CN110212576A - 一种改进点状网络逆功率保护下的光伏接入容量评估方法 - Google Patents

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王琨
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Abstract

本发明公开了一种改进点状网络逆功率保护下的光伏接入容量确定方法。改进的逆功率保护利用ms级内的电流突变量区分故障和光伏(Photovoltaic,PV)出力波形引起的电气量变化，作为判断系统运行状态的标准，启动保护元件；通过规定参考进线，比较其他进线与参考进线的正序电流相位差识别故障位置，保护处上游发生故障时能快速断开断路器，隔离故障。然而，当接入PV输出功率较大时，故障进线与非故障进线的相位差会出现较大幅度的减小，不能正确识别故障位置，从而导致逆功率保护拒动。本发明通过研究导致这一现象的出现的PV边界值，确定系统可允许接入PV的最大容量。同时，由于该保护允许系统在正常运行的情况下存在逆功率，可明显提高PV的接入容量。

Description

一种改进点状网络逆功率保护下的光伏接入容量评估方法
技术领域
本发明涉及配电系统领域，特别涉及含分布式电源的低压多源并联供电系统。
背景技术
低压多源并供的点状网络，作为一种特殊的低压配电结构，可有效解决电源侧故障引起持续与短时停电问题，是目前公认的最为可靠且最为灵活的供电方式，且利于PV就地消纳的配电网结构及其保护控制技术，已成为业内普遍关注的焦点。但随着PV渗透率的不断提高，点状网络的保护方法出现新的问题。传统的逆功率保护按照系统容量的0.1％-0.5％来整定，但未考虑PV接入容量与最大逆功率之间的定量关系。PV出力较大，系统所带负载较轻时，容易出现逆功率运行的情况，引起逆功率保护拒动。实际应用中，通常采用限容的方式防止逆功率保护发生频繁误动，该措施不利于PV的长远发展。
本文结合基于电流突变量与正序电流相位比较的逆功率保护方法，提出一种通过研究该保护失效的情况确定系统可允许接入PV的最大容量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：研究PV接入容量对基于电流突变量与正序电流相位比较的逆功率保护产生的影响，分析导致保护失效时PV接入容量的临界值。采取的技术方案具体内容如下：
1.基于电流突变量与正序电流相位比较的逆功率保护利用ms级内的电流突变量区分故障和光伏(photovoltaic，PV)出力波形引起的电气量变化，作为判断系统运行状态的标准，启动保护元件。将所有电源进线进行标号，规定保护的正方向为从线路指向低压母线的方向，保护启动后，将某一电源进线的正序电流相位作为参考值，如进线1为参考进线，计算其余进线与进线1的相位差；规定Si(1＜i≤n,n为点状网络电源进线条数)表示进线i与进线1相位差状态，若相位差在-90°～90°范围内，则Si＝0，若相位差在90°～270°范围内，则Si＝1，可得到各相位差状态S2,···,Sn；若S2,···,Sn均为1，则判断进线1上游发生短路故障，逆功率保护动作，断开进线1的断路器；若Si(1＜i≤n,n为点状网络电源进线条数)为1，其余相位差状态均为0，则判断进线i上游发生短路故障，逆功率保护动作，进线i上的断路器断开；若S2,···,Sn均为0，则判断故障点不在任何电源进线上，逆功率保护不动作。通过上述方法，可准确判断故障位置，保护动作，隔离故障。
2.分析PV接入对正序电流相位的影响。PV接入容量较小时，故障进线与非故障进线的相位差减小但幅度不大，仍可准确识别故障位置，保护动作，隔离故障；PV接入容量较大时，故障进线与非故障进线的相位差会出现较大幅度的减小，不能正确识别故障位置，从而导致逆功率保护拒动。
3.分析在各类短路故障下导致保护失效时系统允许接入PV的极限容量，取最小值乘以可靠系数得到系统可接入PV的最大容量。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明专利所公开的改进点状网络逆功率保护确定光伏容量，与传统逆功率保护相比，具有显著区别：
1.传统的逆功率保护检测到系统容量的0.1％-0.5％逆功率时发生动作。逆功率的出现受负荷波动影响较大，在PV接入容量较大、负荷较轻时容易出现误动的情况，供电可靠性降低。本专利基于电流突变量与正序电流相位比较的逆功率保护方法提出的接入PV最大容量确定方法主要受系统结构影响，不受负荷波动影响，相对稳定。
2.传统的逆功率保护按照系统容量的0.1％-0.5％来整定，未考虑PV接入容量与最大逆功率之间的定量关系。本专利基于电流突变量与正序电流相位比较的逆功率保护方法允许系统在正常运行的情况下存在较大的逆功率运行，可明显提高PV的接入容量。
附图说明
附图1为含PV的点状网络故障分析图
附图2为系统正序故障分量等效图
附图3为系统复合序网图
附图4为含PV点状网络系统仿真模型
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
发生故障时，含PV的点状网络故障分析等效图如图1所示。如附图2所示， PV接入容量较小时，故障进线与非故障进线的相位差减小但幅度不大，仍可准确识别故障位置，保护动作，隔离故障；PV接入容量超过一定值时，故障进线与非故障进线的相位差会出现较大幅度的减小，不能正确识别故障位置，从而导致逆功率保护拒动。
分析在各类短路故障下导致保护失效时系统允许接入PV的极限容量，取最小值乘以可靠系数得到系统可接入PV的最大容量。其中，金属性短路可视为过渡电阻为零的经过渡电阻短路的特殊情况。各类短路故障的复合序网图如附图3 所示，故障状态下系统的零负序网络等效阻抗用ZΔ表示，各短路类型的ZΔ如表 1所示。
表1各短路故障类型中ZΔ的表达式
表1中，其中，Z＝ZS+ZT。
令则故障线路和非故障线路的正序电流表达式为：
令
则正序电流表达式(1)可化简为：
正序电流相位比较式点状网络逆功率保护的失效的临界条件为故障进线与非故障进线中正序电流方向即将同向，此时有：
则将公式(2)和公式(3)联立化简可得，在基于电流突变量及正序电流相位的逆功率保护正确运行的前提条件下，关于PV可接入点状网络的最大容量的方程为：
其中，
考虑发生故障时，PV逆变器限制电流输出为考虑到测量误差、三相不平衡度以及其他因素的影响，系统可接入PV的最大容量取各短路状态下可接入PV最大容限的最小值乘以可靠性系数Krel2＝0.85，即
IPVset＝Krel2IPV/1.5 (5)
以美国科罗拉多会议中心的含PV点状网络系统为例，进行建模仿真验证，模型元件参数见表2，仿真模型如附图4所示。
表2仿真参数表
将表2中系统的具体参数带入公式(2)(3)(4)(5)，可计算得该案例中各短路故障状态下PV接入容限的理论值，见表3。
表3各短路故障状态下PV容限的理论值(单位:kA)
规定进线1为参考进线，仿真验证在接入PV容量为对应理论值的条件下，电源进线1发生各类短路故障，保护处于正常运行的边界，相位信息见表4。
表4各短路故障在相应PV接入容限理论值下的相位信息(单位：度)
由表4可得，在PV为相应容限理论值的情况下，进线2、进线3与参考进线之间的正序电流相位差趋于90°，根据基于正序电流相位比较的改进点状网络逆功率保护方法可得，S2、S3有可能从1变为0,导致故障进线的逆功率保护拒动。为保证保护的正常工作，取各短路故障情况下可接入PV容限理论值的最小值乘以可靠性系数作为系统可接入PV的最大容量。由表4可得，PV接入容量的最小容限值出现在经过渡电阻相间短路故障中，为4.75kA，并带入公式(5)中，可得：
IPVset＝Krel2IPV/1.5＝4.04kA。

Claims (3)

1.一种改进点状网络逆功率保护下的光伏接入容量确定方法，其特征在于：研究基于电流突变量和正序电流相位比较的点状网络逆功率保护正常运行的条件，光伏(Photovoltaic，PV)通过低压母线接入系统对保护运行条件造成影响，通过研究该逆功率保护失效的极限情况，即故障进线与非故障进线的正序电流相位差接近90°，确定系统可接入PV的最大容量；定义导致保护失效时接入的PV容量为可计入PV的极限容量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：发生短路故障时，非故障线路中由故障引起的正序电流方向与PV接入引起的正序电流方向相反；PV接入容量在允许范围内时，故障进线与非故障进线的正序电流相位差大于90°，仍可准确识别故障位置，保护动作，隔离故障；PV接入容量较大时，故障进线与非故障进线的正序电流相位差会出现较大幅度的减小，相位差小于90°，不能正确识别故障位置，从而导致逆功率保护拒动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据PV出力对于改进点状网络逆功率保护动作特性的影响，确定其接入容量。
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