CN109066622B - 有源配电网的保护方法、装置、介质、设备及有源配电网 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种有源配电网的保护方法、装置、介质、设备及有源配电网,该方法包括:获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,当电流值大于电流整定值时,触发保护动作;其中,电流整定值的获取过程为:根据国标对IIDG的低压穿越过程的规定,创建注入正序电流计算模型;根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型确定注入负序电流计算模型;根据目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定各个节点的电压方程;根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,利用迭代法计算各个节点的支路电流;根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值。可见,通过该方法可以大大缩短保护的动作响应时间。
Description
技术领域
本发明涉及逆变型分布式电源领域,特别涉及一种有源配电网的保护方法、装置、介质、设备及有源配电网。
背景技术
随着科学技术的不断发展,世界范围内的能源污染和环境污染问题日益严重,传统电网的集中发电存在远距离输电、电能损耗大和供电稳定性较差等问题,IIDG(Inverter-interfaced Distributed Generation,逆变型分布式电源)因其具有清洁、灵活和可调性等优点,而被广泛应用在配电网当中,但是,IIDG并网将改变配电网中原有的潮流分布,并且,IIDG注入的故障电流与接入容量、接入位置、出力情况以及配电网中的控制策略相关,给有源配电网的电流保护整定带来了困难。
目前,有源配电网的整定方法主要是通过计算有源配电网中的正序电流整定值,然后,根据计算得到的正序电流整定值来对有源配电网进行故障保护,但是,基于正序电流的保护必须区分故障类型,也即,当有源配电网发生故障后,通过测量得到有源配电网中各个节点的支路电流,然后,通过通讯将测量得到的支路电流发送至主站,但是,通讯时延可达数百毫秒,因此,如果是有源配电网发生故障,临时计算有源配电网的电流整定值的方法往往无法达到保护动作时间要求,影响有源配电网的稳定运行。由此可见,如何利用一种更好的方法来对有源配电网进行故障保护,是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种有源配电网的保护方法、装置、介质、设备及有源配电网,以缩短有源配电网发生故障时的动作保护时间,提高有源配电网的稳定运行。其具体方案如下:
一种有源配电网的保护方法,包括:
获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断所述电流值是否大于所述目标保护装置的电流整定值;
若是,则触发所述目标保护装置的保护动作,以对所述目标有源配电网进行故障保护;
其中,所述电流整定值的获取过程包括:
根据国标对所述目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建所述目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型;
根据所述目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定所述目标有源配电网中各个节点的电压方程;
根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流;
根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的所述电流整定值。
优选的,所述根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建所述目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型的过程之前,还包括:
其中,所述目标模型的表达式为:
优选的,所述根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的电流整定值的过程,包括:
根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值。
优选的,所述根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流的过程,包括:
根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,以及所述目标IIDG注入的故障电流、接入容量、接入位置、出力情况、控制策略,利用所述迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流。
优选的,所述注入正序电流计算模型的表达式为:
式中,Id_emd、Id_ref为有功指令电流,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压,kq、k'q分别为低电压无功支持系数和零电压无功支持系数,IN为所述目标有源配电网中变流器交流侧的额定电流。
优选的,所述根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型的过程,包括:
根据所述瞬时功率理论,将注入所述目标有源配电网中所述目标IIDG的正序电流分量和负序电流分量输入至所述目标有源配电网的指令电流,得到目标指令电流;
其中,所述指令电流的模型表达式为:
式中,P*为有功指令电流,Q*为无功指令电流,u为电压,u⊥为矢量电压;
所述目标指令电流的模型表达式为:
利用调节系数调整所述目标指令电流,以使所述目标指令电流中的电流谐波达到限值,得到所述正序电流分量的表达式和所述负序电流分量的表达式;
其中,所述正序电流分量的表达式为:
式中,为所述目标IIDG的有功指令电流,为所述目标IIDG的无功指令电流,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,α′i为调节系数,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方;
所述负序电流分量的表达式为:
式中,为所述目标IIDG的有功指令电流,为所述目标IIDG的无功指令电流,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方,α′i为调节系数,γi为调节系数;
利用所述正序电流分量的表达式、所述负序电流分量的表达式和所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的所述注入负序电流计算模型;
其中,所述注入负序电流计算模型的表达式为:
式中,Id_emd、Id_ref为正序有功电流模值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,IN为分布式电源的额定电流。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网的保护装置,包括:
电流比较模块,用于获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断所述电流值是否大于所述目标保护装置的电流整定值;
动作触发模块,若是,则触发所述目标保护装置的保护动作,以对所述目标有源配电网进行故障保护;
其中,动作触发模块由电流整定模块所确定,所述电流整定模块包括:
第一模型建立单元,用于根据国标对所述目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建所述目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
第二模型建立单元,用于根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型;
节点电压确定单元,用于根据所述目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定所述目标有源配电网中各个节点的电压方程;
支路电流确定单元,用于根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流;
电流整定值确定单元,用于根据支路电流计算所述目标有源配电网中目标保护装置的所述电流整定值。
相应的,本发明还公开了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的有源配电网的保护方法的步骤。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网的保护设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的一种有源配电网的保护方法的步骤。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网,包括如前述公开的一种有源配电网的保护设备。
在本发明中,是预先根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;其次,根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型推导计算目标IIDG的注入负序电流计算模型;再根据目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法建立目标有源配电网中各个节点的电压方程,并根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,通过迭代法计算得到目标有源配电网中各个节点的支路电流,最后,根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值。那么,目标有源配电网中的目标保护装置通过比较流过目标保护装置的电流值与电流整定值的大小,就可以判断出是否可以触发保护动作,进而实现对目标有源配电网的保护。显然,在本发明中,是预先计算目标有源配电网的电流整定值,并通过比较目标保护装置的电流值和电流整定值的大小,来判断是否对目标保护装置触发保护动作,减少了现有技术当中,对目标配电网的各个支路电流的测量时间,也减少了主站与目标保护装置相互通信的时间,大大缩短了目标保护装置触发保护动作的时间,从而保证了目标有源配电网的稳定运行。相应的,本发明公开的一种有源配电网的保护装置、介质、设备及有源配电网,同样具有上述有益效果。
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,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种有源配电网的保护方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的另一种有源配电网的保护方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的又一种有源配电网的保护方法的流程图;
图4为本发明实施例提供的一种有源配电网的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的有源配电网发生两相短路的复合序网图;
图6为本发明实施例提供的有源配电网发生两相短路的等效电路图;
图7为本发明实施例提供的电流I段保护整定计算流程图;
图8为本发明实施例提供的有源配电网发生三相短路的复合序网图;
图9为本发明实施例提供的有源配电网发生三相短路的等效电路图;
图10为本发明实施例提供的一种有源配电网的保护方法整体流程图;
图11为本发明实施例提供的一种有源配电网的保护装置的结构图;
图12为本发明实施例提供的一种有源配电网的保护设备的结构图。
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。
本发明实施例公开了一种有源配电网的保护方法,如图1所示,该方法包括:
获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断电流值是否大于目标保护装置的电流整定值;
若是,则触发目标保护装置的保护动作,以对目标有源配电网进行故障保护;
可以理解的是,为了对目标有源配电网进行故障保护,在本实施例中,是预先对目标有源配电网中的保护装置设定了电流整定值,当保护装置的电流值大于设定的电流整定值时,就触发相应的保护动作,对目标有源配电网进行故障保护,也即,先获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,然后,将目标保护装置的电流值与目标保护装置的电流整定值进行比较,当目标保护装置的电流值大于目标保护装置的电流整定值时,则目标保护装置触发相应的保护动作,从而达到对目标有源配电网保护的目的。需要说明的是,此处的目标保护装置是指目标有源配网中任意一个保护装置。
其中,电流整定值的获取过程包括:
步骤S11:根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
在本实施例中,国标是指国标光伏发电系统建模导则GB/T-32826-2016,因为在国标当中,规定了当目标有源配电网发生故障时,目标有源配电网中IIDU在低压穿越过程中的各种限制条件,也即,IIDG在低压穿越过程会注入d轴、q轴电流,结合IIDG在机端电压较高时主要注入有功,在机端电压较低时主要注入无功,那么可以得到目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型,此处,建立注入正序电流计算模型为本领域技术人员所熟知的内容,此处不再赘述。
步骤S12:根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型确定目标IIDG的注入负序电流计算模型;
根据瞬时功率理论可知,目标有源配电网中的正序分量和负序分量的乘积会产生倍频分量,此种情况会造成功率波动,当目标有源配电网发生故障时,目标有源配电网中会存在机端负序电压,能够想到的是,如果IIDG只输出正序电流,其有功、无功必然会存在一项倍频分量,而且,该倍频分量无法被消除。而在实际情况中,IIDG在发生故障时,会输出负序电流,产生两项倍频分量,在此种情况下,通过相关的控制方式可以将这两项倍频分量相互抵消。
在目标有源配电网中升压变低压侧通常为三角形接线,并且,IIDG往往能够采取控制方式消除零序电流,所以,IIDG注入的故障电流可以考虑正序电流和负序电流。而目标有源配电网的指令电流是可以预先通过计算得到的,那么,利用正序电流、负序电流以及指令电流的表达式就可以确定指令电流中含有正序电流和负序电流的表达式,此时,在指令电流中引入调节系数,通过调节指令电流中的相关参数,就可以得到目标有源配电网中任意一个IIDG的正序电流和负序电流,由此,便能够推导出目标有源配电网中任意一个IIDG的注入负序电流计算模型,也即,目标IIDG的注入负序电流计算模型。
步骤S13:根据目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定目标有源配电网中各个节点的电压方程;
步骤S14:根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,利用迭代法计算目标有源配电网中各个节点的支路电流;
可以理解的是,当目标有源配电网发生故障时,根据目标有源配电网发生故障的边界条件,就可以建立目标有源配电网的正负工频分量复合序网图,然后,利用节点电压法就能够确定目标有源配电网中各个节点的电压方程,此时,再根据IIDG的注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,利用迭代法就可以计算得到目标有源配电网中各个节点的支路电流。
步骤S15:根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值。
能够想到的是,当计算得到了目标有源配电网中各个节点的支路电流时,就可以根据支路电流计算得到目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值,那么,当检测到流过目标保护装置的电流值大于电流整定值时,就可以触发目标保护装置的保护动作,以对目标有源配电网进行故障保护。
在本实施例中,是预先根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;其次,根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型推导计算目标IIDG的注入负序电流计算模型;再根据目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法建立目标有源配电网中各个节点的电压方程,并根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,通过迭代法计算得到目标有源配电网中各个节点的支路电流,最后,根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值。那么,目标有源配电网中的目标保护装置通过比较流过目标保护装置的电流值与电流整定值的大小,就可以判断出是否可以触发保护动作,进而实现对目标有源配电网的保护。显然,在本实施例中,是预先计算目标有源配电网的电流整定值,并通过比较目标保护装置的电流值和电流整定值的大小,来判断是否对目标保护装置触发保护动作,减少了现有技术当中,对目标配电网的各个支路电流的测量时间,也减少了主站与目标保护装置相互通信的时间,大大缩短了目标保护装置触发保护动作的时间,从而保证了目标有源配电网的稳定运行。
基于上述实施例,本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化,如图2所示,具体的,上述步骤S11:根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型的过程之前,还包括:
其中,目标模型的表达式为:
能够想到是,等值电势和等值阻抗Z作为计算目标有源配电网的电流整定值的必要参数,所以,需要预先获取到目标有源配电网的等值电势和等值阻抗Z。目标有源配电网在一定的运行方式下,目标有源配电网的等值电势和等值阻抗Z会保持一个恒定的状态,但是,在实际应用当中,目标有源配电网的等值电势和等值阻抗Z是动态变化的,并且,当目标有源配电网的运行方式发生改变时,目标有源配电网中的等值电势和等值阻抗Z会发生突变,因此,在本实施例中,还提供了一种获取目标有源配电网中等值电势和等值阻抗Z的方法。
并且,在Δt时段内进行n次采样,可以认为在Δt时段内系统的等值阻抗Z近似不变,由于目标有源配电网中负荷侧等值阻抗与系统等值电势变化是相互独立的,所以,对等值电势和等值阻抗的增量序列求协方差,其结果可以近似为零,也即:
选取m个时段,每个时段对应的系统阻抗为Zk,建立目标模型,其中,目标模型的表达式为:
求取使目标模型f最小的系统等值阻抗Zk,当选取不同时段的系统运行方式时,目标模型中第一个求和项数值将会变动很大,若目标模型的最小值大于预设阈值ε,也即,fmin>ε,再重新选取m个时段,直到目标模型的最小值小于预设阈值ε,也即,fmin≤ε时,获取当前时段的系统阻抗Z,即可得到目标有源配电网的等值阻抗Z,再根据测量得到的目标有源配电网的电压和电流,求取目标有源配电网的等值电势
基于上述实施例,本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化,具体的,步骤S15:根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值的过程,包括:
根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值。
可以理解的是,当根据支路电流计算得到了目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值之后,就可以利用电流整定值来判断是否应该对目标保护装置进行触发动作,来对目标有源配电网进行保护,但是,在实际情况当中,目标有源配电网需要各个保护装置相互配合才能够对目标有源配电网进行故障保护,所以,此处的电流整定值包括目标保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值。
基于上述实施例,本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化,具体的,上述步骤S14:根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,利用迭代法计算目标有源配电网中各个节点的支路电流的过程,包括:
根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,以及目标IIDG注入的故障电流、接入容量、接入位置、出力情况、控制策略,利用迭代法计算目标有源配电网中各个节点的支路电流。
可以理解的是,在目标有源配电网中,目标IIDG注入的故障电流不仅会随着目标有源配电网中各种运行状态的变化而变化,也会随着IIDG的接入容量、接入位置、出力情况以及控制策略的变化而变化,所以,为了进一步确定目标有源配电网中各个节点的支路电流,还可以利用目标IIDG注入的故障电流、接入容量、接入位置、出力情况以及控制策略对计算目标有源配电网中各个节点的支路电流进行进一步的限定与约束,以确定出目标有源配电网中各个节点的支路电流。
基于上述实施例,本实施例对上述实施例作进一步的说明与优化,具体的,注入正序电流计算模型的表达式为:
式中,Id_emd、Id_ref为有功指令电流,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压,kq、k'q分别为低电压无功支持系数和零电压无功支持系数,IN为目标有源配电网中变流器交流侧的额定电流。
在本实施例中,是提供了根据国标对目标有源配电网中IIDGH的低压穿越过程的规定,创建的目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型的具体表达式,如公式(4)所示:
式中,Id_emd、Id_ref为有功指令电流,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压,kq、k'q分别为低电压无功支持系数和零电压无功支持系数,IN为目标有源配电网中变流器交流侧的额定电流。
相应的,如图3所示,上述步骤S12:根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型确定目标IIDG的注入负序电流计算模型的过程,包括:
步骤S121:根据瞬时功率理论,将注入目标有源配电网中目标IIDG的正序电流分量和负序电流分量输入至目标有源配电网的指令电流,得到目标指令电流;
其中,指令电流的模型表达式为:
式中,P*为有功指令电流,Q*为无功指令电流,u为电压,u⊥为矢量电压;
目标指令电流的模型表达式为:
可以理解的是,当目标有源配电网发生故障时,IIDG会输出负序电流,并产生两项倍频分量,通过控制方式可以使产生的两项倍频分量相互抵消。其中,目标有源配电网的瞬时有功、无功分别为电压和电流的矢量点乘和叉乘的模值,如公式(5)所示:
式中,p为瞬时有功功率,u为电压,i为电流,q为瞬时无功功率,u⊥为正序电压。
式中,i*为指令电流,p*为有功功率,Q*为无功功率,u为电压,u⊥为正序电压。
由于目标有源配电网中的升压变低压侧通常为三角形接线,且IIDG往往采取控制方式消除零序电流,因此,注入IIDG的故障电流只考虑正负序分量。
步骤S122:利用调节系数调整目标指令电流,以使目标指令电流中的电流谐波达到限值,得到正序电流分量的表达式和负序电流分量的表达式;
其中,正序电流分量的表达式为:
式中,为目标IIDG的有功指令电流,为目标IIDG的无功指令电流,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,α′i为调节系数,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方;
负序电流分量的表达式为:
式中,为目标IIDG的有功指令电流,为目标IIDG的无功指令电流,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方,α′i为调节系数,γi为调节系数;
具体的,在本实施例中,在指令电流中引入α’、β和γ调节系数,其中,α'∈[-1,1]、β∈[0,1]、γ∈[-1,1]。在控制指令电流的过程中,为了使IIDG有功、无功波动最小,同时直流电压波动、输出相电流幅值不超过限值,可以通过优化方法求解α’、β和γ调节系数,以达到预期的控制效果。为了使指令电流中的电流谐波达到限值,可取β=0,进而可以计算得到目标有源配电网中第i台IIDG注入电流的正序电流分量表达式和负序分量表达式如公式(8)和公式(9)所示:
式中,为目标IIDG的有功指令电流,为目标IIDG的无功指令电流,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,α′i为调节系数,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方。
式中,为目标IIDG的有功指令电流,为目标IIDG的无功指令电流,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方,α′i为调节系数,γi为调节系数。
步骤S123:利用正序电流分量的表达式、负序电流分量的表达式和注入正序电流计算模型确定目标IIDG的注入负序电流计算模型;
其中,注入负序电流计算模型的表达式为:
式中,Id_emd、Id_ref为正序有功电流模值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,IN为分布式电源的额定电流。
显然,通过上述方法,利用目标IIDG正序电流分量的表达式(8)、负序电流分量的表达式(9)和注入正序电流计算模型(4)就可以确定出目标IIDG的注入负序电流计算模型,如公式(10)所示:
式中,Id_emd、Id_ref为正序有功电流模值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,IN为分布式电源的额定电流。
基于上述实施例所公开的内容,此处通过一个具体的例子进行具体的说明。此处,以图4当中的有源配电网为例进行说明,由图4可知,在图4当中有两个IIDG,为了防止IIDG向故障点供电,需要在1、2、3、4和5处都配置断路器,也即,在1、2、3、4和5处安装保护装置1、保护装置2、保护装置3、保护装置4和保护装置5,以此来隔离有源配电网中的故障,而且,需要在每个保护安装处设置方向保护。
下面以图4中发生两相短路故障和三相短路故障为例,说明该有源配电网如何利用节点电压法确定该有源配电网中各个节点的电压方程。
当图4中的有源配电网的线路l2发生两相短路故障时,那么,由该有源配电网发生两相短路故障时的边界条件,可建立如图5所示的正负序工频分量复合序网图。
在图5当中,根据节点电压法可以确定图5中节点k1、节点k2和节点k3,这3个节点处的节点电压方程,如公式(11)所示:
式中,Z为系统等效阻抗,α为故障距离占该段线路的比例,Z34为线路阻抗,为节点k1的电压,为节点k2的电压,为节点k3的电压,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量,为第一个IIDG发生故障时的负序电流分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量,E为系统等值电势。
由公式(11)可知,节点k1、节点k2和节点k3处的节点电压节点电压节点电压与IIDG注入的故障电流的关系。并且,由于IIDG注入的故障电流与故障后的机端电压相关,所以,需要进一步建立该有源配电网中机端电压的方程组,如公式(12)所示:
式中,为第一个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,ZT为变流器升压短路阻抗,Z12为线路阻抗,为节点k1的电压,为第一个IIDG发生故障时的负序电压分量,为第一个IIDG发生故障时的负序电流分量,Uk3为节点k3的电压,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,Z34为线路阻抗,为节点k2的电压,为第二个IIDG发生故障时的负序电压分量,为第二个IIDG发生故障时的负序电流分量。
联立公式(11)、公式(12)、公式(4)和公式(10),利用迭代法即可求解得到图4当中各个节点的电压和电流。具体的,如图7所示,首先令 为零,代入公式(12)计算得到有源配电网中的机端电压,再由公式(4)和公式(10)计算得到IIDG注入故障电流的正序分量和负序分量,再由公式(11)计算各个节点的节点电压,并判断计算得到的电流整定值是否收敛,如果收敛,则由公式(14)计算得到各个保护安装处3的电流整定值,如果不收敛,则再次返回到代入公式(12)计算有源配电网中的机端电压的步骤,最后,计算得到流过保护安装处4的负序电流流过保护安装处3的负序电流为:
需要说明的是,为了方便后续过程的描述,可以将上述计算电流整定值的过程称为自适应整定迭代算法,在此进行说明。此外,在有源配电网中距离故障点越远,有源配电网中的机端电压就越大,此时,IIDG提供的故障电流也会越小。也即,当调节系数α=1时,流过保护安装处3的正序电流最小;当调节系数α=0时,流过保护安装处4的正序电流最小。那么,保护安装处3的负序电流I段整定值I3zdz1如公式(14)所示:
需要说明的是,在该有源配电网中,由于配网线路较短,尤其是对于架空线路而言,流过配网线路的稳态零序电流较小,可以将目标有源配电网中的两相短路与两相短路接地的故障边界条件近似相等,所以,在此种情况下,两相短路的复合序网图相同,计算得到的电流整定值也相同。
当图4中的线路l2发生三相接地故障时,IIDG只注入正序电流分量,那么,可以建立如图6所示的三相短路等效电路图,并且,根据图6所示的三相短路等效电路图建立的节点电压方程如公式(15)、公式(16)和公式(17)所示:
式中,为第一个IIDG发生故障时的正序电压分量,ZT为变流器升压短路阻抗,Z12为线路阻抗,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,,为节点k1的电压,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,α为故障距离占该段线路的比例,Z34为线路阻抗,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量。
结合公式(4),然后,利用迭代算法即可计算出当调节系数α=1和α=0时,保护装置3处流过的电流,再将计算得到的电流乘以K1,即可得到保护装置3处的正序电流I段整定值。显然,利用同样的方法,可以计算得到其他保护装置处的电流I段整定值。
能够想到是,电流I段并不能保护线路的全长,必须与电流II段或者是电流III段配合,才能够达到对有源配电网的故障进行保护,在实际应用中,一般是电流I段与电流III段配合,或者是电流II段与电流III段配合。所以,如果对保护安装处1至保护安装处5配置电流III段保护,由于电流III段保护是依据有源配电网的最大负荷电流进行整定。那么,当线路l3的末端发生故障时,保护安装处5的电流I段不会触发动作,保护安装处3的电流III段与保护安装处5的电流III段很可能都满足动作条件,而保护安装处3的电流III段的动作时限与保护安装处5的电流III段的动作时限相同,所以,如果保护安装处3触发保护动作,会扩大有源配电网的停电范围,并且,如果线路l1末端发生故障时,同样也有可能引起保护安装处4的电流III段触发动作,同理,线路l3的末端发生故障时,同样也有可能引起保护安装处2的电流III段触发动作,所以,保护安装处2、保护安装处3、保护安装处4应该配置电流I段保护和电流II段保护,保护安装处1和保护安装处5配置电流I段保护和电流III段保护。
此外,在传统的配电网中,计算电流II段的整定值一般是以下一段线路的电流I段整定值为基础进行整定的,而且,当有源配电网中的两条线路电流不相等时,需要运用分支系数,但是,在有源配电网中,由于IIDG会向配电网提供故障电流,所以,在有源配电网中,电流II段整定值的计算不能简单的利用分支系数进行计算。考虑到线路电流II段不能超过下一条线路的电流I段的范围,因此,在本实施例中,以下一段线路的中点故障为例计算电流II段的整定值。
此处,对保护安装处3的负序电流II段整定值的计算进行说明。假设线路l3发生故障,那么,可以建立如图6所示的两相短路复合序网图,并且,根据该两项短路复合序网图可以建立如公式(18)和公式(19)所示的节点电压方程及机端电压方程:
式中,Z为系统等效阻抗,Z34为线路阻抗,α为故障距离占该段线路的比例,为节点k1的电压,为节点k2的电压,为节点k3的电压,为节点k4的电压,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,E为系统等值电势,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量,为第一个IIDG发生故障时的负序电流分量。
式中,为第一个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,ZT为变流器升压短路阻抗,Z12为线路阻抗,为节点k1的电压,为第一个IIDG发生故障时的负序电压分量,为第一个IIDG发生故障时的负序电流分量,Uk4为节点k4的电压,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,为节点k2的电压,为第二个IIDG发生故障时的负序电压分量,为第二个IIDG发生故障时的负序电流分量,为节点k3的电压。
对于保护安装处3的三相短路正序电流II段整定,可以建立如图7所述的等效电路图,可以列写如公式(22)所示的节点电压方程:
并可以列写如公式(23)所示的机端电压方程:
式中,为第一个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电压分量,为第一个IIDG发生故障时的正序电流分量,为第二个IIDG发生故障时的正序电流分量,ZT为变流器升压变短路阻抗,Z12为线路阻抗,为节点k1的电压,为节点k2的电压。
根据公式(21)可以计算得到保护安装处3在发生三相短路时的正序电流II段整定值。
需要说明的是,对于有源配电网中较短的配网馈线,可以仅在有源配电网的配网馈线的首端配置断路器,并设置电流I段保护和电流II段保护,对于目标有源配电网中长度超过10km的配网馈线,需要在配网馈线首端以及中段的位置设置断路器,并且,设置电流I段保护和电流III段保护。请参见图8和图9,图8为本发明实施例提供的有源配电网发生三相短路的复合序网图;图9为本发明实施例提供的有源配电网发生三相短路的等效电路图。
综上所述,通过本申请提供的方法,可以建立如图10所示的有源配电网保护自适应整定流程图,如图10所示,当有源配电网在正常运行时,保护安装处1和保护安装处3可以将监测得到有源配电网的各个节点的支路电流和电压相量发送至有源配电网的主站当中,再根据目标模型,利用迭代算法就可以计算得到有源配电网的等值电势和等值阻抗Z,同时,主站也可以获取到有源配电网中各个IIDG的控制策略、控制参数、出力情况和接入容量,然后,利用本发明中提出的自适应整定迭代算法就能够计算得到有源配电网中各个保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值,最后,主站再将计算得到的各个保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值发送至相应的保护装置处。能够想到的是,有源配电网中的各个保护装置会按照预设周期计算有源配电网中各个节点的电流值,那么,当目标保护装置的电流值大于电流整定值时,则触发保护动作,对有源配电网进行保护,显然,通过本发明中的方法,能够大大缩短对有源配电网发生故障时的响应时间,提高了有源配电网运行的稳定性,降低了经济损失。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网的保护装置,如图11所示,包括:
电流比较模块,用于获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断电流值是否大于目标保护装置的电流整定值;
动作触发模块,若是,则触发目标保护装置的保护动作,以对目标有源配电网进行故障保护;
其中,动作触发模块由电流整定模块所确定,电流整定模块包括:
第一模型建立单元21,用于根据国标对目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
第二模型建立单元22,用于根据瞬时功率理论,利用注入正序电流计算模型确定目标IIDG的注入负序电流计算模型;
节点电压确定单元23,用于根据目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定目标有源配电网中各个节点的电压方程;
支路电流确定单元24,用于根据注入正序电流计算模型、注入负序电流计算模型和电压方程,利用迭代法计算目标有源配电网中各个节点的支路电流;
电流整定值确定单元25,用于根据支路电流计算目标有源配电网中目标保护装置的电流整定值。
相应的,本发明还公开了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的有源配电网的保护方法的步骤。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网的保护设备,如图12所示,包括:
存储器31,用于存储计算机程序;
处理器32,用于执行计算机程序时实现如前述公开的一种有源配电网的保护方法的步骤。
相应的,本发明还公开了一种有源配电网,包括如前述公开的一种有源配电网的保护设备。
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。对于实施例公开的装置而言,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。
最后,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,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种有源配电网的保护方法、装置、介质、设备及有源配电网进行了详细介绍,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方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种有源配电网的保护方法,其特征在于,包括:
获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断所述电流值是否大于所述目标保护装置的电流整定值;
若是,则触发所述目标保护装置的保护动作,以对所述目标有源配电网进行故障保护;
其中,所述电流整定值的获取过程包括:
根据国标对所述目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建所述目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型;
根据所述目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定所述目标有源配电网中各个节点的电压方程;
根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流;
根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的所述电流整定值。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的所述电流整定值的过程,包括:
根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的电流I段整定值和/或电流II段整定值和/或电流III段整定值。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流的过程,包括:
根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,以及所述目标IIDG注入的故障电流、接入容量、接入位置、出力情况、控制策略,利用所述迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型的过程,包括:
根据所述瞬时功率理论,将注入所述目标有源配电网中所述目标IIDG的正序电流分量和负序电流分量输入至所述目标有源配电网的指令电流,得到目标指令电流;
其中,所述指令电流的模型表达式为:
式中,P*为有功指令电流,Q*为无功指令电流,u为电压,u⊥为矢量电压;
所述目标指令电流的模型表达式为:
利用调节系数调整所述目标指令电流,以使所述目标指令电流中的电流谐波达到限值,得到所述正序电流分量的表达式和所述负序电流分量的表达式;
其中,所述正序电流分量的表达式为:
式中,Pi *为所述目标IIDG的有功指令电流,为所述目标IIDG的无功指令电流,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压正序分量,αi'为调节系数,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方;
所述负序电流分量的表达式为:
式中,Pi *为所述目标IIDG的有功指令电流,为所述目标IIDG的无功指令电流,为所述目标有源配电网中IIDG发生故障时的端电压负序分量,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端正序电压的有效值的平方,为所述目标有源配电网中第i台IIDG的机端负序电压的有效值的平方,αi'为调节系数,γi为调节系数;
利用所述正序电流分量的表达式、所述负序电流分量的表达式和所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的所述注入负序电流计算模型;
其中,所述注入负序电流计算模型的表达式为:
7.一种有源配电网的保护装置,其特征在于,包括:
电流比较模块,用于获取目标有源配电网中目标保护装置的电流值,并判断所述电流值是否大于所述目标保护装置的电流整定值;
动作触发模块,若是,则触发所述目标保护装置的保护动作,以对所述目标有源配电网进行故障保护;
其中,动作触发模块由电流整定模块所确定,所述电流整定模块包括:
第一模型建立单元,用于根据国标对所述目标有源配电网中IIDG的低压穿越过程的规定,创建所述目标有源配电网中目标IIDG的注入正序电流计算模型;
第二模型建立单元,用于根据瞬时功率理论,利用所述注入正序电流计算模型确定所述目标IIDG的注入负序电流计算模型;
节点电压确定单元,用于根据所述目标有源配电网发生故障的边界条件,利用节点电压法确定所述目标有源配电网中各个节点的电压方程;
支路电流确定单元,用于根据所述注入正序电流计算模型、所述注入负序电流计算模型和所述电压方程,利用迭代法计算所述目标有源配电网中各个节点的支路电流;
电流整定值确定单元,用于根据支路电流计算所述目标有源配电网中所述目标保护装置的所述电流整定值。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的有源配电网的保护方法的步骤。
9.一种有源配电网的保护设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的有源配电网的保护方法的步骤。
10.一种有源配电网,其特征在于,包括如权利要求9所述的有源配电网的保护设备。
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