CN111884178A - 一种主动配电网单相断线故障保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动配电网单相断线故障保护方法及系统，包括以下步骤，实时采集主动配电网的母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值；若存在有馈线分布式电源输出电流幅值的实时变化量满足条件；获取各馈线动作元件的动作门槛值与对应馈线的动作元件的动作门槛值的大小，则动作元件动作，判定该馈线发生单相断线故障；信号元件发出跳闸命令或告警信号。本发明的有益效果：本发明利用负序电流对主动配电网单相断线故障进行监测；单相断线故障将导致故障馈线负序电流突增，本发明基于具有故障馈线负序电流显著大于非故障馈线负序电流的特征，具有较高的可靠性。

Description

一种主动配电网单相断线故障保护方法及系统

技术领域

本发明涉及主动配电网故障保护的技术领域，尤其涉及一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法及系统。

背景技术

近年来随着社会经济的快速发展，能源在人类社会生活中占有越来越重要的作用，随之而来的却是对资源的浪费以及对环境的污染。为了减少化石类能源的使用以及环境的污染，世界各国都提出了开发和利用新能源的政策和措施，以太阳能、风能等可再生能源发电为代表的可持续发展策略成为各国发展战略。以分布式电源方式接入配电网，是可再生能源发电的主要利用形式之一。随着分布式电源规模的持续增加，对配电网运行、控制、保护等各方面的影响日趋严重，为此主动配电网的理念随之被提出。主动配电网被定义为可以综合控制分布式电源、柔性负载和储能的配电网，并使用网络技术实现潮流的有效管理，可灵活调节网络拓扑。然而，分布式电源的接入改变了电气量故障特征及分布，与传统配电网相比，具有较大的差异，同时也给保护带来了较大的困难与挑战。因此，主动配电网继电保护成为了当前研究的热点。

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。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：提出一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，整定计算仅与系统参数有关，与分布式电源分布、故障位置无关，具有较高灵敏度和可靠。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，包括以下步骤，实时采集主动配电网的母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值；若存在有馈线分布式电源输出电流幅值的实时变化量满足条件，则启动元件动作；获取各馈线动作元件的动作门槛值与对应馈线的动作元件的动作门槛值的大小，若某馈线满足条件，则动作元件动作，判定该馈线发生单相断线故障；判定馈线发生单相断线故障，信号元件发出跳闸命令或告警信号。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：包括以下步骤，实时采集主动配电网母线正序电压的幅值U_M1、采集各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值I_DG,ij、采集各馈线出口负序电流的幅值I_2i，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n_i，m为馈线数量，n_i为接入馈线i的分布式电源的数量；获取每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij，根据ΔI_DG,ij判断启动元件是否动作，若无动作返回重新采集幅值，直至启动元件动作；比较实时采集的各馈线负序电流幅值I_2i与该馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD的大小，判断动作元件是否动作，若无动作则返回重新采集，直至启动元件动作；判定馈线i发生单相断线故障，启动信号元件，发出跳闸命令或告警信号。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij如下式：

ΔI_DG,ij＝|I_DG,ij(t)-I_DG,ij(t-T)|

其中，I_DG,ij(t)为当前时刻分布式电源输出电流幅值，I_DG,ij(t-T)为前一周期时刻分布式电源输出电流幅值。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：第i条馈线的动作元件的所述动作门槛值I_2iZD如下式：

I_2iZD＝K_rel·{I_2i.min}，i＝1,2,…,m

式中K_rel为可靠系数，取1.1～1.2、I_2i.min为第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值，其中i＝1,2,…,m，m为馈线数量。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：启动元件根据实时变化量的动作判据为：

ΔI_DG,ij＞0

其中，ΔI_DG,ij为各条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量；动作元件根据动作门槛值的动作判据为：

I_2i＞KI_2iZD

其中，I_2i为第i条馈线出口负序电流的幅值，I_2iZD为第i条馈线的动作元件的动作门槛值，K为可靠系数，取1.1～1.2。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值I_2i.min如下式：

I_2i.min＝min{I_i(1),I_i(2)}

式中，I_i(1)为单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值，I_i(2)为单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(1)如下式：

式中，Z_S2为系统等效负序阻抗、Z_iΣ为馈线i总负荷阻抗、(Z_iN2)_max为馈线i单相断线故障点下游负序负荷阻抗的最大值、(U_pcci)_max为单相断线故障发生在分布式电源上游时的馈线i分布式电源并网点电压的最大值；以及单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(2)如下式：

式中，Z₀为馈线i单相断线故障后系统零序阻抗。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线分布式电源并网点电压的最大值(U_pcci)_max如下式：

式中，P_refi为第i条馈线分布式电源参考功率。

作为本发明所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的一种优选方案，其中：馈线i单相断线故障后系统零序阻抗Z₀如下式：

式中，Z_g为主动配电网中性点接地体阻抗；C_j为除馈线i以外其他所有馈线电容；C_i为馈线i电容，ω为系统角频率。

本发明解决的技术问题是：提出一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护系统，上述方法依托于本系统实现。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护系统，包括启动元件、动作元件和信号元件；所述启动元件通过比较分布式电源输出电流的变化来启动动作元件；所述动作元件通过比较馈线负序电流与动作门槛值来启动信号元件；所述信号元件用于发出跳闸命令或告警信号。

本发明的有益效果：本发明利用负序电流对主动配电网单相断线故障进行监测；单相断线故障将导致故障馈线负序电流突增，本发明基于具有故障馈线负序电流显著大于非故障馈线负序电流的特征，具有较高的可靠性。

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为本发明所述10kV主动配电网结构示意图；

图2为本发明所述基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法的整体流程图。

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，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

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。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

由于受雷击、外力、电气等多种因素的作用，配电网断线故障发生频率逐年上升。由于相较于短路故障，断线故障不会造成大电流、高电压，影响有限，目前仍通过电压异常反映故障，采用“拉路法”处置，耗时耗力。但是，断线故障可导致电源侧和负荷侧三相电压、电流出现严重的不对称，不仅会大大降低分布式电源的效益与价值，还会造成电气设备损坏、电能质量下降、供电中断等严重影响，甚至可能引发严重的人身伤亡事故，后果不堪设想。

电力系统继电保护一直以来都是本领域技术人员的研究重点。短路故障保护技术已较为成熟，但短路故障与断线故障的原理和特性存在本质区别，短路故障保护方法无法用于断线故障的识别和隔离。对于主动配电网，断线故障相关研究鲜少。现有断线故障保护方法大多针对传统配电网，大致上可分为基于电压特征、暂态信号、负序电流三类。然而，基于电压变化特征的区段定位方法受中性点接地方式的影响较大，数据处理量较大，对通信和数据同步要求较高。对于基于暂态信号的断线选线方法，实际噪声对信号的影响较大。且上述方法大多仅适用于中性点不接地或消弧线圈接地方式，忽略了零序电流的影响。

值得注意的是，基于负序电流的断线保护方法是目前配电网断线保护最常用、最简便的方法。当系统正常运行时，出线负序电流基本为0；当发生断线故障时，故障线路负序电流突增。负序电流保护就是基于故障线路负序电流比非故障线路电流大的原理。其判据的整定值需要躲过其他线路发生断线故障下时本线路的最大负序电流。但是，负序电流大小受断线位置和负荷分布影响较大，由于配电网负荷情况多变，整定非常困难。此外，在主动配电网中，负序电流大小还会受到分布式电源的影响，因此，现有负序电流保护方法在主动配电网中尚未有可参考的整定计算方法，因而难以适用。

综上所述，由于受分布式电源的接入影响，一方面，现有传统配电网断线故障保护方法不再适用于主动配电网，另一方面，缺乏关于主动配电网负序电流保护的整定计算和改进方法。因此，如何在现有传统配电网断线保护技术的基础之上，实现主动配电网断线故障的准确选线，增强保护的实用性，是本领域技术人员急需解决的问题。

针对上述问题，本实施例提出一种主动配电网单相断线故障负序电流保护判据，有效解决了现有技术中的主动配电网断线故障负序电流整定困难等技术问题，整定计算仅与系统参数有关，与分布式电源分布、故障位置无关，具有较高灵敏度和可靠性。

具体的，本实施例提出一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，包括以下步骤，

S1：实时采集主动配电网的母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值；

S2：根据分布式电源输出电流幅值的实时变化量直至判断启动元件动作；

S3：实时采集的各馈线负序电流幅值与对于馈线的动作元件的动作门槛值比较直至判断启动元件动作；

S4：当判定馈线发生单相断线故障，启动信号元件并发出跳闸命令或告警信号。

通俗的说，首先采集主动配电网母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值；根据各条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量判断启动元件是否动作，若满足启动元件动作条件，则实施下一步，否则返回第一步；启动元件动作后，根据系统参数计算各条馈线动作元件的动作门槛值；比较实时采集的各馈线负序电流幅值与该馈线的动作门槛值，若满足动作元件动作条件，则实施下一步，否则返回第一步；某馈线动作元件动作后，判断该馈线发生单相断线故障，信号元件发出跳闸命令或告警信号。

进一步对上述步骤进行细化，则包括以下更加具体的步骤，

S1：实时采集主动配电网母线正序电压的幅值U_M1、采集各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值I_DG,ij、采集各馈线出口负序电流的幅值I_2i，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n_i，m为馈线数量，n_i为接入馈线i的分布式电源的数量。

第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值I_2i.min如下式：

I_2i.min＝min{I_i(1),I_i(2)}

式中，I_i(1)为单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值，I_i(2)为单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值。

S2：获取每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij，根据ΔI_DG,ij判断启动元件是否动作，若无动作返回重新采集幅值，直至启动元件动作。

进一步的，每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij如下式：

ΔI_DG,ij＝|I_DG,ij(t)-I_DG,ij(t-T)|

式中I_DG,ij(t)为当前时刻分布式电源输出电流幅值，I_DG,ij(t-T)为前一周期时刻分布式电源输出电流幅值。

启动元件根据实时变化量的动作判据(条件)为：

ΔI_DG,ij＞0

其中，ΔI_DG,ij为各条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量；

S3：比较实时采集的各馈线负序电流幅值I_2i与该馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD的大小，判断动作元件是否动作，若无动作则返回重新采集，直至启动元件动作。

其中，第i条馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD如下式：

I_2iZD＝K_rel·{I_2i.min}，i＝1,2,…,m

式中K_rel为可靠系数，取1.1～1.2、I_2i.min为第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值，其中i＝1,2,…,m，m为馈线数量。

进一步的，动作元件根据动作门槛值的动作判据(条件)为：

I_2i＞KI_2iZD

其中，I_2i为第i条馈线出口负序电流的幅值，I_2iZD为第i条馈线的动作元件的动作门槛值，K为可靠系数，取1.1～1.2。

S4：判定馈线i发生单相断线故障，启动信号元件，发出跳闸命令或告警信号。

需要说明的是，单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(1)如下式：

式中，Z_S2为系统等效负序阻抗、Z_iΣ为馈线i总负荷阻抗、(Z_iN2)_max为馈线i单相断线故障点下游负序负荷阻抗的最大值、(U_pcci)_max为单相断线故障发生在分布式电源上游时的馈线i分布式电源并网点电压的最大值；

以及单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(2)如下式：

式中，Z₀为馈线i单相断线故障后系统零序阻抗。

进一步的，单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线分布式电源并网点电压的最大值(U_pcci)_max如下式：

式中，P_refi为第i条馈线分布式电源参考功率。

馈线i单相断线故障后系统零序阻抗Z₀如下式：

式中，Z_g为主动配电网中性点接地体阻抗；C_j为除馈线i以外其他所有馈线电容；C_i为馈线i电容，ω为系统角频率。

实施例2

本实施例中提出一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护系统，上述实施例的方法依托于本实施例实现，该系统包括启动元件、动作元件和信号元件；其中启动元件通过比较分布式电源输出电流的变化来启动动作元件；动作元件通过比较馈线负序电流与动作门槛值来启动信号元件；信号元件用于发出跳闸命令或告警信号。

本发明利用负序电流对主动配电网单相断线故障进行监测。单相断线故障将导致故障馈线负序电流突增，本发明基于具有故障馈线负序电流显著大于非故障馈线负序电流的特征，具有较高的可靠性。本发明考虑了分布式电源的影响，为主动配电网单相断线故障负序电流整定提供了依据。由于主动配电网单相故障下，故障馈线的负序电流大小与系统负荷大小、负荷分布、故障位置、分布式电源容量等多种因素相关，因此负序电流具有较大的随机性和多变性，导致断线故障负序电流保护整定困难。本发明为此提出了详细的计算方法。本发明各条馈线的动作元件均有其所对应的动作门槛值，与本条馈线的参数有关，具有较高的灵敏度。本发明实施方式明确，包括启动元件、动作元件和信号元件，所需电气量包括主动配电网母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值，在现有配电网中均易于采集和实现，因此本发明具有较强的实用性、可推广性。

实施例3

本实施例中是上述方法的具体实现说明和验证。

参照图1所示为10kV主动配电网结构示意图。其中T₁为主变压器，T₂为接地变压器，中性点接地电阻R_d为10Ω，DG为分布式电源。分布式电源参考功率P_ref为1.6MW，系统等效负序阻抗Z_S2为0.5Ω。馈线正序参数为：R₁＝0.031Ω/km，L₁＝0.096mH/km，C₁＝0.338μF/km，馈线零序参数为：R₀＝0.234Ω/km，L₀＝0.355mH/km，C₀＝0.265μF/km。各馈线负荷大小及对应接入位置见表1。

表1：负荷参数表。

基于本实施例中，参照图2的示意，该一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，将上述配置参数代入上述实施例方法中，则包括以下步骤：

S101：采集主动配电网母线正序电压的幅值U_M1，采集各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值I_DG,ij，采集各馈线出口负序电流的幅值I_2i，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n_i,m为馈线数量，n_i为接入馈线i的分布式电源的数量。

S102：计算每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij，根据ΔI_DG,ij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：比较实时采集的各馈线负序电流幅值I_2i与该馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD的大小，判断动作元件是否动作，若动作元件动作则实施S104；否则返回S101；

S104：判定馈线i发生单相断线故障，启动信号元件，发出跳闸命令或告警信号。

需要说明的是，当馈线1发生单相断线故障时，根据S101，采集母线正序电压幅值U_M1为8025.5V。故障时刻馈线1分布式电源输出电流幅值I_DG,11(t)为290.8A，故障前一周期时刻馈线1分布式电源输出电流幅值I_DG,11(t-T)为196.7A。

根据S101，采集各馈线负序电流幅值I_2i。馈线1负序电流I₂₁＝328.6A，馈线2负序电流I₂₂＝6.3A，馈线3负序电流I₂₃＝7A，馈线4负序电流I₂₄＝10A，馈线5负序电流I₂₅＝0.04A。

根据S102中，每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij按下式计算:

ΔI_DG,ij＝|I_DG,ij(t)-I_DG,ij(t-T)|

其中，I_DG,ij(t)为当前时刻分布式电源输出电流幅值，I_DG,ij(t-T)为前一周期时刻分布式电源输出电流幅值。

根据S102中，启动元件动作的判据为：

ΔI_DG,ij＞0

其中ΔI_DG,ij为各条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量。

根据S102，计算馈线1的分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,11为94.1A，满足ΔI_DG,11＞0，启动元件动作，判定主动配电网发生单相断线故障。

在S103中，动作元件动作的判据为：

I_2i＞KI_2iZD

其中I_2i为第i条馈线出口负序电流的幅值，I_2iZD为第i条馈线的动作元件的动作门槛值，K为可靠系数，取1.1～1.2。

在S103中，第i条馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD按下式计算：

I_2iZD＝K_rel·{I_2i.min}，i＝1,2,…,m

式中K_rel为可靠系数，取1.1～1.2；I_2i.min为第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值，其中i＝1,2,…,m，m为馈线数量。

根据上述第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值I_i2.min按如下公式计算：

I_i2.min＝min{I_i(1),I_i(2)}

式中，I_i(1)为单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值，I_i(2)为单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值。

本具体实施方式中，单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(1)按如下公式计算：

式中，Z_S2为系统等效负序阻抗，Z_iΣ为馈线i总负荷阻抗，(Z_iN2)_max为馈线i单相断线故障点下游负序负荷阻抗的最大值，(U_pcci)_max为单相断线故障发生在分布式电源上游时的馈线i分布式电源并网点电压的最大值。

本具体实施方式中，单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线分布式电源并网点电压的最大值(U_pcci)_max按如下公式计算：

式中，P_refi为第i条馈线分布式电源参考功率。

本具体实施方式中，单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(2)按如下公式计算：

式中，Z₀为馈线i单相断线故障后系统零序阻抗。

本实施例中，馈线i单相断线故障后系统零序阻抗Z₀按如下公式计算：

式中，Z_g为主动配电网中性点接地体阻抗；C_j为除馈线i以外其他所有馈线电容；C_i为馈线i电容，ω为系统角频率。

根据S103，计算出单相断线故障发生在分布式电源上游时的各馈线负序电流最小值I_i(1)，以及单相断线故障发生在分布式电源下游时的各馈线负序电流最小值I_i(2)，由此确定各馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值I_2i.min，其中i＝1,2,…,5。进一步地，可靠系数K以及K_rel均取1.1，计算出主动配电网各馈线单相断线故障动作元件动作门槛值I_2iZD。

本实施例中，由于馈线2、3、4、5未接有分布式电源，不存在单相断线故障发生在分布式电源上游时的各馈线负序电流最小值I_i(1)，而单相断线故障发生在分布式电源下游时的各馈线负序电流最小值I_i(2)的计算过程与分布式电源无关，因此对于不含分布式电源馈线仅需计算I_i(2)。动作门槛值计算过程及结果如表2所示。

表2：负序电流整定值计算表。

本实施例中，根据S103，比较各馈线负序电流保护整定值I_i2ZD与各馈线负序电流幅值I_i2大小，如下表3所示，显然仅有馈线1满足动作元件动作条件，即I₂₁＞1.1I_21ZD。馈线1动作元件动作。

表3：馈线负序电流对比表。

根据S104，判定馈线1发生单相断线故障，信号元件发出跳闸命令或告警信号。本发明根据各馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量判断启动元件是否动作，若满足ΔI_DG,ij＞0，则启动元件动作；根据系统相关参数计算各馈线动作元件的动作门槛值，若某条馈线负序电流满足I_2i＞KI_2iZD，则动作元件动作，判定该馈线发生单相断线故障；进一步地，信号元件发出跳闸命令或告警信号。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

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 (10)

1.一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：包括以下步骤，

实时采集主动配电网的母线正序电压的幅值、各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值以及各馈线出口负序电流的幅值；

若存在有馈线分布式电源输出电流幅值的实时变化量满足条件，则启动元件动作；

获取各馈线动作元件的动作门槛值与对应馈线的动作元件的动作门槛值的大小，若某馈线满足条件，则动作元件动作，判定该馈线发生单相断线故障；

判定馈线发生单相断线故障，信号元件发出跳闸命令或告警信号。

2.如权利要求1所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：包括以下步骤，

实时采集主动配电网母线正序电压的幅值U_M1、采集各馈线接入的分布式电源输出电流的幅值I_DG,ij、采集各馈线出口负序电流的幅值I_2i，其中i＝1,2,…m,j＝1,2,…n_i，m为馈线数量，n_i为接入馈线i的分布式电源的数量；

获取每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij，根据ΔI_DG,ij判断启动元件是否动作，若无动作返回重新采集幅值，直至启动元件动作；

比较实时采集的各馈线负序电流幅值I_2i与该馈线的动作元件的动作门槛值I_2iZD的大小，判断动作元件是否动作，若无动作则返回重新采集，直至启动元件动作；

判定馈线i发生单相断线故障，启动信号元件，发出跳闸命令或告警信号。

3.如权利要求2所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：每条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量ΔI_DG,ij如下式：

ΔI_DG,ij＝|I_DG,ij(t)-I_DG,ij(t-T)|

其中，I_DG,ij(t)为当前时刻分布式电源输出电流幅值，I_DG,ij(t-T)为前一周期时刻分布式电源输出电流幅值。

4.如权利要求2或3所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：第i条馈线的动作元件的所述动作门槛值I_2iZD如下式：

I_2iZD＝K_rel·{I_2i.min}，i＝1,2,…,m

式中K_rel为可靠系数，取1.1～1.2、I_2i.min为第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值，其中i＝1,2,…,m，m为馈线数量。

5.如权利要求4所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：启动元件根据实时变化量的动作判据为：

ΔI_DG,ij＞0

其中，ΔI_DG,ij为各条馈线的各分布式电源输出电流幅值的实时变化量；

动作元件根据动作门槛值的动作判据为：

I_2i＞KI_2iZD

其中，I_2i为第i条馈线出口负序电流的幅值，I_2iZD为第i条馈线的动作元件的动作门槛值，K为可靠系数，取1.1～1.2。

6.如权利要求5所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：第i条馈线发生单相断线故障时的负序电流最小值I_2i.min如下式：

I_2i.min＝min{I_i(1),I_i(2)}

式中，I_i(1)为单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值，I_i(2)为单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值。

7.如权利要求6所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：

单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(1)如下式：

式中，Z_S2为系统等效负序阻抗、Z_iΣ为馈线i总负荷阻抗、(Z_iN2)_max为馈线i单相断线故障点下游负序负荷阻抗的最大值、(U_pcci)_max为单相断线故障发生在分布式电源上游时的馈线i分布式电源并网点电压的最大值；

以及单相断线故障发生在分布式电源下游时的第i条馈线负序电流最小值I_i(2)如下式：

式中，Z₀为馈线i单相断线故障后系统零序阻抗。

8.如权利要求7所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：单相断线故障发生在分布式电源上游时的第i条馈线分布式电源并网点电压的最大值(U_pcci)_max如下式：

式中，P_refi为第i条馈线分布式电源参考功率。

9.如权利要求7或8所述的基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法，其特征在于：馈线i单相断线故障后系统零序阻抗Z₀如下式：

式中，Z_g为主动配电网中性点接地体阻抗；C_j为除馈线i以外其他所有馈线电容；C_i为馈线i电容，ω为系统角频率。

10.一种基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护系统，其特征在于：包括启动元件、动作元件和信号元件；

所述启动元件通过比较分布式电源输出电流的变化来启动动作元件；所述动作元件通过比较馈线负序电流与动作门槛值来启动信号元件；所述信号元件用于发出跳闸命令或告警信号。

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