CN109245059B - 一种微电网馈线保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电网馈线保护方法，馈线保护采集馈线电流、母线电压，计算各馈线电流方向、电流变化值、母线零序电压值，通过IEC61850‑GOOSE网络通信规约接收下游保护发送的保护启动信号，采用馈线电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为启动防误设置以及下游保护启动信号闭锁保护动作的综合判据找出故障线路，同时设置过流保护作为通信异常情况下的后备保护，解决微电网馈线故障时过流或方向过流保护动作不可靠导致全网失电的问题，实现快速准确定位故障、跳闸隔离故障。本发明同时提出了相应的馈线保护装置。

Description

一种微电网馈线保护方法及装置

技术领域

本发明涉及分布式发电技术领域，更具体地说，涉及一种微电网馈线保护方法及装置。

背景技术

微电网是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

微电网与大电网相比，容量小、稳定性差，包含大量电力电子变流器，暂稳态特性、短路电流特征与传统电网有较大的差异。微电网继电保护特殊性体现在：1)电压等级虽低，保护速动性要求非常高。发生短路故障时，分布式电源变流器敏感且穿越时间有限，要求保护快于分布式电源脱网前隔离故障，否则面临分布式电源全部脱网的风险。2)微电网内分布式电源变流器本身在发生外部短路故障时会限流自我保护，提供的短路电流不超过自身额定电流的1.5倍，独立型微电网短路前后电流大小区别不明显，传统过流保护固定电流定值难以兼顾可靠性和灵敏性。

目前微电网内馈线保护一般采用过流保护或方向过流保护，由于上述原因，保护难以快速、准确的动作，导致微电网在发生短路故障时，保护还没来得及动作或准确动作，逆变型分布式电源已经脱网，致使全网失电，给微电网的安全稳定运行、社会经济效益带来了不良的影响。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种微电网馈线保护方法，解决微电网馈线故障时过流或方向过流保护不能可靠动作导致全网失电的问题，并同时提出了相应的微电网馈线保护装置。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微电网馈线保护方法，采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号，通过电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为保护启动防误设置、下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路。

进一步地，所述方法具体步骤如下：

(1)采集本馈线电流、母线电压，如果存在下游保护同时接收馈线下游保护装置发送的GOOSE启动信号；

(2)计算本馈线电流方向、电流变化值ΔI_k、母线零序电压值U₀；

所述的ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，

其中：I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值；

(3)根据(2)中计算的各模拟量，采用以下综合判据来判断出故障馈线：

判据1：ΔI_k＞ΔI_set，ΔI_set＞0且电流为正方向；

判据2：U₀＞U_0set或U_xmax＜U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号；

其中：所述的ΔI_set为电流突变量启动定值，所述的U_0set为零序电压启动定值，

所述的U_xmax选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值；

综合判据判断逻辑：若满足判据1后的设定时间t内始终满足判据2，则本保护启动；启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

进一步地，如果馈线非负荷终端，下游还有保护，为了避免下游故障时馈线保护越级跳闸，下游保护发送保护启动GOOSE信号至该馈线保护装置，当下游保护的启动信号为1时，闭锁馈线保护，馈线保护不动作。

进一步地，馈线电流正方向定义为母线指向线路。

进一步地，采用正序突变量正方向判据来判断馈线电流方向：

其中：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，arg为求向量角度算符，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

进一步地，存在下游保护的馈线保护，若馈线保护与下游保护GOOSE通信正常时，采用综合判据来判断故障馈线并跳闸，当GOOSE通信异常时启动馈线过流保护作为后备保护。

本发明同时提出一种微电网馈线保护装置，所述装置包括信号采集单元、故障判别单元，其中：

所述信号采集单元，用于采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号，

故障判别单元，用于通过电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为保护启动防误设置、下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路。

上述装置中，所述故障判别单元包括故障分量计算单元和综合判断单元，其中：

所述故障分量计算单元，用于计算本馈线电流方向、电流变化值ΔI_k、母线零序电压值U₀；

所述的ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，

其中：I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值；

所述综合判断单元，用于根据判据1、判据2、判据3综合判断馈线是否故障，其中

判据1：ΔI_k＞ΔI_set，ΔI_set＞0且电流为正方向；

判据2：U₀＞U_0set或U_xmax＜U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号；

其中：所述的ΔI_set为电流突变量启动定值，所述的U_0set为零序电压启动定值，

所述的U_xmax选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值；

综合判据判断逻辑：若满足判据1后的设定时间t内始终满足判据2，则本保护启动；启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

上述装置中，所述综合判断单元中的馈线电流正方向定义为母线指向线路；采用正序突变量正方向判据来判断馈线电流方向：

其中：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，

为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，arg为求向量角度算符，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

上述装置中，所述装置还包括通信故障处理单元，在存在下游保护的馈线保护时，若馈线保护与下游保护GOOSE通信正常时，采用故障判别单元来判断故障馈线，当GOOSE通信异常时启动馈线过流保护作为后备保护。

本发明的有益效果是：本发明提出的一种微电网馈线保护方法，与传统的过流或方向过流保护采用固定电流定值判据存在误动或据动的问题不同，本发明方法利用故障时电流变化特征来启动保护；同时采用故障时的电压变化特征以及电流方向判据作为启动防误判据，接收下游保护启动信号作为越级跳闸的闭锁判据，保证了动作的准确性和可靠性。本发明方法利用故障特征判据，原理简单，易于实现，不存在拒动或误动风险，保证了微电网的安全稳定运行。

附图说明

图1是典型微网系统图，

图2是本发明计算过程流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种微电网馈线保护方法。以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1：

一种微电网馈线保护方法，如图2所示的计算过程，馈线保护装置采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号，通过电流突变启动馈线保护、电压变化和电流方向作为馈线保护启动防误设置以及下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路，综合判据如下：

判据1：ΔI_k＞ΔI_set，ΔI_set＞0且电流为正方向；

判据2：U₀＞U_0set或U_xmax＜U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号。

以上判据中，ΔI_k为第k条馈线实时计算的电流突变量，ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值，ΔI_set为电流突变启动定值，U₀为零序电压，U_0set为零序电压启动定值，U_xmax可以选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值。

判据1为馈线保护电流突变启动判据以及正方向判断，有电流变化的同时要求必须是正方向电流，馈线电流正方向定义为母线指向线路，采用正序突变量正方向判据来判断：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，

为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

判据2为电压防误启动判据；判据3为越级跳闸闭锁判据，防止下游故障时，馈线保护装置越级跳闸，当下游保护发送的保护启动信号为1时，闭锁馈线保护装置。

每条馈线都要进行综合判据判别，综合判据判断逻辑为：若满足判据1，保持时间t，若在t时间内始终满足判据2，则本保护启动，启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

另外，由于综合判断依赖通信状态，为了防止通信异常导致综合判断失效，故采用馈线过流保护作为综合判据保护方法的后备保护，即当通信正常时，采用综合判据来判断故障馈线并跳闸，当通信异常时启动馈线过流保护。

实施例2：

如图1所示典型微电网系统，：M条馈线的保护装置采集各线路的三相电流值、母线电压，计算微电网馈线保护方法综合判据所需的电流变化值ΔI_k、电流方向、母线相间最大电压U_xmax和零序电压U₀。各馈线保护通过IEC61850-GOOSE通信规约接收馈线下游保护发送的保护启动信号。

各馈线保护根据计算结果判断是否满足判据ΔI_k＞ΔI_set，ΔIs_et＞0且电流为正方向。以馈线1发生单相接地故障为例，无论故障点在F1或是F2，馈线1的电流增大，满足电流变化量启动判据，保护启动，而其他馈线如馈线2～M为纯负荷电路，无故障点，电流变小，不满足电流变化量启动判据，因此保护不启动，馈线1保护装置继续执行综合判据。

馈线1保护装置判断满足电流变化量启动且判断电流为正方向后，保持时间t，判断在t时间内电压是否始终满足式U₀＞U_0set或U_xmax＜U_uvset判据，若不满足，则保护不动作，若始终满足，则判断是否收到下游保护的闭锁信号：如图1所示，若故障点为F1，则馈线1下游保护不会启动，即不会发送启动GOOSE信号去闭锁馈线1保护，馈线1保护动作跳闸跳开馈线开关，切除故障；若故障点为F2，则下游保护启动，发送启动GOOSE信号，馈线1保护装置收到启动GOOSE信号后闭锁，保护不动作，由下游保护动作切除故障，避免了越级跳闸。

由上述实施方式可看出，区别于传统的方向过流保护采用固定电流定值判据存在误动或拒动风险不同，本发明方法利用故障时电流变化特征来启动保护，同时采用故障时的电压变化特征以及电流方向判据作为防误判据，接收下游保护启动信号作为越级跳闸的闭锁判据，保证了动作的准确性和可靠性。本发明方法利用故障特征判据，原理简单，易于实现，可靠识别故障线路，不存在拒动或误动风险，且投资增加费用小、具有推广实施的价值。

本发明同时提供了一种微电网馈线保护装置，包括信号采集单元、故障判别单元，其中：

信号采集单元，用于采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号。

故障判别单元，用于通过电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为保护启动防误设置、下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路。

上述装置中，所述故障判别单元包括故障分量计算单元和综合判断单元，其中：

所述故障分量计算单元，用于计算本馈线电流方向、电流变化值ΔI_k、母线零序电压值U₀；

所述的ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，

其中：I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值；

所述综合判断单元，用于根据判据1、判据2、判据3综合判断馈线是否故障，其中：

判据1：ΔI_k＞ΔI_set，ΔI_set＞0且电流为正方向；

判据2：U₀＞U_0set或U_xmax＜U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号；

其中：所述的ΔI_set为电流突变量启动定值，所述的U_0set为零序电压启动定值，所述的U_xmax选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值；

综合判据判断逻辑：若满足判据1后的设定时间t内始终满足判据2，则本保护启动；启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

上述装置中，所述综合判断单元中的馈线电流正方向定义为母线指向线路；采用正序突变量正方向判据来判断馈线电流方向：

其中：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，

为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，arg为求向量角度算符，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

所述装置还包括通信故障处理单元，在存在下游保护的馈线保护时，若馈线保护与下游保护GOOSE通信正常时，采用故障判别单元来判断故障馈线，当GOOSE通信异常时启动馈线过流保护作为后备保护。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微电网馈线保护方法，其特征在于：

采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号，通过电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为保护启动防误设置、下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路；

所述方法具体步骤如下：

(1)采集本馈线电流、母线电压，如果存在下游保护同时接收馈线下游保护装置发送的GOOSE启动信号；

(2)计算本馈线电流方向、电流变化值ΔI_k、母线零序电压值U₀；

所述的ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，

其中：I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值；

(3)根据(2)中计算的各模拟量，采用以下综合判据来判断出故障馈线：

判据1：ΔI_k>ΔI_set，ΔI_set>0且电流为正方向；

判据2：U₀>U_0set或U_xmax<U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号；

其中：所述的ΔI_set为电流突变量启动定值，所述的U_0set为零序电压启动定值，所述的U_xmax选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值；

综合判据判断逻辑：若满足判据1后的设定时间t内始终满足判据2，则本保护启动；启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

2.如权利要求1所述的一种微电网馈线保护方法，其特征在于：如果馈线非负荷终端，下游还有保护，为了避免下游故障时馈线保护越级跳闸，下游保护发送保护启动GOOSE信号至该馈线保护装置，当下游保护的启动信号为1时，闭锁馈线保护，馈线保护不动作。

3.如权利要求1所述的一种微电网馈线保护方法，其特征在于：馈线电流正方向定义为母线指向线路。

4.如权利要求3所述的一种微电网馈线保护方法，其特征在于：采用正序突变量正方向判据来判断馈线电流方向：

其中：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，

为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，arg为求向量角度算符，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

5.如权利要求1所述的一种微电网馈线保护方法，其特征在于：存在下游保护的馈线保护，若馈线保护与下游保护GOOSE通信正常时，采用综合判据来判断故障馈线并跳闸，当GOOSE通信异常时启动馈线过流保护作为后备保护。

6.一种微电网馈线保护装置，其特征在于：所述装置包括信号采集单元、故障判别单元，其中：

所述信号采集单元，用于采集本馈线电流、母线电压，接收下游保护的保护启动GOOSE信号，

故障判别单元，用于通过电流突变启动保护、电压变化和电流方向作为保护启动防误设置、下游保护启动信号闭锁馈线保护动作的综合判据找出故障线路；

所述故障判别单元包括故障分量计算单元和综合判断单元，其中：

所述故障分量计算单元，用于计算本馈线电流方向、电流变化值ΔI_k、母线零序电压值U₀；

所述的ΔI_k＝I_k-I_(k-N)，

其中：I_k为第k条馈线实时计算的电流值，I_(k-N)为第k条馈线N点前的计算电流值；

所述综合判断单元，用于根据判据1、判据2、判据3综合判断馈线是否故障，其中

判据1：ΔI_k>ΔI_set，ΔI_set>0且电流为正方向；

判据2：U₀>U_0set或U_xmax<U_uvset；

判据3：无下游保护或未接收到下游保护发送的保护启动GOOSE信号；

其中：所述的ΔI_set为电流突变量启动定值，所述的U_0set为零序电压启动定值，所述的U_xmax选取相电压最大值或相间电压最大值，U_uvset为低电压启动定值；

综合判据判断逻辑：若满足判据1后的设定时间t内始终满足判据2，则本保护启动；启动后判断是否满足判据3，满足则馈线保护跳闸该馈线，若不满足，则馈线保护不跳闸；若不满足判据1或满足判据1但在t时间内没有始终满足判据2，则保护不启动也不跳闸。

7.如权利要求6所述的一种微电网馈线保护装置，其特征在于：所述综合判断单元中的馈线电流正方向定义为母线指向线路；采用正序突变量正方向判据来判断馈线电流方向：

其中：

为第k条馈线实时计算的正序电压突变量，

为正序电流突变量，

为馈线保护安装处保护反方向的等值正序阻抗，arg为求向量角度算符，满足正方向判据时表示发生正方向故障，反之为反方向故障。

8.如权利要求6所述的一种微电网馈线保护装置，其特征在于：所述装置还包括通信故障处理单元，在存在下游保护的馈线保护时，若馈线保护与下游保护GOOSE通信正常时，采用故障判别单元来判断故障馈线，当GOOSE通信异常时启动馈线过流保护作为后备保护。

Images