CN109327015A - 新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置，对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。本发明采用割电流的原理以及DG的处理方式，利用保护控制中心设计了针对含DG的新能源配电网故障线路快速搜索方案，保护中心对故障线路和相邻上级线路的后备保护时限进行了优化设计，设计了割电流故障搜索原理和新能源配电网后备保护时限优化方案，对于搜索区域内所有线路的电流保护判据并不进行修改，仅针对故障线路以及相邻上级线路就地保护的整定时间进行优化，其余线路保护仍保持原有时间整定不变，在就地保护未接收到广域下达命令之前，仍按原有的时间整定。

Description

新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置

技术领域

本发明涉及配电网保护的技术领域，尤其涉及新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置。

背景技术

传统的阶段式电流保护因其整定与接线方式简单、可靠性高等优点在配电网中得到广泛应用。近年来，随着环境问题的日益严峻，各国纷纷将未来能源的发展寄托于新能源发电技术。作为新能源发电技术的一种——分布式发电技术(DG)能够经济高效可靠地发电，与常规发电远距离输电相比，DG具备节能环保污染小、提高电网可靠性以及投资少，安装和运营更灵活的优点，已得到大范围的推广和应用。

然而考虑到由于DG的容量和接入位置的不确定性，配电网潮流方向也由定向变化成了非定向，这给传统基于定值整定的保护带来了困难，同时，基于馈线终端单元(feederterminal unit，FTU)的传统单电源供电的配电网故障搜索方法由于双侧电源供电或大量DG的接入而变得不再可靠。接有DG的配电系统对故障的穿越能力极为有限，而且故障持续的时间越长，对系统的危害越大，因此，DG的接入对配电网的稳定运行和继电保护提出了更高的要求，一方面需解决由此引起的一系列传统电流保护问题，另一方面还需配置较完善的后备保护。传统配电网后备保护都是以牺牲故障时间来达到选择性的目的，且DG的接入可能会导致某些靠近电源端的后备保护延时过长甚至拒动，进而将对脆弱的配电系统造成更为严重的后果。

随着测控和短延时通信技术的发展，广域继电保护对于解决潮流转移时后备保护误动及引发的连锁跳闸事故和整定配合错误造成的隐藏性故障的问题具有很好的适用性，广域信息的利用将为解决由于DG接入引起的配电网继电保护安全问题带来契机，并且有望在配电网中发挥较大的作用。当前学术界对此技术开展了广泛研究：有学者提出了广域差动保护的实现方法，不仅可以反应固定区内的故障，而且还可作为相邻元件的后备保护，但是这些方案只是针对大电网中线路具有双端电气量的特点，而配电网一般只在线路单侧装有电流互感器，且一部分DG为了追求供电的便利性，它们会选择直接通过线路接入配电网，这也使得该算法变得不再适用。此外目前提出的广域保护主要是依赖于通信系统的实时在线集中式保护，其在通信拥塞，通信链路中断等情况下保护可靠性将大大降低。在应用于规模较大、结构复杂的配电网时，主站保护中心将面临海量信息待处理的挑战。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置，旨在解决新能源配电网保护技术的整定及配合困难，后备保护动作时间较长，现有广域保护技术应用于含DG的配电网时面临信息难以采集、集中式的主站面临通信拥塞、短时间面临海量信息处理时间较长，不适应现状的问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种新能源配电网后备保护时限优化设计方法，包括：

搜索步骤，对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化步骤，根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

在上述实施例的基础上，优选的，所述搜索步骤，具体为：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

在上述实施例的基础上，优选的，所述搜索步骤前，还包括：

分级步骤，对配电网进行线路分级；

分区步骤，借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

在上述实施例的基础上，优选的，所述分区步骤后，还包括DG步骤：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述优化步骤，具体为：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″_tra。

一种新能源配电网后备保护时限优化设计装置，包括：

搜索模块，用于对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化模块，用于根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

在上述实施例的基础上，优选的，所述搜索模块用于：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括：

分级模块，用于对配电网进行线路分级；

分区模块，用于借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括DG模块，用于：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

在上述任意实施例的基础上，优选的，所述优化模块用于：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″′_tra。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明公开了新能源配电网后备保护时限优化设计方法及装置，采用割电流的原理以及DG的处理方式，利用保护控制中心设计了针对含DG的新能源配电网故障线路快速搜索方案；保护中心对故障线路和相邻上级线路的后备保护时限进行了优化设计。本发明设计了割电流故障搜索原理和新能源配电网后备保护时限优化方案，对于搜索区域内所有线路的电流保护判据并不进行修改，仅针对故障线路以及相邻上级线路就地保护的整定时间进行优化，其余线路保护仍保持原有时间整定不变，在就地保护未接收到广域下达命令之前，仍按原有的时间整定。

与现有技术相比，本发明至少具备以下优点；

优化后备保护动作时间，加速故障线路切除：基于割电流的二分故障线路搜索算法可以减少大幅故障搜索时间；

保证选择性：快速搜索算法可继承差动保护的选择性；此外充分考虑广域通信网络拥塞时产生的通信延时，在故障线路的相邻上级线路电流III段保护时间整定中加入t_con，在故障线路就地保护单元先于/晚于相邻上级线路就地保护单元接收到保护时限优化命令时，均不会增加发生越级跳闸事故的几率，保证了线路保护的选择性；

增强可靠性：考虑到通信网络出现链路中断异常状态，当短路故障发生于通信正常的区域时，继续进行区域内的故障搜索直至判定出故障线路，对于不满足割电流变化值判据的链路中断区域，便不需进行进一步的故障搜索；当短路故障发生在链路中断的区域时，虽然无法精确判定出故障线路，但可以利用判断通信正常区域是否发生故障来推测链路中断区域内的故障情况，将故障位置的判定缩小在链路中断区域内，仍然采用传统的时间整定方案；此外，考虑到广域网络中出现的通信拥塞，在就地保护单元没有接收到下传的信息时，保留传统的时间整定方案，不会对传统保护造成负面影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1示出了本发明实施例提供的某一区域内电流流向图；

图2a和图2b分别示出了本发明实施例提供的搜索面I⁽¹⁾、搜索面I⁽²⁾的割电流；

图3示出了本发明实施例提供的新能源配电网的搜索面划分示意图；

图4示出了本发明实施例提供的DG通过线路接入配电网的示意图；

图5示出了本发明实施例提供的单台DG接入配电网后的搜索面划分图；

图6示出了本发明实施例提供的两台DG通过线路接入配电网的示意图；

图7示出了本发明实施例提供的两台DG接入配电网后的搜索面划分图；

图8示出了本发明实施例提供的广域保护架构示意图；

图9示出了本发明实施例提供的新的时间整定方案优化效果图；

图10示出了本发明实施例提供的多层级二出线配电网示意图；

图11示出了本发明实施例提供的通信链路中断示意图；

图12示出了本发明实施例提供的一种新能源配电网后备保护时限优化设计方法的流程示意图；

图13示出了本发明实施例提供的一种新能源配电网后备保护时限优化设计装置的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

具体实施例一

如图12所示，本发明实施例提供了一种新能源配电网后备保护时限优化设计方法，包括：

搜索步骤S101，对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化步骤S102，根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

优选的，所述搜索步骤S101，可以具体为：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

具体的，当前配电网绝大多数线路开关及其保护装置安装在母线出线端，配电网中电流信号均可从线路首端取得，图1是某一区域内电流流向图，虚弧线I、II称作搜索面I、II，这样一类搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流

纵向搜索功能为判断两搜索面之间是否存在故障。图1中，从搜索面I到搜索面II，两搜索面的割电流计算分别为：

上述两式做差运算，并取式其幅值：

将该值取名为割电流变化值，显然，当线路L_1-3上无故障时，根据电流的基尔霍夫定律，必然有由公式可算得割电流变化值为零，从而判断无故障发生。而当线路L_1-3上发生故障后，算得ΔI＝I_f，由于搜索面I与搜索面II之间有两条支线L_1-2和L_1-3，可转向做下一步支线搜索。

横向搜索即支线搜索，它的功能为将区域性故障缩小至某条线路上。

先搜索线路L_1-2，如图2a所示，根据公式可算得搜索面I⁽¹⁾的割电流变化值为且近似为零。然后搜索线路L_1-3，如图2b所示，这时可算出搜索面I⁽²⁾的割电流变化值为比较ΔI^I(1)和ΔI^I(2)，则较大者所对应的线路即为故障线路。线路发生故障后，短路电流I_f一般都较大，从而可判定出故障线路为支线L_1-3。

以上割电流变化值为理论值，但是由于受配电网中线路分布电流传感器等因素的影响，实际计算值ΔI^I一般不会为零。为了辨别正常情况和故障情况，通常会设定电容、一个门槛值I_set。配电网中，门槛值可根据线路上流过的最大负荷电流来选定。

I_set＝K_relI_L.max；

ΔI≥I_set；

其中，K_rel为可靠系数，I_L.max为线路正常运行时的最大负荷电流。

因此，在找出最大割电流变化值后，必须进一步将该值与门槛值做比较，只有在割电流变化值满足ΔI≥I_set时，才能推出该线路上确有故障发生。

优选的，所述搜索步骤S101前，还可以包括：

分级步骤，对配电网进行线路分级；

分区步骤，借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

通常配电网接线较复杂，线路分支多，为了实现对故障线路的准确快速定位，这时必须对配电网进行线路分级。

图3中，配电网与主网并列时，网络呈现的是树状型。若配电网离网，网络中各DG共同承担网络中的负荷，为方便划分搜索面，此时配电网仍可被视为树状型，从而方便对网络进行层级划分。另外，配电网中各元件的状态可能随时会发生变化，由于线路的分级都是基于现有的网络结构，所以规定在每次分级之前都必须分析网络的拓扑结构。

分级规范：如图3所示，从PCC出发，PCC所在主干线为第一级，与主干线相连的母线上搭载的各支线为第二级，同一级中各支线分出的子支线为下一级线路，如此进行下去。每分出一条支线，线路级数便会增加一级，同一级线路中所有支线都被包在相同的一个搜索面内，每一级线路对应相应的一个搜索面，随着线路级数的增加，搜索面的编号依次递增(I,II,III,…)，每个搜索面与本级线路中的各条支线均相交。

由于配电网为受电端，母线上除了搭载联结线(母线与母线之间的线路)外，一般还接有负荷或DG这些终端线路，这使得与大部分搜索面相交割的线路不只是各联结线，还可能是各种终端线路。因此规定：如果本级为终端线路，可将本线路拓展至最后一级线路，且被扩展的线路所途经的各搜索面中该支线电流均与扩展前该终端线路电流相同。

而借助二分法(Dichotomy)的计算机数据查询排序方法，不断缩小故障搜索区域，当初始待搜索区域的线路较多时，可节约相当可观的故障搜索时间。

纵向分区搜索：被搜索线路各层级为一个区域，该区域的始末级线路层各对应一个搜索面，然后根据区域中的割电流变化值大小来判断区域是否需要进行分区。若区域割电流变化值小于门槛值I_set，则该区域内无故障，不对该区域进行分区，反之，则进行一次分区并重新对两个区域进行割电流变化值计算。每分区一次，原故障区域将变成两个新的区域每个新区域内的线路层级总数将减少约一半左右。针对这两个新的区域，分别按上述步骤进行搜索，故障必然存在于其中的一个区域。对待搜索的故障区域，重复上述过程，直至该区域中线路层级数变为1为止，此时，纵向搜索终止。

纵向分区的集合表示：设i为分区前待搜索区域内的首个线路层级编号，n为该区域内的线路层级数，则进行一次纵向搜索分区后新生成的两区域为：

横向分区搜索：纵向故障搜索将故障支路定位于某相邻两层搜索面所夹的线路层级上后，将该线路层级确定为横向待搜索区域，对该区域进行横向分区搜索，搜索过程同纵向搜索。当待搜索区域中线路数等于1时，故障线路被成功判别，横向分区搜索结束。

横向分区的集合表示：设j为横向待搜索区域分区前的首条支线编号，m为该区域内的线路支线数，则进行一次横向搜索分区后新生成的两区域为：

当m、n为奇数时，用其取整部分[m/2]、[n/2]代替m/2、n/2。

上述配电网层级划分规范中DG是按照接入母线处理的，实际中还存在着DG通过线路接入的情况。优选的，所述分区步骤后，还可以包括DG步骤：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

具体的，对于单台DG通过线路接入的情况，如图4所示，这时进行搜索面划分时可以在该接入点增加一新的线路级，从而使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，如图5所示，下级搜索面也随着移动一个面单位。一般注入该支路的DG电流量是可知的，这时可通过计算得到新增加的干线电流为：

对于两台及以上DG通过线路接入的情况，如图6所示，两台DG通过线路接入配电网，将两接入点分别等效成两条母线，然后进行线路层分级，各搜索面分布如图7，假设故障发生在DG1与母线1之间的线路上，I₁、I₂、I_G1、I_G2可通过测量得到，而I₁ˊ和I₂ˊ未知，可按照单台DG接入后的处理方法计算得到。

根据上述两式，再对各搜索面割电流做差，即ΔI^I＝ΔI^II＝0，ΔI^III＝I_f。

搜索完成时间小于整定时间(通常保留一定裕度)在判定出故障线路后，保护中心根据故障线路搜索完毕的时间及整定时间的关系，做出相应决策，如图8所示。当对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达不同的保护时限优化命令，对其整定时间进行优化。当搜索时间大于整定时间时，则不发出命令。优选的，所述优化步骤S102，可以具体为：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″_tra。

在t₁时刻，保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，对其电流II段、III段保护进行时间整定优化。

电流II段保护时间整定优化表示为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间。考虑t₁与t″_tra大小关系不确定，当t₁＜Δt(取t″_tra＝Δt)时，若已满足电流II段保护启动判据，但还没有达到相应的延时Δt，此时即刻跳闸。相比于传统的电流II段保护整定时间Δt，新的时间整定方案对电流II段保护加速时间为t_s＝Δt-t₁。当t₁≥Δt时，表明保护1在接收到保护加速命令之前，其传统电流II段保护应已动作，此时并不对其进行改动，即仍按原有整定时间动作，此时没有加速。

电流III段保护时间整定优化表示为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间，一般为nΔt，保护1的III段保护起近后备保护作用。同其电流II段保护分析，新的时间整定方案对电流III段保护的最大加速时间为t_s＝nΔt-t₁。

故障线路相邻上级线路就地保护时间优化：在t₂时刻，保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，仍保持其原有的I段保护整定时间t′₂，电流II段保护整定时间t″₂不变，电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，可根据具体网络状况设定。由于已确定故障发生于相邻下级线路BC上，此时保护2的电流III段保护主要起远后备保护作用，其最大加速时间为t_s＝(n+1)Δt-(t₂+Δt+t_con)。

本方案对于搜索区域内所有线路的电流保护判据并不进行修改，仅针对故障线路以及相邻上级线路就地保护的整定时间进行优化，其余线路保护仍保持原有时间整定不变。在就地保护未接收到广域下达命令之前，仍按原有的时间整定。图9所示为新的时间整定方案对阶段式电流保护最大加速效果示意图。

与现有技术相比，本发明实施例能够优化后备保护动作时间，加速故障线路切除。基于割电流的二分故障线路搜索算法(以下统称快速搜索算法)可以减少大幅故障搜索时间。例如，对含如图对以图10所示的多线路故障搜索，验证不同线路故障时二分快速搜索法的加速效果。考虑断路器动作时间、返回时间和适当裕度等因素，设定保护出口处故障时上下级保护动作时间级差0.5s，假定通信网络的传输时延t_con＝0.015s的前提下。

以L1上的保护为研究对象，当故障发生在线路L1时，传统配网阶段式电流保护的整定时间t″_tra＝Δt＝0.5s，t″′_tra＝4Δt＝2.0s，而采用快速搜索算法后，其整定时间取决线路L1的就地保护接收到下达信息的时刻t₁(t₁＝0.180s)，由t″₁＝min{t₁,t″′_tra}、t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}得电流II段、电流III段保护整定时间为t″₁＝0.18s，t″′₁＝0.18s，对电流II段保护加速t_S＝0.32s，对电流III段保护(近后备)加速时间t_S＝1.82s。

若故障发生在线路L2时，L1、L2的就地保护在t₁＝0.180s，t₂＝0.185s时刻分别接收到广域网络下达的加速命令，一旦L2线路保护没有切断故障，L1的电流III段保护按照新的整定方案动作：由t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}得t″′₁＝0.695s，起到远后备保护的作用。新方案下对L1的电流III段保护(远后备)加速时间t_S＝1.305s。

当故障发生于近电源端线路时，传统就地后备保护动作时限较长，采用新快速算法后加速最为明显；当故障发生于非近电源端线路时，新方案也有一定的加速效果。与遍历式的广域差动保护和阶段式电流保护相比，采用快速搜索算法的后备保护时限优化方案在搜索计算量以及后备保护加速方面都有提升，对比结果如表1所示。

表1三种方案的搜索计算量和动作时间对比

与现有技术相比，本发明实施例能够保证选择性。快速搜索算法可继承差动保护的选择性，此外充分考虑广域通信网络拥塞时产生的通信延时，在故障线路的相邻上级线路电流III段保护时间整定中加入t_con，在故障线路就地保护单元先于/晚于相邻上级线路就地保护单元接收到保护时限优化命令时，均不会增加发生越级跳闸事故的几率，保证了线路保护的选择性。仍以图8为例，具体表现如下：①当-t_con≤t₁-t₂≤0时，保护1正常运行状态下都可以在t＝t₁+Δt时刻内切除故障，保护2的电流III段整定时间为t₂″′＝t₂+Δt+t_con≤t₁+Δt+2t_con，不会先于保护1动作，时间裕度不小于2t_con，满足选择性要求；②当0≤t₁-t₂≤t_con时，考虑到t_con为最大时间差，其大小主要取决于各就地保护单元接收装置与保护中心的距离，实际相邻线路接收信息的时间差达到t_con的可能性很小，即t₁＜t₂+t_con。保护1正常运行状态下能在t＜t₂+t_con+Δt内切除故障，而保护2的t₂″′＝t₂+Δt+t_con，不会先于保护1动作，此时裕度虽小但依然满足选择性要求。

与现有技术相比，本发明实施例能够增强可靠性。考虑到通信网络出现链路中断异常状态，如图11所示，当短路故障发生于通信正常的区域A时，继续进行A区域内的故障搜索直至判定出故障线路，由于区域B不满足割电流变化值判据，此时便不需对链路中断区域B进行进一步的故障搜索；当短路故障发生在链路中断的区域B时，虽然无法精确判定出故障线路，但可以利用判断A区域是否发生故障来推测区域B内的故障情况，将故障位置的判定缩小在区域B内，仍然采用传统的时间整定方案。此外，考虑到广域网络中出现的通信拥塞，在就地保护单元没有接收到下传的信息时，保留传统的时间整定方案，不会对传统保护造成负面影响。

在上述的具体实施例一中，提供了新能源配电网后备保护时限优化设计方法，与之相对应的，本申请还提供新能源配电网后备保护时限优化设计装置。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。

具体实施例二

如图13所示，本发明实施例提供了一种新能源配电网后备保护时限优化设计装置，包括：

搜索模块201，用于对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化模块202，用于根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

优选的，所述搜索模块201可以用于：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

优选的，本发明实施例还可以包括：

分级模块，用于对配电网进行线路分级；

分区模块，用于借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

优选的，本发明实施例还可以包括DG模块，用于：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

优选的，所述优化模块202可以用于：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″_tra。

本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其具有的实用进步性，己符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而己，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，待征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源配电网后备保护时限优化设计方法，其特征在于，包括：

搜索步骤，对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化步骤，根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的新能源配电网后备保护时限优化设计方法，其特征在于，所述搜索步骤，具体为：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

3.根据权利要求2所述的新能源配电网后备保护时限优化设计方法，其特征在于，所述搜索步骤前，还包括：

分级步骤，对配电网进行线路分级；

分区步骤，借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

4.根据权利要求3所述的新能源配电网后备保护时限优化设计方法，其特征在于，所述分区步骤后，还包括DG步骤：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

5.根据权利要求1-4任一项所述的新能源配电网后备保护时限优化设计方法，其特征在于，所述优化步骤，具体为：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″_tra。

6.一种新能源配电网后备保护时限优化设计装置，其特征在于，包括：

搜索模块，用于对配电网进行基于割电流的故障线路快速搜索；

优化模块，用于根据故障线路快速搜索结果，对新能源配电网后备保护时限进行优化设计。

7.根据权利要求6所述的新能源配电网后备保护时限优化设计装置，其特征在于，所述搜索模块用于：

在配电网的母线出线端安装有配电网线路开关及其保护装置，从线路首端取得配电网中电流信号，在某一区域内设置若干个虚弧线作为搜索面，与搜索面所交的线路电流矢量组成一个割集，该割集内电流矢量之和定义为该搜索面的割电流；

根据相邻两搜索面的割电流之差是否为零进行纵向搜索；如果两个相邻搜索面的割电流之差是零，则判断这两个搜索面之间不存在故障；否则进入横向搜索；

对割电流之差不为零的相邻两搜索面之间的电流支线进行分别搜索，比较所有电流支线的电流变化，判定电流变化最大的电流支线为故障支线。

8.根据权利要求7所述的新能源配电网后备保护时限优化设计装置，其特征在于，还包括：

分级模块，用于对配电网进行线路分级；

分区模块，用于借助二分法的计算机数据查询排序方法，不断缩小进行故障搜索的区域。

9.根据权利要求8所述的新能源配电网后备保护时限优化设计装置，其特征在于，还包括DG模块，用于：

如果有单台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，在DG的接入点增加一个新的线路级，使原先的下级线路层面整体向右移动一个线路层面，下级搜索面也随着移动一个面单位，根据注入该支路的DG的电流量计算得到新增加的干线电流；

如果有N台DG通过线路接入，则进行搜索面划分时，将每个DG的接入点分别等效成一条母线并进行线路层分级，使原先的下级线路层面整体向右移动N个线路层面，下级搜索面也随着移动N个面单位，根据注入该支路的每个DG的电流量计算得到新增加的干线电流；N>1，N为正整数。

10.根据权利要求6-9任一项所述的新能源配电网后备保护时限优化设计装置，其特征在于，所述优化模块用于：

在判定出故障线路后，如果故障线路搜索完毕的时间大于或等于整定时间，则不发出命令；如果故障线路搜索完毕的时间小于整定时间，则对故障线路及其相邻上级线路的就地保护单元下达保护时限优化命令，进行电流II段保护整定时间优化、电流III段保护整定时间优化以及故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，包括：

在t₁时刻，如果保护一段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则对保护一段进行电流II段保护整定时间优化，优化后的电流II段保护的整定时间为：

t″₁＝min{t₁,t″_tra}；

式中，t″_tra为传统电流II段保护的整定时间；

对保护一段进行电流III段保护整定时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₁＝min{t₁,t″′_tra}；

式中，t″′_tra为传统电流III段保护的整定时间；

在t₂时刻，如果保护二段接收经广域网络下达的保护时限优化命令，则保持保护二段原有的电流I段保护整定时间t′₂、电流II段保护整定时间t″₂不变，进行故障线路相邻上级线路就地保护时间优化，优化后的电流III段保护的整定时间为：

t″′₂＝min{t₂+Δt+t_con,t″′_tra}；

式中，t_con为保护中心保护范围内不同线路接收到下达信息的最大时间差，Δt＝t″_tra。