CN111580009B - 一种iidg高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法 - Google Patents

一种iidg高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法，属于电力系统继电保护领域。本发明根据IIDG(Inverter‑interfaced Distributed Generators，逆变型分布式电源)并网控制策略与低压穿越技术要求确定IIDG等效模型，综合运行安全和保护原则确立其并网方式，并建立多IIDG并网系统的等效零序网络，结合人身安全和保护需求选取合适的IIDG并网接地电阻值；分析IIDG高度渗透的小电阻接地配电网单相接地故障时零序电流幅值与相位特性，讨论高阻接地故障特征。

Description

一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法。
背景技术
小电阻接地系统由于单相接地故障非故障相过电压较低，可以克服非有效接地系统铁磁谐振和消弧线圈串联谐振过电压以及快速切断接地故障等优点，在国外发达国家和国内一些人口密集的大容量负荷城市如广州、上海等城市的应用越来越广泛。而小电阻接地系统在发生单相接地故障时短路电流幅值较大，不允许带故障运行，需要迅速切除故障，以保证供电可靠性以及人身安全。当今电力运行对环保、经济的新能源发电的呼声越来越高，小电阻接地系统DG的高度渗透也会是未来的发展方向，国内外一些学者分析了一般小电阻接地系统的结构与单相接地故障特征，但未过多考虑DG的接入及IIDG的高度渗透，由此导致的系统结构的改变对单相接地故障短路电流的影响以及所带来的对继电保护的一系列问题亟需分析与解决。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种IIDG(Inverter-interfaced Distributed Generators，逆变型分布式电源)高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法，该方法是基于序网络分析，具体包括如下步骤：
步骤1：将IIDG等效为压控电流源；
IIDG的数学模型为：
Figure BDA0002454554520000011
其中，
Figure BDA0002454554520000012
为逆变器的d、q轴正序电流分量，满足
Figure BDA0002454554520000013
Figure BDA0002454554520000021
IIDG采取并网方式，IIDG为并网点电压控制的电流源，满足
Figure BDA0002454554520000022
步骤2：根据步骤1中IIDG的等效模型得到故障复合序网络，忽略线路阻抗影响得到等效零序网络；
步骤3：对步骤2中得到的等效零序网络进行分析，改变过渡电阻大小，得到不同线路不同位置下含IIDG的小电阻接地系统故障特性。
优选地，在步骤1中，IIDG的并网原则包括如下步骤：
步骤1.1：IIDG经升压变压器接入电网；
步骤1.2：始终保持升压变压器的一侧为三角形连接，抑制IIDG中电力电子元件产生的谐波注入电网；
步骤1.3：采取高压系统侧Y形连接，低压IIDG侧D形连接的变压器Y/D连接并网方式，且Y形侧经电阻接地，阻值不小于系统中性点接地电阻，来保障电网侧保护和IIDG侧保护均能检测到故障电流。
优选地，步骤2中的故障复合序网络分析如下：
正负序网络串联，IIDG等效电流源仅出现在正序网络，等效零序网络并入IIDG接地电阻，等效零序网络中，忽略线路零序阻抗；由复合序网络分析得故障处零序电流为：
Figure BDA0002454554520000023
其中，Kdg为IIDG并网电流系数，
Figure BDA0002454554520000025
为系统电压，Z1、Z2、Z0为网络总的等效正负零序阻抗，Rdg为IIDG并网接地电阻，Rf为过渡电阻；故障线路出口零序电流为：
Figure BDA0002454554520000024
其中，RdgnΣ为本线路所有Rdg等效电阻，RdgmΣ//n为除本线路外其余线路Rdg和中性点接地电阻Rn的等效总电阻。
优选地，小电阻接地系统的各出线零序电流满足如下条件：
1)故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流，在网络结构确定时其幅值之比确定，且此规律不受过渡电阻影响；
2)接地故障发生时，由于IIDG并网接地电阻影响，接地故障发生线路的零序电流近似呈反向阻性，含IIDG的非故障线路电流为正向阻性电流，不含IIDG的非故障线路零序电流成容性，且不受过渡电阻影响；
3)发生高阻故障时，线路阻抗和IIDG并网接地电阻对零序电流的影响会随过渡电阻增大而被削弱，故障线路出口的零序电流由于过渡电阻增大而大幅度衰减。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明根据逆变型分布式电源(IIDG)并网控制策略与低压穿越技术要求确定IIDG等效模型，综合运行安全和保护原则确立其并网方式，并建立多IIDG并网系统的等效零序网络，结合人身安全和保护需求选取合适的IIDG并网接地电阻值；分析IIDG高度渗透的小电阻接地配电网单相接地故障时零序电流幅值与相位特性，讨论高阻接地故障特征。
该方法不受IIDG并网数量、过渡电阻的影响，能可靠、清晰地分析任何过渡电阻及多IIDG并网下小电阻接地系统的单相接地故障特性。
附图说明
图1为IIDG并网方式示意图；
图2为系统单相接地故障的复合序网络图；
图3为系统单相接地故障的等效零序网络；
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法，该方法是基于序网络分析，具体包括如下步骤：
步骤1：IIDG等效模型如图1所示；等效为压控电流源；
IIDG的数学模型为：
Figure BDA0002454554520000031
其中，
Figure BDA0002454554520000032
为逆变器的d、q轴正序电流分量，满足
Figure BDA0002454554520000033
Figure BDA0002454554520000041
IIDG采取并网方式，IIDG为并网点电压控制的电流源，满足
Figure BDA0002454554520000042
IIDG的并网方式如图1所示，具体原则包括如下步骤：
步骤1.1：IIDG经升压变压器接入电网以提高输出效率，避免直流电流注入电网，防止谐波注入电网
步骤1.2：并网升压变压器始终保持三角形连接，作为并网变压器任意一端的连接模式，抑制IIDG中电力电子元件产生的谐波注入电网
步骤1.3：采取高压系统侧Y形连接，低压IIDG侧D形连接的变压器Y/D连接并网方式，且Y形侧经电阻接地，阻值不小于系统中性点接地电阻，来保障电网侧保护和IIDG侧保护均能检测到故障电流。
步骤2：根据步骤1中IIDG的等效模型得到故障复合序网络，如图2所示，忽略线路阻抗影响得到等效零序网络；如图3所示。
步骤2中的故障复合序网络分析如下：
正负序网络串联，IIDG等效电流源仅出现在正序网络，等效零序网络并入IIDG接地电阻，等效零序网络中，忽略线路零序阻抗；由复合序网络分析得故障处零序电流为：
Figure BDA0002454554520000043
其中，Kdg为IIDG并网电流系数，
Figure BDA0002454554520000044
为系统电压，Z1、Z2、Z0为网络总的等效正负零序阻抗，Rdg为IIDG并网接地电阻，Rf为过渡电阻；故障线路出口零序电流为：
Figure BDA0002454554520000045
其中，RdgnΣ为本线路所有Rdg等效电阻，RdgmΣ//n为除本线路外其余线路Rdg和中性点接地电阻Rn的等效总电阻。
步骤3：对步骤2中得到的等效零序网络进行分析，改变过渡电阻大小，得到不同线路不同位置下含IIDG的小电阻接地系统故障特性。
小电阻接地系统的各出线零序电流满足如下条件：
1)故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流，在网络结构确定时其幅值之比确定，且此规律不受过渡电阻影响；
2)接地故障发生时，由于IIDG并网接地电阻影响，接地故障发生线路的零序电流近似呈反向阻性，含IIDG的非故障线路电流为正向阻性电流，不含IIDG的非故障线路零序电流成容性，且不受过渡电阻影响；
3)发生高阻故障时，线路阻抗和IIDG并网接地电阻对零序电流的影响会随过渡电阻增大而被削弱，故障线路出口的零序电流由于过渡电阻增大而大幅度衰减。
该方法不受IIDG并网数量、过渡电阻的影响，能可靠、清晰地分析任何过渡电阻及多IIDG并网下小电阻接地系统的单相接地故障特性。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种IIDG高度渗透的小电阻接地系统单相接地故障分析方法，该方法是基于序网络分析，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1：将IIDG等效为压控电流源；
IIDG的数学模型为：
Figure FDA0003539643410000011
其中，
Figure FDA0003539643410000012
为逆变器的d、q轴正序电流分量，满足
Figure FDA0003539643410000013
Figure FDA0003539643410000014
IIDG采取并网方式，IIDG为并网点电压控制的电流源，满足
Figure FDA0003539643410000015
步骤2：根据步骤1中IIDG的等效模型得到故障复合序网络，忽略线路阻抗影响得到等效零序网络；
步骤3：对步骤2中得到的等效零序网络进行分析，改变过渡电阻大小，得到不同线路不同位置下含IIDG的小电阻接地系统故障特性；
在步骤1中，IIDG的并网原则包括如下步骤：
步骤1.1：IIDG经升压变压器接入电网；
步骤1.2：始终保持升压变压器的其中一侧为三角形连接，抑制IIDG中电力电子元件产生的谐波注入电网；
步骤1.3：采取高压系统侧Y形连接，低压IIDG侧D形连接的变压器Y/D连接并网方式，且Y形侧经电阻接地，阻值不小于系统中性点接地电阻，来保障电网侧保护和IIDG侧保护均能检测到故障电流；
步骤2中的故障复合序网络分析如下：
正负序网络串联，IIDG等效电流源仅出现在正序网络，等效零序网络并入IIDG接地电阻，等效零序网络中，忽略线路零序阻抗；由复合序网络分析得故障处零序电流为：
Figure FDA0003539643410000021
其中，Kdg为IIDG并网电流系数，
Figure FDA0003539643410000022
为系统电压，Z1、Z2、Z0为网络总的等效正负零序阻抗，Rf为过渡电阻；故障线路出口零序电流为：
Figure FDA0003539643410000023
其中，RdgnΣ为本线路所有IIDG并网接地电阻的等效电阻，RdgmΣ//n为除本线路外其余线路的IIDG并网接地电阻和中性点接地电阻Rn的等效总电阻；
小电阻接地系统的各出线零序电流满足如下条件：
1)故障线路的零序电流大于非故障线路的零序电流，在网络结构确定时其幅值之比确定，且此规律不受过渡电阻影响；
2)接地故障发生时，由于IIDG并网接地电阻影响，接地故障发生线路的零序电流近似呈反向阻性，含IIDG的非故障线路电流为正向阻性电流，不含IIDG的非故障线路零序电流成容性，且不受过渡电阻影响；
3)发生高阻故障时，线路阻抗和IIDG并网接地电阻对零序电流的影响会随过渡电阻增大而被削弱，故障线路出口的零序电流由于过渡电阻增大而大幅度衰减。
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