网发生故障时，由于有源配电网中存在逆变型分布式电源，而逆变型分布式电源和传统的采用同步电机进行供电的电源存在着不同的行为，因此，为了计算出通过目标继电保护装置的故障电流，首先可以将逆变型分布式电源进行单独分析。
具体的，可以通过相关检测设备以及逆变型分布式电源自身的相关参数设定，获得逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，该逆变型分布式电源的额定电流，该逆变型分布式电源的线间电压以及该逆变型分布式电源的额定视在功率。通过以上数据，便可以确定出该逆变型分布式电源的故障电流，也即表示当配电网出现故障时，该逆变型分布式电源提供的注入至配电网中的电流。
在一种具体实施方式中，考虑到当逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压大于等于线间电压的0.9倍时，输出的电流为有功，而逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压小于线间电压的0.9倍时，输出的电流为无功，且由于控制器中的电流限制，逆变型分布式电源提供的注入至电力系统中的短路电流不应大于额定电流的2倍，因此，步骤S101具体可以为：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，按照预设关系，确定出逆变型分布式电源的故障电流，预设关系为：
Figure BDA0001781547390000072
为逆变型分布式电源的故障电流，SN为逆变型分布式电源的额定视在功率，UT1为逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，UN为逆变型分布式电源的线间电压，IN为逆变型分布式电源的额定电流。
步骤S102：根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流。
继电保护装置通常可以为过电流继电器，在配电网中会设置多个继电保护装置，各个继电保护装置有其各自负责的保护线路。当配电网的某一位置发生短路故障时，对应的那个继电保护装置通常可以将其负责的保护线路从配电网中切除，也即实现了故障位置的切除。本申请中，目标继电保护装置表示的便是对应于故障位置的继电保护装置，故障位置不同，目标继电保护装置可以相应地不同。
配电网发生故障时，通过目标继电保护装置的故障电流主要由故障类型，故障位置，线路参数以及逆变型分布式电源注入的电流决定，因此，可以根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，来确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流，进而确定出通过目标继电保护装置的故障电流。
具体的，可以根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，建立有源配电网的等效电路，进而通过该等效电路分别确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流。
例如图2a中示出了故障位置为配电网的总线D处，故障类型为相间金属故障的一种实施方式。图2a所示出的有源配电网的等效电路可以由配电网的系统模型经过戴维宁等效变换简化之后而得出。图2a中的ZS_EST，ZL1以及ZLoad均为线路参数，线路参数可以利用相关检测设备进行确定。
Figure BDA0001781547390000084
为系统侧的等效电压源，ZS_EST为系统侧的阻抗，ZL1为目标继电保护装置的阻抗；ZLoad为负载阻抗。目标继电保护装置在图2a中表示为RPM，逆变型分布式电源表示为IIDG1。
建立了有源配电网的等效电路之后，便可以分别确定出正序故障电路以及负序故障电路，以进行正序电流以及负序电流的计算。通过图2a的实施方式中示出的电路，可以确定出的正序故障电路以及负序故障电路可分别参阅图2b以及图2c。在图2的实施方式中，下标1和下标2分别表示相应电气量的正序分量以及负序分量，例如图2b中的ZL1为目标继电保护装置RPM的正序线路的阻抗，其值等于图2a中的ZL1。ZL2为目标继电保护装置RPM的负序线路的阻抗。上标[0]表示相应电气量的故障前的分量。
针对相间金属故障，由边界条件“故障点处，故障相相电压相等，故障相相电流之和为零，非故障相相电流为零”可确定出图2的实施方式中：
Figure BDA0001781547390000081
Figure BDA0001781547390000082
其中，故障前负荷端的电压
Figure BDA0001781547390000091
可以表示为：
Figure BDA0001781547390000092
将叠加原理应用在图2b中的正序故障电路中，可以将通过目标继电保护装置的正序电流确定为：
Figure BDA0001781547390000093
其中，
Figure BDA0001781547390000094
为通过目标继电保护装置的正序电流，
Figure BDA0001781547390000095
为逆变型分布式电源的故障电流，
Figure BDA0001781547390000096
ZS_EST，ZL1，
Figure BDA0001781547390000097
以及
Figure BDA0001781547390000099
均为有源配电网的线路参数，且
Figure BDA00017815473900000910
为系统侧的等效电压源，ZS_EST为系统侧的阻抗，ZL1为目标继电保护装置的正序线路的阻抗；
Figure BDA00017815473900000911
为故障前目标继电保护装置的电压，
Figure BDA00017815473900000912
为故障前目标继电保护装置的电流。
Figure BDA00017815473900000913
表示的是将图2b中的电流源开路，计算电压源造成的流过目标继电保护装置的电流，表示的是将电压源短接，计算电流源造成的电流。
相应的，该种实施方式中可以将逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压确定为：
Figure BDA00017815473900000915
同理，可以将通过目标继电保护装置的负序电流确定为：
Figure BDA00017815473900000916
其中，
Figure BDA00017815473900000917
为通过目标继电保护装置的负序电流，ZS_EST，ZL2，
Figure BDA00017815473900000918
以及
Figure BDA00017815473900000919
均为有源配电网的线路参数，且ZS_EST为系统侧的阻抗，ZL2为目标继电保护装置的负序线路的阻抗；
Figure BDA00017815473900000920
为故障前目标继电保护装置的电压，
Figure BDA00017815473900000921
为故障前目标继电保护装置的电流。
需要指出的是，在上述具体实施方式中，详细示出了当有源配电网的故障位置为总线处故障，且有源配电网的故障类型为相间金属故障时，确定出的通过目标继电保护装置的正序电流和负序电流。在其他实施方式中，针对其他故障位置发生相间金属故障或者三相金属故障时，也可以采用相同的计算方法。例如当配电网的总线D处发生三相金属故障时，可以确定出：
Figure BDA0001781547390000101
以及
Figure BDA0001781547390000102
步骤S103：基于对称分量法，并根据正序电流以及负序电流确定出通过目标继电保护装置的故障电流。
在上述实施方式中中，确定出了当有源配电网的故障位置为总线处故障，且故障类型为相间金属故障时的正序电流
Figure BDA0001781547390000103
以及负序电流
Figure BDA0001781547390000104
则基于对称分量法，可以将通过目标继电保护装置的故障电流确定为：
Figure BDA0001781547390000105
其中，
Figure BDA0001781547390000106
为通过目标继电保护装置的a相故障电流，为通过目标继电保护装置的b相故障电流，
Figure BDA0001781547390000108
为通过目标继电保护装置的c相故障电流。
应用本发明实施例所提供的有源配电网的故障电流计算方法，包括：根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出逆变型分布式电源的故障电流；根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；基于对称分量法，并根据正序电流以及负序电流确定出通过目标继电保护装置的故障电流。
本申请的方案中，将逆变型分布式电源考虑在内，即当电力系统发生故障，计算通过目标继电保护装置的故障电流时，考虑到了逆变型分布式电源的因素。具体的，首先确定出逆变型分布式电源的故障电流，进而通过该逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流，之后基于对称分量法即可确定出通过目标继电保护装置的故障电流。由于本申请的方案考虑到了逆变型分布式电源并网的情况，因此，可以使得计算出的通过目标继电保护装置的故障电流更为准确，进而有利于保护装置的合理配置。综上，本申请中可以计算出更为准确的通过继电保护装置的故障电流。
在本发明的一种具体实施方式中，在确定出通过目标继电保护装置的故障电流之后，还包括：
确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000111
将故障电流
Figure BDA0001781547390000112
与预设的可靠性系数
Figure BDA0001781547390000113
的乘积确定为目标继电保护装置的主保护电流值；
确定出当线路末端发生相间金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000114
将故障电流
Figure BDA0001781547390000115
与预设的灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000116
的比值确定为目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，可靠性系数为根据有源配电网的线路参数计算，且使得目标继电保护装置的主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；灵敏度系数为根据有源配电网的线路参数计算的系数。
故障电流
Figure BDA0001781547390000119
可以由步骤S101至步骤S103的操作进行确定，具体的，故障电流
Figure BDA00017815473900001110
指的是故障位置发生在线路末端，故障类型为三相金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流。线路末端指的是该目标继电保护装置进行保护的线路的距该目标继电保护装置最远处。主保护的电流值由故障电流
Figure BDA00017815473900001111
与预设的可靠性系数
Figure BDA00017815473900001112
的乘积确定，是由于对于主保护而言，需要保证上线保护和下线保护的协调，主保护的设置值必须大于线路末端出现故障时的故障电流，而当发生三相金属故障时，通过继电器保护的故障电流最大。
具体的，主保护电流值可以设定如下：
Figure BDA00017815473900001113
其中，即为目标继电保护装置设定的主保护电流值，tI为主保护的操作时间，通常设为0秒。
相应的，故障电流
Figure BDA00017815473900001115
也可以由步骤S101至步骤S103的操作进行确定，具体的，故障电流
Figure BDA00017815473900001116
指的是故障位置发生在线路末端，故障类型为相间金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流。为了在线路末端的相间金属故障下提供后备保护，通过目标继电保护装置的短路电流应大于设置的后备保护电流值，因此后备保护的电流值由相间金属故障的故障电流
Figure BDA0001781547390000121
与预设的灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000122
的比值确定。
具体的，后备保护电流值可以设定如下：
Figure BDA0001781547390000123
其中，
Figure BDA0001781547390000124
即为目标继电保护装置设定的后备保护电流值，tII为后备保护的操作时间，通常其操作时间大于主保护的操作时间，当然，Δt具体的取值可以根据实际情况进行设定和调整，并不影响本发明的实施。
可靠性系数
Figure BDA0001781547390000125
以及灵敏度系数均可以根据有源配电网的线路参数进行设定，并且主要取决于系统侧的等效电压源
Figure BDA0001781547390000127
系统侧的阻抗ZS_EST，以及目标继电保护装置的正序线路的阻抗ZLine。
并且需要强调的是，在一种具体实施方式中，申请人考虑到上级的后备保护需要与下级的主保护协调，且发生相间金属故障时，目标继电保护装置设定的主保护电流值通常需要至少保护线路长度的20％，因此，可靠性系数
Figure BDA0001781547390000128
需要满足：
Figure BDA0001781547390000129
其中，
Figure BDA00017815473900001210
ZS_EST以及ZLine均为有源配电网的线路参数，
Figure BDA00017815473900001211
为系统侧的等效电压源，ZS_EST为系统侧的阻抗，ZLine为目标继电保护装置的正序线路的阻抗。可参见图3，假设ZS_EST和ZLine具有相同的阻抗角度，图3中的阴影部分即为可靠性系数
Figure BDA00017815473900001212
的取值区域。
在一种具体实施方式中，考虑到上级的后备保护需要与下级的主保护协调，灵敏度系数
Figure BDA00017815473900001213
不能太大，并且考虑到数据设定的简便，可以设定为满足：
Figure BDA00017815473900001214
可参见图4，为本发明一种具体实施方式中的有源配电网的等效电路图，是一个10.5kv，50Hz的接地分布式系统。IIDG1以及IIDG2为两个逆变型分布式电源，RP1以及RP2为两个继电保护装置，各线路参数在图4中均有示出。通过PSCAD/EMTDC进行模拟，以验证本申请的方案的有效性。假设图4中的目标继电保护装置RP2的线路末端发生相间金属故障，本申请方案的误差分析结果可参见表1。表1中的计算值指的即为采用本申请的方案的计算值，仿真结果为PSCAD/EMTDC的模拟值。Irp为即为通过目标继电保护装置RP2的故障电流，Is表示的是系统侧的输出电流，可以通过相应参数进行计算，Idg即为逆变型分布式电源输出的电流。在该种实施方式中，假定仿真时段长200s，SMDG在140s时接入，在SMDG接入之前的时段表示为事件1，SMDG接入之后的时段表示为事件2，SMDG接入之后，会使得线路参数发生相应的变化，进而使得计算出的通过目标继电保护装置RP2的故障电流发生变化。
表1：相间故障电流计算的误差分析结果
Figure BDA0001781547390000131
相应的，也可以假定目标继电保护装置RP2的线路末端发生三相金属故障，误差分析结果参见表2。
表2三相故障电流计算的误差分析结果
Figure BDA0001781547390000141
可以看出，尽管负载阻抗±5％的随机波动导致相间金属故障电流计算中的相对误差大于三相金属故障过程中的相对误差，但本申请计算出的通过目标继电保护装置的故障电流是精确的，较低的误差率足以适应目标继电保护装置的保护电流的设置。
进一步的，可以对本方案中的针对继电保护装置配置的主保护电流值以及后备保护电流值进行验证。RP1和RP2直接连接到相应的IIDG的共同耦合点。并且假设了四个故障点F1到F4。其中F1和F3分别是线路3和线路4的中点，F2和F4分别位于节点C和总线D。参见表3和表4：
表3：RP1和RP2的设置值
Figure BDA0001781547390000142
表4：RP1和RP2在不同运行条件下的保护动作
Figure BDA0001781547390000151
在该种实施方式中，选取的
Figure BDA0001781547390000152
以及
Figure BDA0001781547390000153
考虑到了上级的后备保护与下级的主保护之间的协调，并且可以使得目标继电保护装置设定的主保护电流值至少能够保护线路长度的20％。并且需要强调的是，主保护电流值的设定也可以在一定范围内进行调整，例如，在具体实施时，设定的主保护电流值能够保护线路长度的70％，另一种具体实施方式中，能保护85％。在表4的实施方式中，正是主保护范围的变化，导致主保护在事件2中的B和C的阶段之间跳过阶段到阶段的故障，而不是如在事件1中的备份保护。
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种有源配电网的故障电流计算系统，下文描述的有源配电网的故障电流计算系统与上文描述的有源配电网的故障电流计算方法可相互对应参照，参见5所示，为本发明中一种有源配电网的故障电流计算系统的结构示意图，包括：
逆变型分布式电源故障电流计算模块501，用于根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出逆变型分布式电源的故障电流；
正负序电流计算模块502，用于根据逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；
目标继电保护装置故障电流计算模块503，用于基于对称分量法，并根据正序电流以及负序电流确定出通过目标继电保护装置的故障电流。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括：
第一故障电流确定模块，用于确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000161
主保护电流确定模块，用于将故障电流
Figure BDA0001781547390000162
与预设的可靠性系数
Figure BDA0001781547390000163
的乘积确定为目标继电保护装置的主保护电流值；
第二故障电流确定模块，用于确定出当线路末端发生相间金属故障时，通过目标继电保护装置的故障电流
Figure BDA0001781547390000164
备用保护电流确定模块，用于将故障电流
Figure BDA0001781547390000165
与预设的灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000166
的比值确定为目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，可靠性系数
Figure BDA0001781547390000167
为根据有源配电网的线路参数计算，且使得目标继电保护装置的主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000168
为根据有源配电网的线路参数计算的系数。
在本发明的一种具体实施方式中，可靠性系数
Figure BDA0001781547390000176
满足：
Figure BDA0001781547390000171
其中，
Figure BDA0001781547390000172
ZS_EST以及ZLine均为有源配电网的线路参数，
Figure BDA0001781547390000177
为系统侧的等效电压源，ZS_EST为系统侧的阻抗，ZLine为目标继电保护装置的正序线路的阻抗。
在本发明的一种具体实施方式中，灵敏度系数
Figure BDA0001781547390000178
满足：
在本发明的一种具体实施方式中，逆变型分布式电源故障电流计算模块501，具体用于：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，按照预设关系，确定出逆变型分布式电源的故障电流，预设关系为：
Figure BDA0001781547390000174
Figure BDA0001781547390000175
为逆变型分布式电源的故障电流，SN为逆变型分布式电源的额定视在功率，UT1为逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，UN为逆变型分布式电源的线间电压，IN为逆变型分布式电源的额定电流。
在本发明的一种具体实施方式中，正负序电流计算模块502，具体用于：
当有源配电网的故障位置为总线处故障，且有源配电网的故障类型为相间金属故障时，将通过目标继电保护装置的正序电流确定为：
Figure BDA0001781547390000181
其中，
Figure BDA0001781547390000182
为通过目标继电保护装置的正序电流，
Figure BDA0001781547390000183
为逆变型分布式电源的故障电流，
Figure BDA0001781547390000184
ZS_EST，ZL1，
Figure BDA0001781547390000185
以及
Figure BDA0001781547390000186
均为有源配电网的线路参数，且
Figure BDA0001781547390000187
为系统侧的等效电压源，ZS_EST为系统侧的阻抗，ZL1为目标继电保护装置的正序线路的阻抗；
Figure BDA0001781547390000188
为故障前目标继电保护装置的电压，
Figure BDA0001781547390000189
为故障前目标继电保护装置的电流；
将通过目标继电保护装置的负序电流确定为：
Figure BDA00017815473900001810
其中，
Figure BDA00017815473900001811
为通过目标继电保护装置的负序电流，ZS_EST，ZL2，
Figure BDA00017815473900001812
以及
Figure BDA00017815473900001820
均为有源配电网的线路参数，且ZS_EST为系统侧的阻抗，ZL2为目标继电保护装置的负序线路的阻抗；为故障前目标继电保护装置的电压，
Figure BDA00017815473900001815
为故障前目标继电保护装置的电流。
在本发明的一种具体实施方式中，目标继电保护装置故障电流计算模块503，具体用于：
基于对称分量法，将通过目标继电保护装置的故障电流确定为：
Figure BDA00017815473900001816
其中，
Figure BDA00017815473900001817
为通过目标继电保护装置的a相故障电流，为通过目标继电保护装置的b相故障电流，为通过目标继电保护装置的c相故障电流。
相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种有源配电网的故障电流计算设备，可与上文描述的有源配电网的故障电流计算系统及方法相互对应参照，参见图6所示，为本发明中一种有源配电网的故障电流计算设备的结构示意图，包括：
存储器601，用于存储有源配电网故障电流计算程序；
处理器602，用于执行有源配电网故障电流计算程序以实现上述任一实施例中的有源配电网的故障电流计算方法的步骤。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统和设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种有源配电网的故障电流计算方法，其特征在于，包括：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流；
根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；
基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流；
所述根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流，包括：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，按照预设关系，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流，所述预设关系为：
Figure FDA0002231108100000011
所述为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述SN为所述逆变型分布式电源的额定视在功率，所述UT1为所述逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述UN为所述逆变型分布式电源的线间电压，所述IN为所述逆变型分布式电源的额定电流；
所述根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流，包括：
当有源配电网的故障位置为总线处故障，且所述有源配电网的故障类型为相间金属故障时，将通过目标继电保护装置的正序电流确定为：
Figure FDA0002231108100000021
其中，所述
Figure FDA0002231108100000022
为所述通过目标继电保护装置的正序电流，所述
Figure FDA0002231108100000023
为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述所述ZS_EST，所述ZL1，所述
Figure FDA0002231108100000025
以及所述
Figure FDA0002231108100000026
均为所述有源配电网的线路参数，且所述
Figure FDA0002231108100000027
为系统侧的等效电压源，所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL1表示：当有源配电网的故障位置为总线处故障，且所述有源配电网的故障类型为相间金属故障时，所述目标继电保护装置的正序线路的阻抗；所述
Figure FDA0002231108100000028
为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述
Figure FDA0002231108100000029
为故障前所述目标继电保护装置的电流；
将通过所述目标继电保护装置的负序电流确定为：
Figure FDA00022311081000000210
其中，所述
Figure FDA00022311081000000211
为所述通过目标继电保护装置的负序电流，所述ZS_EST，所述ZL2，所述
Figure FDA00022311081000000212
以及所述
Figure FDA00022311081000000213
均为所述有源配电网的线路参数，且所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL2为所述目标继电保护装置的负序线路的阻抗；所述为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述
Figure FDA00022311081000000215
为故障前所述目标继电保护装置的电流；
所述基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流，包括：
基于对称分量法，将通过所述目标继电保护装置的故障电流确定为：
Figure FDA00022311081000000216
其中，所述
Figure FDA00022311081000000217
为通过所述目标继电保护装置的a相故障电流，所述为通过所述目标继电保护装置的b相故障电流，所述
Figure FDA00022311081000000219
为通过所述目标继电保护装置的c相故障电流。
2.根据权利要求1所述的有源配电网的故障电流计算方法，其特征在于，在所述确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流之后，还包括：
确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure FDA0002231108100000031
将所述故障电流
Figure FDA0002231108100000032
与预设的可靠性系数的乘积确定为所述目标继电保护装置的主保护电流值；
确定出当所述线路末端发生相间金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure FDA0002231108100000034
将所述故障电流与预设的灵敏度系数
Figure FDA0002231108100000036
的比值确定为所述目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，所述可靠性系数
Figure FDA0002231108100000037
为根据所述有源配电网的线路参数计算，且使得所述目标继电保护装置的所述主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；所述灵敏度系数
Figure FDA0002231108100000038
为根据所述有源配电网的线路参数计算的系数。
3.根据权利要求2所述的有源配电网的故障电流计算方法，其特征在于，所述可靠性系数
Figure FDA0002231108100000039
满足：
Figure FDA00022311081000000310
其中，所述
Figure FDA00022311081000000311
所述ZS_EST以及所述ZLine均为所述有源配电网的线路参数，所述
Figure FDA00022311081000000312
为系统侧的等效电压源，所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZLine为所述目标继电保护装置的正序线路的阻抗。
4.根据权利要求3所述的有源配电网的故障电流计算方法，其特征在于，所述灵敏度系数
Figure FDA00022311081000000313
满足：
Figure FDA00022311081000000314
5.一种有源配电网的故障电流计算系统，其特征在于，包括：
逆变型分布式电源故障电流计算模块，用于根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流；
正负序电流计算模块，用于根据所述逆变型分布式电源的故障电流，有源配电网的故障位置、故障类型以及线路参数，确定出通过目标继电保护装置的正序电流以及负序电流；
目标继电保护装置故障电流计算模块，用于基于对称分量法，并根据所述正序电流以及所述负序电流确定出通过所述目标继电保护装置的故障电流；
所述逆变型分布式电源故障电流计算模块，具体用于：
根据逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述逆变型分布式电源的额定电流、线间电压及额定视在功率，按照预设关系，确定出所述逆变型分布式电源的故障电流，所述预设关系为：
所述
Figure FDA0002231108100000042
为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述SN为所述逆变型分布式电源的额定视在功率，所述UT1为所述逆变型分布式电源在共同耦合点的正序电压，所述UN为所述逆变型分布式电源的线间电压，所述IN为所述逆变型分布式电源的额定电流；
所述正负序电流计算模块，具体用于：
当有源配电网的故障位置为总线处故障，且所述有源配电网的故障类型为相间金属故障时，将通过目标继电保护装置的正序电流确定为：
Figure FDA0002231108100000043
其中，所述
Figure FDA0002231108100000044
为所述通过目标继电保护装置的正序电流，所述
Figure FDA0002231108100000045
为所述逆变型分布式电源的故障电流，所述所述ZS_EST，所述ZL1，所述
Figure FDA0002231108100000047
以及所述均为所述有源配电网的线路参数，且所述
Figure FDA0002231108100000049
为系统侧的等效电压源，所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL1表示：当有源配电网的故障位置为总线处故障，且所述有源配电网的故障类型为相间金属故障时，所述目标继电保护装置的正序线路的阻抗；所述
Figure FDA0002231108100000051
为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述
Figure FDA0002231108100000052
为故障前所述目标继电保护装置的电流；
将通过所述目标继电保护装置的负序电流确定为：
Figure FDA0002231108100000053
其中，所述
Figure FDA0002231108100000054
为所述通过目标继电保护装置的负序电流，所述ZS_EST，所述ZL2，所述
Figure FDA0002231108100000055
以及所述
Figure FDA0002231108100000056
均为所述有源配电网的线路参数，且所述ZS_EST为所述系统侧的阻抗，所述ZL2为所述目标继电保护装置的负序线路的阻抗；所述
Figure FDA0002231108100000057
为故障前所述目标继电保护装置的电压，所述
Figure FDA0002231108100000058
为故障前所述目标继电保护装置的电流；
目标继电保护装置故障电流计算模块，用于：
基于对称分量法，将通过所述目标继电保护装置的故障电流确定为：
Figure FDA0002231108100000059
其中，所述
Figure FDA00022311081000000510
为通过所述目标继电保护装置的a相故障电流，所述
Figure FDA00022311081000000511
为通过所述目标继电保护装置的b相故障电流，所述
Figure FDA00022311081000000512
为通过所述目标继电保护装置的c相故障电流。
6.根据权利要求5所述的有源配电网的故障电流计算系统，其特征在于，还包括：
第一故障电流确定模块，用于确定出当线路末端发生三相金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure FDA00022311081000000513
主保护电流确定模块，用于将所述故障电流与预设的可靠性系数
Figure FDA00022311081000000515
的乘积确定为所述目标继电保护装置的主保护电流值；
第二故障电流确定模块，用于确定出当所述线路末端发生相间金属故障时，通过所述目标继电保护装置的故障电流
Figure FDA00022311081000000516
备用保护电流确定模块，用于将所述故障电流
Figure FDA00022311081000000517
与预设的灵敏度系数的比值确定为所述目标继电保护装置的后备保护电流值；
其中，所述可靠性系数
Figure FDA0002231108100000062
为根据所述有源配电网的线路参数计算，且使得所述目标继电保护装置的所述主保护电流值至少保护线路长度的20％的系数；所述灵敏度系数
Figure FDA0002231108100000063
为根据所述有源配电网的线路参数计算的系数。
7.一种有源配电网的故障电流计算设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储有源配电网故障电流计算程序；
处理器，用于执行所述有源配电网故障电流计算程序以实现权利要求1至4任一项所述的有源配电网的故障电流计算方法的步骤。
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