CN111337855A - 一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法。采集主动配电网各馈线出口处三相电流

主变低压侧输出三相电流

以及中性点电压幅值U0；若U₀>U_ZD，则通过对称分量法计算各馈线负序电流幅值I_i2以及主变低压侧负序电流幅值I_S2；计算负序电流比ki；若ki>kset，则判定馈线i发生断线故障，发出告警或跳闸信号；否则返回第一步。本发明适用于主动配电网单相断线及两相断线故障，解决了现有断线保护适用范围小、负序电流整定困难的问题，与分布式电源分布、故障位置、中性点接地方式无关，具有较高灵敏度和可靠性。

Description

一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别是，涉及一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法。

背景技术

目前，针对断线故障的保护方法较少，且适用条件受限。对于传统配电网，现有断线故障保护方法包括负序电流法、小波分析法、能量法等。其中，负序电流保护作为现有最常见的断线故障保护方法，原理基于故障线路负序电流大于其他非故障线路负序电流，其判据的整定值需要躲过其他线路发生断线故障时本线路的最大负序电流，而线路最大负序电流受系统负荷大小与分布、断线故障位置、中性点接地方式等因素影响。由于配电网实际运行情况复杂多变，负序电流保护整定困难且灵敏度有限。

根据国际大电网会议，主动配电网定义为通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的分布式电源进行主动控制和主动管理的配电系统。在主动配电网中，分布式电源存在并网和孤岛两种运行方式，运行方式的改变会影响网络拓扑结构，尤其是在分布式电源分布较为分散并且渗透率较高时，不同拓扑结构下，故障电流大小、方向都存在着明显的差异。因此，传统配电网中的断线故障和保护方法在主动配电网中不再适用。对于主动配电网断线故障，根据故障位置的不同，可分为断线故障发生在分布式电源上游和断线故障发生在分布式电源下游两种情况。现有主动配电网断线故障相关研究较少，主要保护方法为功率方向法，其原理是基于非故障线路功率方向单一而故障线路功率方向多变，但该方法依赖于电源侧和负荷侧两端的电压量和电流量，且未与短路故障进行区分。此外，现有断线故障保护方法均针对单相断线故障，两相断线故障由于其发生频率更低而鲜少关注。然而，两相断线故障负序电流小于单相断线故障负序电流，其故障特征更加微弱，保护面临着较大的困难。

综上所述，断线故障对配电网造成的危害不容忽视，但断线故障保护方法缺乏关注，现有相关技术较少，灵敏度和适用性都有限；另一方面，现有方法大多针对传统配电网单相断线故障，未考虑分布式电源接入的影响以及两相断线故障情况，存在着明显的不足，难以适应和满足主动配电网的发展需求。因此，如何实现主动配电网断线故障的准确选线，并形成具有较高灵敏度和可靠性的断线保护方法，提高保护的适用性和可行性，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的主动配电网断线故障保护适用范围小、负序电流整定困难缺陷，从而提供一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，包括，

采集配电网上各个馈线出口处的三相电流，主变低压侧输出三相电流和中性点电压幅值；

计算各馈线的负序电流的幅值和主变低压侧负序电流的幅值；

根据各馈线的负序电流幅值，计算主动配电网的负序电流比，并将主动配电网的负序电流比和断线保护门槛值相比较；判断馈电是否发生断线故障；

当判断结果为断线时，发出提醒信号。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：计算所述负序电流的幅值前还需要根据主动配电网中性点的电压幅值判断启动元件是否动作。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：所述当断定结果为断线时，延时t_bset后发出告警或跳闸信号，t_bset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线故障与短路故障。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：当所述主动配电网的负序电流比大于断线门槛保护值时，判定为断线。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：主动配电网的负序电流比按如下公式计算：

式中，I_i2为馈线i的负序电流幅值；I_S2为主变低压侧的负序电流幅值；

馈线i负序电流幅值I_i2按照如下公式计算：

主变低压侧负序电流幅值I_S2按照如下公式计算：

式中，

为馈线i出口处三相电流；

为主变低压侧三相电流；算子a＝e^j120°。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：启动元件的动作条件为U₀>U_ZD

式中，U₀为主动配电网中性点电压幅值，U_ZD为启动元件整定值。U_ZD按照躲过主动配电网正常运行下中性点最大不平衡电压进行整定。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：当主动配电网中性点不接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经消弧线圈接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经小电阻接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

式中，K_rel,k为可靠系数，考虑分布式电源输出的影响，取1.2；

为系统相电压；C_A、C_B、C_C分别为系统各相对地电容；C_Σ为系统三相对地电容之和；L_p为消弧线圈电感；R₀为中性点接地电阻阻值。

作为本发明所述基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法的一种优选方案，其中：所述主动配电网的断线保护门槛值按下式确定，

k_set＝1+K′_rel,k

式中，K′_rel,k为可靠系数，可取0.1或0.2，用于避免测量、通信误差造成保护误动

本发明的有益效果：本发明提供一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，以主变低压侧负序电流幅值为参考量，利用负序电流比实现断线故障选线，与分布式电源分布、故障位置、中性点接地方式无关，具有较高灵敏度和可靠性，且适用于单相断线故障和两相断线故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1是一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法流程图；

图2是主动配电网结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：包括，

采集配电网上各个馈线出口处的三相电流，主变低压侧输出三相电流和中性点电压幅值；

计算各馈线的负序电流的幅值和主变低压侧负序电流的幅值；

根据各馈线的负序电流幅值，计算主动配电网的负序电流比，并将主动配电网的负序电流比和断线保护门槛值相比较；判断馈电是否发生断线故障；

当判断结果为断线时，发出提醒信号。

本实施例中的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，以主变低压侧负序电流幅值为参考量，利用负序电流比实现断线故障选线，与分布式电源分布、故障位置、中性点接地方式无关，具有较高灵敏度和可靠性，且适用于单相断线故障和两相断线故障。

本实施例中所需信息量包括主动配电网各馈线出口处的三相电流、主动配电网中性点电压幅值以及主变低压侧输出三相电流，均易于采集，保证了本发明的可行性。

本实施例中计算所述负序电流的幅值前还需要根据主动配电网中性点的电压幅值判断启动元件是否动作。

本实施例中的主动配电网的负序电流比按如下公式计算：

式中，I_i2为馈线i的负序电流幅值；I_S2为主变低压侧的负序电流幅值；

馈线i负序电流幅值I_i2按照如下公式计算：

主变低压侧负序电流幅值I_S2按照如下公式计算：

式中，

为馈线i出口处三相电流；

为主变低压侧三相电流；算子a＝e^j120°。

具体的，本实施例中的启动元件的动作条件为U₀>U_ZD

式中，U₀为主动配电网中性点电压幅值，U_ZD为启动元件整定值。U_ZD按照躲过主动配电网正常运行下中性点最大不平衡电压进行整定。

其中，当主动配电网中性点不接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经消弧线圈接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经小电阻接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

式中，K_rel,u为可靠系数，考虑分布式电源输出的影响，取1.2；

为系统相电压；C_A、C_B、C_C分别为系统各相对地电容；C_Σ为系统三相对地电容之和；L_p为消弧线圈电感；R₀为中性点接地电阻阻值。

当所述主动配电网的负序电流比大于断线门槛保护值时，判定为断线。

本实施例中的主动配电网的断线保护门槛值按下式确定，

k_set＝1+K′_rel,k

式中，K′_rel,k为可靠系数，可取0.1或0.2，用于避免测量、通信误差等造成保护误动.

本实施例中，所述当断定结果为断线时，延时t_bset后发出告警或跳闸信号，t_bset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线故障与短路故障。

如图2所示，本实施例中的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法按照如下步骤进行，

S101：采集主动配电网各馈线出口处的三相电流

采集主动配电网中性点电压幅值U0；采集主变低压侧输出三相电流

其中i＝1,2,…,m，m为馈线的总条数；

S102：根据U0判断启动元件是否动作，若启动元件动作，则实施S103；否则，返回S101；

S103：计算各馈线负序电流幅值I_i2；计算主变低压侧负序电流幅值I_S2；

S104：根据I_i2与I_S2，计算主动配电网的负序电流比ki；

S105：根据ki与主动配电网的断线保护门槛值k_set的大小，若ki>k_set，则实施S106；否则返回S101。

S106：判定馈线i发生断线故障，延时t_bset后发出告警或跳闸信号，其中tbset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线故障与短路故障。

随着分布式电源渗透率不断升高，不同运行方式导致不同网络拓扑结构下的主动配电网断线故障特征存在着明显的差异，给断线保护带来了较大的困难。本实施例基于负序电流比，与分布式电源分布情况、运行方式均无关，能够有效避免拓扑结构变化对保护的影响。

实施例2

本具体实施方式中考虑不同接地方式的10kV主动配电网结构示意图如图2所示。其中，T1为主变压器，T2为接地变压器，DG为分布式电源，中性点接地电阻R0为10Ω，消弧线圈电感Lp过补偿10％，各馈线参数见表1。

表1馈线参数表

本具体实施方式中，当主动配电网中性点不接地时，启动元件整定值U_ZD＝43V；当主动配电网中性点经消弧线圈接地时，启动元件整定值U_ZD＝372V；U_ZD＝372V；当主动配电网中性点经小电阻接地时，启动元件整定值U_ZD＝5V。

本实施例中，在计算主动配电网的负序电流比时，按如下公式计算：

式中，I_i2为馈线i的负序电流幅值；I_S2为主变低压侧负序电流幅值。

馈线i负序电流幅值I_i2按照如下公式计算：

主变低压侧负序电流幅值I_S2按照如下公式计算：

式中，

为馈线i出口处三相电流；

为主变低压侧三相电流；算子a＝e^j120°。

本实施例中，当馈线1发生单相断线故障时，中性点电压幅值、各馈线负序电流比如表2所示。

表2单相断线故障下中性点电压及负序电流比情况

本实施例中，当馈线1发生两相断线故障时，中性点电压幅值、各馈线负序电流比如表3所示。

表3两相断线故障下中性点电压及负序电流比情况

本具体实施方式中，S105中，主动配电网的断线保护门槛值按下式确定：

k_set＝1+K′_rel,k

式中，K′_rel,k为可靠系数，主要用于避免测量、通信误差等造成保护误动，为保证保护的灵敏度，取K′_rel,k＝0.1，则k_set＝1.1。

本实施例中，从表2中可知，在单相断线故障和两相断线故障下，不同接地方式下，中性点电压幅值U0均大于对应的整定值U_ZD，启动元件均能准确动作。故障馈线1负序电流比均大于断线保护门槛值，而非故障馈线负序电流比均小于断线保护门槛值，本发明能够准确选线。

本实施例根据采集到的主动配电网中性点电压幅值判断启动元件是否动作，若满足U₀>U_ZD，则保护启动；根据采集到的各馈线出口处三相电流、以及主变低压侧输出三相电流计算出各馈线负序电流幅值、主变低压侧负序电流幅值，并进一步计算出各馈线负序电流比；根据所得负序电流比和断线保护门槛值判断馈线是否发生断线故障，若第i条馈线负序电流比满足k_i>k_set，则判定馈线i发生断线故障，经过延时t_bset后发出断线故障告警或跳闸信号。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：包括，

采集配电网上各个馈线出口处的三相电流，主变低压侧输出三相电流和中性点电压幅值；

计算各馈线的负序电流的幅值和主变低压侧负序电流的幅值；

根据各馈线的负序电流幅值，计算主动配电网的负序电流比，并将主动配电网的负序电流比和断线保护门槛值相比较；判断馈电是否发生断线故障；

当判断结果为断线时，发出提醒信号。

2.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：计算所述负序电流的幅值前还需要根据主动配电网中性点的电压幅值判断启动元件是否动作。

3.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：主动配电网的负序电流比按如下公式计算：

式中，I_i2为馈线i的负序电流幅值；I_S2为主变低压侧的负序电流幅值；

馈线i负序电流幅值I_i2按照如下公式计算：

主变低压侧负序电流幅值I_S2按照如下公式计算：

式中，

为馈线i出口处三相电流；

为主变低压侧三相电流；算子a＝e^j120°。

4.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：所述当断定结果为断线时，延时t_bset后发出告警或跳闸信号，t_bset按照躲过主变、母线及馈线保护的最大延时整定，以区分断线故障与短路故障。

5.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：当所述主动配电网的负序电流比大于断线门槛保护值时，判定为断线。

6.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：启动元件的动作条件为

U₀>U_ZD

式中，U₀为主动配电网中性点电压幅值，U_ZD为启动元件整定值。U_ZD按照躲过主动配电网正常运行下中性点最大不平衡电压进行整定。

7.根据权利要求6所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：当主动配电网中性点不接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经消弧线圈接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

当主动配电网中性点经小电阻接地时，启动元件整定值U_ZD按如下公式计算：

式中，K_rel,k为可靠系数，考虑分布式电源输出的影响，取1.2；

为系统相电压；C_A、C_B、C_C分别为系统各相对地电容；C_Σ为系统三相对地电容之和；L_p为消弧线圈电感；R₀为中性点接地电阻阻值。

8.根据权利要求1所述的基于负序电流比的主动配电网断线故障保护方法，其特征在于：所述主动配电网的断线保护门槛值按下式确定，

k_set＝1+K′_rel,k

式中，K′_rel,k为可靠系数，可取0.1或0.2，用于避免测量、通信误差造成保护误动。

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