CN111009888A - 一种基于通信的自适应距离保护方法 - Google Patents

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徐志科
孙轶超
李力
韦星
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黄涛
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    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
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Abstract

本发明公开了一种基于通信的自适应距离保护方法，当网络中发生故障时，分布式电源与IED装置的连接状态通过通讯网络发送至其余继电器用以改变网络的保护区的设置；通过这种方式，当网络过渡到孤岛运行或任何分布式电源的连接状态发生变化时，通讯网络可以通过更改设置信息来调整保护系统；用以提高中压配电网的保护设置的自适应性，实时监控网络拓扑的更改情况，在必要时调整保护设置以匹配新的网络拓扑。本发明适用于微电网并网与孤岛两种运行状态，有能够明确区分两种运行状态的能力，避免了由于测量点的功率馈入引起的距离保护范围改变的问题。

Description

一种基于通信的自适应距离保护方法
技术领域
本发明涉及分布式发电与电力系统保护的交叉领域，尤其涉及一种基于通信的自适应距离保护方法。
背景技术
中压配电网(Medium Voltage Networks)作为城市重要的基础设施之一，在建设与改造中应采用新技术、新设备，其相应设备应向绝缘化、智能化、通讯化的方向发展，并且逐步做到配电网自动化。继电保护是确保电网可靠运行的有效有段之一，随着配电网的投入与发展，其规模日趋复杂，有效的保护策略是配电网可靠运行的重要保证。
传统的中压网络是通过过电流继电器进行保护的，在孤岛模式中可能存在无法检测到故障的情况。由于失去支持网络和变换器连接的分布式电源，孤岛模式中的网络的功率下降，因此根据阻抗进行故障判断的距离保护是更为可靠的方法。但分布式电源的接入对阻抗的计算精度产生负面影响，可能导致保护装置的误动或者拒动，从而引发更严重的事故。
针对这一问题，必须调整现有的距离保护策略，保证当微电网在并网或孤岛运行模式下发生故障时，继电保护装置能正确动作。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于通信的自适应距离保护方法，考虑到网络本身特性与故障特性，采用距离保护的方法，满足保护要求。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于通信的自适应距离保护方法，包括步骤：
(1)将微电网分为多个保护区；
(2)当网络中发生故障时，分布式电源与IED装置检查故障；
(3)当查找到故障位置，实施断开保护操作；
(4)通过通讯网络将其连接状态发送至其余分布式电源与IED装置，调整保护区的设置；
(5)建立新的不同数量的保护区，维持微电网内的功率平衡。
进一步地，所述步骤1中，每个区域彼此分开的节点上装有IED装置，同时网络分布有分布式电源。
进一步地，所述步骤2中，在并网模式下，只需检查一个保护区的功能。
进一步地，所述步骤2中，在孤岛模式下，检查不同的故障位置。
进一步地，分布式电源具有发送与接受信息的通讯能力。
进一步地，当网络处于并网运行时，两侧同时连接至环形或网状网络拓扑，故障电流从两个互连点引出；当网络处于孤岛模式时，所有电力在微电网内产生。
有益效果：本发明中将微电网分为多个保护区，并且在故障发生后，可以及时形成新的保护区，最小程度地降低了故障对于网络的影响。相比于一般的距离保护方法，基于通讯的网络保护方法减小了线路中间馈入对距离保护中电阻的测量的影响，避免了保护装置的误动和拒动。
附图说明
图1是本发明所研究网络的示意图；
图2是本发明所研究网络故障#1时的网络等效电路；
图3是本发明所研究的网络中中间馈入对阻抗的影响的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的基于通信的自适应距离保护方法，适用于并网与孤岛两种运行状态，包括步骤：
(1)将微电网分为多个保护区；
面向对象为中压配电网，配电网中采用网络通讯方案，由单个径向馈线组成可以作为互联或网状拓扑结构的一部分；网络被划分为多个保护区域，每个保护区域彼此分开的节点上都安装有IED装置，同时网络分布有分布式电源。
在网络中分布有IED装置，具有保护、测控、通讯功能；网络连接的分布式电源同样具有接受信息的通讯能力；在网络运行模式下，分布式电源能够发送自己的连接状态，任何的分布式电源的连接状态发生变化时，保护系统能够改变保护定值并适应新的保护要求；当网络在并网与孤岛两种运行状态之间切换时，通过远程通信的方式使得保护系统改变设置。
网络中分布的分布式电源与储能器部分为变换器接口型，即不会产生高的故障电流，其故障电流限定在额定电流的2-3倍。
(2)当网络中发生故障时，分布式电源与IED装置检查故障；
在并网模式下，因为网络中每个保护区都具有相同的功能，因此只需检查一个保护区的功能。每个保护区与保护区的终点端之间的安全裕度为10％-15％；二级保护区的安全裕度超过保护区范围的20％。
在孤岛模式下考虑到线路中的馈入故障电流会影响阻抗大小，从而导致保护区内的误跳闸，因此在孤岛模式中检查不同的故障位置。
检查区域可以包含分布式电源并使用距离保护的方法来进行保护。若岛屿由多个区组成，任何一个区域的故障会影响相邻区域的保护，因此需要考虑到区域的数量。
当网络处于并网运行状态时，当两侧同时连接至环形或网状网络拓扑，故障电流可以从两个互连点引出；在孤岛模式下，所有电力在微电网内产生。
(3)当查找到故障位置，实施断开保护操作；
(4)通过通讯网络将其连接状态发送至其余分布式电源与IED装置，调整保护区的设置；
当查找到故障位置，并实施断开保护操作后，岛的大小已经改变。分布式电源与IED通过通讯网络将其状态信息发送至其他IED，在确定岛是否可以继续其操作后，确定其他IED的新保护设置，调整保护设施以匹配新的网络拓扑。
(5)建立新的不同数量的保护区，维持微电网内的功率平衡。
当形成一个新的岛屿，其规模可以动态确定，并且包括不同数量的保护区。只要能建立并维持微电网内的功率平衡，任意数量的分布式电源都可接入微电网中。
如图1所示，本发明所研究的网络中，包括了多个故障点与分布式电源不同的连接位置，被检测的网络可以同时同A段与B段馈电以及被分离为孤岛。网络由三个保护区构成，均包括分布式电源，IED设在保护区的交汇处。当网络处于并网模式时，A、B两侧同时连接，故障电流可从两端引出；当网络处于孤岛模式时，所有的电力都在网络内部。
当网络处于并网模式时，每个保护区都具有相同的功能，与保护区终点端的安全裕度为10％-15％，如图1中，IED1保护区外的故障#3将由相邻区域交界出的IED2检测到。
图2表示发生故障#1时的网络等效电路，其中，IA代表由IED1检测到的电流，IB为由分布式电源2给网络的馈入电流，阻抗ZA与ZB为与线路长度成比例的线路阻抗，Zf为故障阻抗。由式(1)可以看出中间馈入对于IED1检测阻抗的影响。DG2给网络的馈入越大，IED1测量结果的误差也越大，因此阻抗继电器不能准确地测量超过中间馈入引起的阻抗。图3显示了中间馈入对于阻抗的影响，通常情况下，离故障越远，阻抗越大；在有中间馈入的情况下，阻抗以更高的速率增大。
UIED1＝IA*ZA+(IA+IB)*ZB+(IA+IB)*Zf＝IA*(ZA+ZB+Zf)+IB*(ZB+Zf)
ZIED1＝UIED1/IA＝ZA+ZB+Zf+(ZB+Zf)*IB/IA (1)
在孤岛模式下检查保护功能时，需要考虑到岛屿的所有保护区。图1中三个保护区域，需要考虑两个距离保护继电器，即IED1与IED2，岛上开放点没有故障电流通过。分布式电源的电流馈入会造成阻抗继电器对于保护区域识别的不准确，若继电器测量到故障在错误的区域保护内，就有失去选择性的潜在危险。若分布式电源1断开并且在#1发生故障，IED1没有检测到故障。与分布式电源3类似，断开连接的IED2无法检测到故障，这是因为如果继电器后没有电源，则不会有故障电流流过继电器。若分布式电源1与分布式电源3都断开，两个继电器都无法检测到1号故障，最终分布式电源2跳闸。另外，当分布式电源3断开时，IED2也能看到#3的故障。要能够检测出IED1和IED2之间区域的故障，就必须将分布式电源1或分布式电源3连接起来。同样，对于检测A端和IED1之间区域的故障，分布式电源2或分布式电源3必须连接；对于IED2和B端分布式电源1或分布式电源2之间区域的故障，分布式电源1或分布式电源2也必须连接。在岛屿微电网内部发生故障的情况下，故障区域可以断开，网络的其余健康部分可以作为微电网继续运行，发电状态允许。对于由三个或更多区域组成的微电网，也可以通过断开它们之间的断层带将微电网划分为两个独立的自治岛屿。
分布式电源与IED通过通讯网络将其状态信息发送至其他IED，调整保护设施以匹配新的网络拓扑。当形成一个新的岛屿，其规模可以动态确定，并且根据岛屿大小与构造，可以包括不同数量的保护区。

Claims (6)

1.一种基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将微电网分为多个保护区；
(2)当网络中发生故障时，分布式电源与IED装置检查故障；
(3)当查找到故障位置，实施断开保护操作；
(4)通过通讯网络将其连接状态发送至其余分布式电源与IED装置，调整保护区的设置；
(5)建立新的不同数量的保护区，维持微电网内的功率平衡。
2.根据权利要求1所述的基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，所述步骤1中，每个区域彼此分开的节点上装有IED装置，同时网络分布有分布式电源。
3.根据权利要求1所述的基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，所述步骤2中，在并网模式下，只需检查一个保护区的功能。
4.根据权利要求1所述的基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，所述步骤2中，在孤岛模式下，检查不同的故障位置。
5.根据权利要求1所述的基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，分布式电源具有发送与接受信息的通讯能力。
6.根据权利要求1所述的基于通信的自适应距离保护方法，其特征在于，当网络处于并网运行时，两侧同时连接至环形或网状网络拓扑，故障电流从两个互连点引出；当网络处于孤岛模式时，所有电力在微电网内产生。
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