CN111525524B - 一种分布式光伏接入配电网继电保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式光伏接入配电网继电保护方法，涉及配电网继电保护领域，主要通过以下过程实现：在DC/DC变换器出口处可以采集到P max、V mpp 、I mpp 等相关数据，在DC/AC逆变器和电网并网处可以采集到P’、V c 、I c 、P load 等相关数据。由此得出，在孤岛检测的同时，利用采集到的电压、电流、相位等突变信息，可以有效地判定配电网线路上是否出现了故障和故障发生的区域，然后根据等功率、欠功率、过功率三种不同的状态来进行程序调用，进行配电保护。本发明思路简单、实现容易、成本低廉、性价比高，易于与现有继电保护策略相结合，可实现各分布式光伏即插即用，并提高了系统的响应速度。

Description

一种分布式光伏接入配电网继电保护方法
技术领域
本发明涉及配电网继电保护领域，具体为一种分布式光伏接入配电网继电保护方法。
背景技术
目前，可再生能源的开发和利用日益得到各国政府的关注，通过光伏阵列将太阳能转换成电能的技术在国内外都很重视。据 2004年欧盟联合研究中心预测，到本世纪末，光伏发电在整个世界能源供应中的比率将超过30%。分布式光伏发电系统能够与城市建筑物良好融合，高渗透的光伏发电必将成为低碳城市的重要组成部分，但大量分布式光伏接入配电网后，使得配电网由传统的单一大容量电源网络变成单一大容量混合多个微电源网络，潮流方向也会变得异常复杂，进而导致配电网的运行、保护和控制等多方面都会受到影响，特别是传统的继电保护配置方案将不适用。因此，研究提供一种适于分布式光伏接入配电网的继电保护方案是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决分布式光伏接入配电网的继电保护的问题，提供了一种分布式光伏接入配电网继电保护方法。
现有的分布式光伏并网系统均已采用了孤岛检测策略，即并网电流、电压、频率和相位等信息均需要按照一定时间间隔定期采集，其中系统逆变器的输出电流与光伏阵列的输出有直接关系，忽略掉控制器和逆变器的损耗，光伏输出功率与并网功率是相等的。现有配电网中已经有最大功率跟踪程序、并网程序以及孤岛检测程序，因此本发明在改进的基础上，直接调用程序就可以实现，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种分布式光伏接入配电网继电保护方法，包括如下步骤：
步骤一、设定可靠系数K k 、动作电流I set 和采样时间Δt，定时采集光伏输出电压U和输出电流I，调用最大功率跟踪程序和并网程序，执行步骤二；
步骤二、判断时间T≥Δt，是，T恢复为0，采集P’、V c 、I c 、P load 、P max、V mpp 、I mpp 的数据，运行孤岛检测程序，执行步骤三，否，返回步骤二；
步骤三、判断P max= P load ，是，返回步骤二，否，执行步骤四；
步骤四、判断P max＜P load ，是，执行步骤五，否，执行步骤六；
步骤五、判断P’是否急剧减少，是，切换到孤岛运行方式，切除一定的部分负荷，保留必要负载，返回步骤二；否，返回步骤二；
步骤六、判断I c 是否急剧增大，是，执行步骤七，否，返回步骤二；
步骤七、判断P max是否急剧增大，是，返回步骤二，否，执行步骤八；
步骤八、计算故障电流和故障区域，判断I k 是否大于K k I set ，是，保护动作，停止程序，否，返回步骤二。
分布式光伏并网电路示意图如图1所示，在DC/DC变换器出口处可以采集到P max、V mpp 、I mpp 等相关数据，在DC/AC逆变器和电网并网处可以采集到P’、V c 、I c 、P load 等相关数据。由此得出，在孤岛检测的同时，利用采集到的电压、电流、相位等突变信息，可以有效地判定配电网线路上是否出现了故障和故障发生的区域。因此上述高渗透分布式光伏接入配电网保护的方法应对应于以下三种情况：
1）等功率：分布式光伏输出最大功率P max与用户端负载P load 消耗完全相等，即分布式光伏并网但并不往配电网输送电能。此时，线路上发生短路故障时，只需考虑是否孤岛即可，其中V mpp 、I mpp 分别是光伏输出P max时对应的优化电压和电流；
2）欠功率：分布式光伏输出小于用户端负载消耗，即分布式光伏并网且需要配电网输送给用户端部分电能P’。线路上发生短路故障时，必将减少用户端电能输入，即分布式光伏输出无法提供给用户端负载足够的电能供应，必将导致电流或电压的剧烈变化；
3）过功率：分布式光伏输出大于用户端负载消耗，即分布式光伏并网且往配电网输送部分电能。线路上发生短路故障时，并网端电流I c 必然有一个突然的增加，改变的大小与故障发生点距离线路始端的距离有关，距离越远改变越小；同时，由于分布式光伏一般工作在最大功率点附近，即输出功率是最大，当发生短路故障时，输出功率不可能进一步增大的情况下（此时光伏阵列输出最佳电压和电流不变），并网端电流I c 的增加必将导致并网端电压V c 的下降；如果是光伏阵列输出电压U和电流I变化导致的分布式光伏并网端输出突变则不在考虑；因此在运行孤岛检测策略的同时判断分布式光伏并网端电压V c 和电流I c 的突变是否是因为光伏阵列突变导致的，是判定保护装置是否动作的关键。如果并网端电压和电流发生突变，并判定并不是应为光伏阵列由于遮蔽导致的输出功率突降导致的，则计算故障电流I k 和故障区域，如果I k 大于K k I set ，则保护动作，否则，保持并网状态。其中，K k 是可靠系数，I set 是设定的动作电流。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种分布式光伏接入配电网继电保护方法，思路简单、实现容易、成本低廉、性价比高，易于与现有继电保护策略相结合。
附图说明
图1为本发明的分布式光伏并网电路示意图。
图2为本发明的继电保护方法流程图。
图3为本发明所提供的保护方法与传统保护方法的对比示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种分布式光伏接入配电网继电保护方法，在如图1所示的系统中实现，包括如下步骤，如图2所示：
步骤一、设定可靠系数K k 、动作电流I set 和采样时间Δt，定时采集光伏输出电压U和输出电流I，调用最大功率跟踪程序和并网程序，执行步骤二；
步骤二、判断时间T≥Δt，是，T恢复为0，采集P’、V c 、I c 、P load 、P max、V mpp 、I mpp 的数据，运行孤岛检测程序，执行步骤三，否，返回步骤二；
步骤三、判断P max= P load ，是，返回步骤二，否，执行步骤四；
步骤四、判断P max＜P load ，是，执行步骤五，否，执行步骤六；
步骤五、判断P’是否急剧减少，是，切换到孤岛运行方式，切除一定负荷，保留必要负载，返回步骤二；否，返回步骤二；
步骤六、判断I c 是否急剧增大，是，执行步骤七，否，返回步骤二；
步骤七、判断P max是否急剧增大，是，返回步骤二，否，执行步骤八；
步骤八、计算故障电流和故障区域，判断I k 是否大于K k I set ，是，保护动作，停止程序，否，返回步骤二。
如图2所示，现以选定的P max=1000W光伏发电系统为例，其中为V mpp =100V，I mpp =10A。
以P load =500W，定时采集时间为Δt =0.01s秒为例，继电保护：
步骤为一、设定可靠系数K k =0.95，I set =15A，采集U=75V，I=8A，执行步骤二；
步骤二：采集P’＜0、V c =220V、I c =2.758A、P max=606.8W、V mpp =74V、I mpp =8.2A，运行孤岛检测策略，执行步骤三；
步骤三：P max= P load ，否，执行步骤四；
步骤四：判断P’急剧减少，否，返回步骤二。
当发生故障时，其运行结果与传统技术比较如图3所示，图3说明本发明在高渗透情况下可实现各分布式光伏即插即用，并提高了系统的响应速度。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种分布式光伏接入配电网继电保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、设定可靠系数K k 、动作电流I set 和采样时间Δt，定时采集光伏输出电压U和输出电流I，调用最大功率跟踪程序和并网程序，执行步骤二；
步骤二、判断时间T≥Δt，是，T恢复为0，采集P’、V c 、I c 、P load 、P max、V mpp 、I mpp 的数据，运行孤岛检测程序，执行步骤三，否，返回步骤二；其中：P’为分布式光伏并网且需要配电网输送给用户端的部分电能，I c 为并网端电流，V c 为并网端电压，P max为分布式光伏输出最大功率，P load 为用户端负载，V mpp 、I mpp 分别是光伏输出P max时对应的优化电压和电流；
步骤三、判断P max= P load ，是，返回步骤二，否，执行步骤四；
步骤四、判断P max＜P load ，是，执行步骤五，否，执行步骤六；
步骤五、判断P’是否急剧减少，是，切换到孤岛运行方式，切除一定负荷，保留必要负载，返回步骤二；否，返回步骤二；
步骤六、判断I c 是否急剧增大，是，执行步骤七，否，返回步骤二；
步骤七、判断P max是否急剧增大，是，返回步骤二，否，执行步骤八；
步骤八、计算故障电流和故障区域，判断I k 是否大于K k I set ，是，保护动作，停止程序，否，返回步骤二。
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