CN111900704A - 无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置，其中，该方法包括实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障；以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量；根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流；判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。该方法具有无需电压信息、可靠性与灵敏性高、不受故障类型与DG类型影响，抗过渡电阻能力强等优点。

Description

无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置
技术领域
本发明属于有源配电网保护技术领域，尤其涉及一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着大量分布式电源(DG)就地接入配电网，2008年国际大电网会议(CIGRE)中提出了有源配电网的概念。有源配电网具有供电灵活可靠、充分消纳可再生能源、降低线损等优点，被认为是未来配电网发展的趋势。但是，DG接入改变了传统单端辐射型配电网的网络结构。同时，有源配电网的运行方式灵活，通过联络开关动作进行的网络拓扑主动管理将改变馈线电流的方向。另外，在特定的条件下有源配电网中的部分区域可以断开与系统电源的连接，进入孤岛运行模式，并网运行与孤岛运行时馈线故障电流的幅值与方向均存在较大差异。因此，常规的三段式电流保护难以适用有源配电网络。有源配电网中DG类型众多，受控制方式影响，故障后不同类型DG的故障特性也不尽相同。根据并网方式，DG分为可以直接并网的电机类DG和需要逆变并网的逆变类DG(IBDG)。电机类DG提供的最大短路电流可达其额定电流的数倍，对馈线短路电流分布影响较大；受逆变器耐受过电流能力的限制，IBDG可提供的短路电流一般不超过其额定电流的2倍，且光伏电源等IBDG的出力具有间歇性的特征，进一步增加了保护整定及故障方向判断的难度。随着DG渗透率的提高，含有多种类型DG的配电系统将越来越常见，因此，急需提出适用于含各种类型DG配电网的保护方法。
为满足DG接入后配电网的保护需求，近年来，学者们提出了许多新的保护方法，主要可分为以下两类：一种是基于单端信息的保护，如自适应电流、距离保护等；另一种是需要通信协助的纵联保护。
现有技术提出了一种自适应电流保护，在电流保护的基础上，根据配电网拓扑结构和运行方式，预先对保护背侧网络进行等值变换，得到主保护的自适应整定值，然后定义支路贡献因子矩阵，以消除DG对各支路电流的影响，从而得到后备保护的自适应整定值。该方法不受DG接入的影响，提高了电流保护的灵敏度与保护范围。现有技术基于对IBDG故障特性的分析，推导出三相短路故障时小容量IBDG输出的故障电流与其功率近似成正比例相关，并在此基础上提出了一种保护整定值随短路电流的大小变化而调整的自适应电流保护：若保护装置启动后测得的故障电流变化值为定值，则说明此变化是由IBDG投入或退出引起的，需要对保护整定值做出相应调整。该方法可以提升保护在DG投退时的灵敏性。现有技术提出了一种运用分支系数计算整定值的自适应距离保护方法，在DG接入点上游馈线采用自适应距离保护。该方法考虑到DG提供的故障电流对上游线路保护定值的助增作用，引入了分支系数，在故障发生后优先对故障类型进行判断，并在发生两相短路与三相短路时采用不同的分支系数计算公式。上述保护方法均为对传统电流或距离保护的改进，虽然能够在一定程度上适应DG的接入，但只能适用于特定的网络运行状态。随着配电网中DG渗透率的逐步提高，基于本地信息的保护方法将存在更大的局限性。相比单端量保护的局限性，基于双端信息的纵联保护在有源配电网中具有更广泛的应用前景。现有技术提出了一种基于功率方向的纵联保护，利用本地电气量判断出故障方向后，仅需向对端发送故障方向信息，然后由两侧的方向信息确定是否发生区内故障。该方法无需严格的数据同步，然而判断功率方向需要馈线电压信息，但现有配电网中通常不配有全相电压互感器，因此电压信息难以获取。现有技术将应用于输电线路中的电流差动保护运用于有源配电网保护中。电流差动保护基于基尔霍夫电流定律构造，不需要电压信息，在各种运行条件下均具有绝对的选择性、较高的灵敏度和较快的速度，从原理上可较好的适用于运行模式复杂的有源配电网。应用电流差动保护的前提是两侧电流为同一时刻测量的。在输电线路中，通常利用数据通道或GPS对时保持数据同步。然而配电网往往不具备额外的同步数据通道或GPS设备，因此配电网中电流差动保护的应用受到限制。
综上所述，发明人发现，现有的有源配电网保护方案中并没有无需电压信息与严格数据同步且不受运行状态、过渡电阻、DG渗透率、DG类型等因素影响的可靠方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置，其仅利用电流信息，无需安装电压互感器；对数据同步性要求较低，无需额外的对时设备；在配电网拓扑结构发生变化时仍具有绝对的选择性；可适用于含不同类型DG的配电网；具有较高的灵敏度与动作速度，耐受过渡电阻能力强。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法。
一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，包括：
实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障；
以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量；
根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流；
判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
本发明的第二个方面提供一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护装置。
一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护装置，安装在被保护馈线两侧，所述保护装置包括：
故障检测模块，其用于实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障；
电流故障分量计算模块，其用于以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量；
差动及制动电流计算模块，其用于根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流；
区内故障判断模块，其用于判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明对两侧通信数据的同步性要求较低，无需额外的对时设备，具有较高的经济性；
(2)本发明仅利用电流信息即可完成保护判断，无需安装处加装电压互感器，易于实现；
(3)本发明充分保留了电流差动保护的优良性能，在各种运行条件下均具有绝对的选择性、较高的灵敏度和较快的速度，基本不受故障位置、DG容量、故障电阻等因素影响，从原理上可较好的适用于运行模式复杂的有源配电网；
(4)本发明对含不同类型DG的配电网均可适用，具有很好的适应性；
(5)本发明的该保护方法原理简单、清楚，识别准确，易于工程实现。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的无需数据严格同步的有源配电网差动保护示意图；
图2为本发明实施例的故障相电流计算示意图；
图3为本发明实施例的故障相角关系图；
图4为本发明实施例的不同条件下保护装置启动时间示意图；
图5为本发明实施例的表示两侧电流相对幅相关系的复平面图；
图6为本发明实施例的有源配电网仿真模型示意图；
图7为本发明实施例的电流差动保护的整体流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
如图7所示，本实施例的一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，包括：
步骤1：实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障。
步骤2：以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量。
以图1所示的有源配电网为例，当馈线MN内部发生故障时，馈线两端测量处的相电流会发生突变。由于配电线路较短，因此可忽略电磁波在线路上的传播时间，认为故障电流同时传播到两端保护装置。故障数据自同步算法则是利用该特点，通过检测相电流的突变确定发生故障，并以保护启动时刻(保护装置识别出的故障发生时刻)为参考时刻，两侧保护均以参考时刻为基准计算保护相关电气量，实现数据的近似同步。
由此可知，故障数据自同步算法中的保护启动时刻并非真正的故障发生时刻，而是测量电流初次满足相电流突变量启动判据的时刻。因此，若两侧保护启动时刻不一致，会导致两侧数据的不同步，进而影响保护判断。
步骤3：根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流。
对于采用相电流突变量启动保护，启动延时是不可避免的，而且延时的长短与故障电流的幅值相关。常用相电流突变量启动判据如下所示：
||i(k)-i(k-N)|-|i(k-N)-i(k-2N)||≥KSIN
式中，i(k)表示第k个采样点的相电流采样值，N为一个工频周期内的采样点数，IN为额定电流，KS为灵敏度系数。
由启动判据可知，保护启动的速度取决于故障后电流幅值的变化速度。当发生区外故障时，流经两侧保护装置的电流为同一穿越性电流，即使存在延时，但由于延时基本一致，所计算的电气量基本同步；当为区内故障时，流经两侧保护的电流具有独立性，馈线两侧短路电流的幅值与电源类型、故障位置、故障类型、过渡电阻等因素有关。由于系统电源提供的短路电流较大，系统侧保护能够快速启动。若下游为电机类DG，DG侧保护通常也能快速启动；但对于输出电流幅值受限的IBDG，保护装置可能出现启动较慢的情况。若两侧保护的启动延时相差过大，将会影响到电流差动保护的可靠性。
以发生三相短路故障为例，取A相分析，故障电流计算示意图如图2所示。图中R、L分别为故障点上游的等值电阻与电感，R’、L’分别为故障点下游的等值电阻与电感。
A相电压的表达式为：
ua＝Umsin(ωt+α)
式中：Um为A相电压幅值，α为电压初相角，ω为电源角频率。
故障发生前，A相电流的表达式为：
Figure BDA0002617418050000081
式中：Im|0|为故障前A相电流幅值，
Figure BDA0002617418050000082
为故障前系统等值阻抗角，二者表达式分别如下：
Figure BDA0002617418050000083
Figure BDA0002617418050000084
故障发生后，故障点右侧被短路，可建立微分方程：
Figure BDA0002617418050000085
求解微分方程，得到短路电流ia的表达式为：
Figure BDA0002617418050000086
式中：Ims为故障后A相工频电流幅值，τ＝L/R为时间常数，
Figure BDA0002617418050000087
为短路电流与电压的相角，C1为积分常数，C1与
Figure BDA0002617418050000098
的表达式如下：
Figure BDA0002617418050000091
Figure BDA0002617418050000092
由故障前后的电流表达式相减可得A相电流突变量的表达式为：
Figure BDA0002617418050000093
式中：θ为相电流突变量中工频分量在故障时刻的初始相角，简称突变初相角；I’为相电流突变量的幅值，结合图3所示的故障电流相量图及余弦定理，I’表达式如下：
Figure BDA0002617418050000094
由图3所示的故障电流相量图及余弦定理可知，突变初相角的表达式如下：
Figure BDA0002617418050000095
暂不考虑保护硬件实现，可将相电流突变量启动判据化简为：
|Δia|>KopIm|0|
其中：Kop为启动系数，一般取0.1～0.3，其值越小，保护启动越灵敏。
为便于分析，将上式两端同除I’，可得归一化后的保护启动判据为：
Figure BDA0002617418050000096
其中：M为相电流突变量幅值与故障前相电流的幅值比，表达式如下：
Figure BDA0002617418050000097
其中：K1为故障后工频电流幅值Ims与故障前负荷电流幅值Im|0|之比。
归一化后的保护启动判据右侧为一常数，不随时间变化，定义Iop＝Kop/M为归一化后的保护启动门槛。由M的表达式可知，Iop的大小由故障电流的幅值及系统参数决定，故障电流幅值越小，Iop越大，故障检测延时越大。
系统电源和电机类DG能够提供的短路电流幅值较大，通常有K1>>2。极端情况下取K1＝2，并设
Figure BDA0002617418050000102
此时M取最大值1，若Kop取0.1，则Iop＝0.1。对于IBDG，可提供的短路电流幅值较小，设其在故障后输出的短路电流幅值为故障前电流的1.2倍，即K1＝1.2，设
Figure BDA0002617418050000103
此时Iop＝0.5。
由于归一化后的保护启动判据为一超越方程，无法直接求出检测延时的解析解，考虑到保护装置通常能够在故障后几个毫秒内就能迅速检测到故障，直流分量在这段时间内的衰减小于5％，因此可忽略直流分量的衰减，将保护启动判据进一步简化为：
|sin(ωt+θ)-sin θ|>Iop
上式左侧为一过零点的正弦波形，取值与突变初相角θ有关，当θ取不同值时，故障检测延时如图4所示。图4中0时刻对应真正的故障时刻，理想情况下(不考虑采样频率)，归一化后的电流突变量波形首次大于启动门槛的时刻为保护启动时刻td。从图4中可以看出，Iop与θ取不同值时，电流突变量不能保证在第一个增大过程中达到启动门槛。定义电流突变量能够在第一个增大过程中超过启动门槛对应的突变初相角范围为θ1，保护启动延时为td的计算公式如下：
Figure BDA0002617418050000101
当Iop＝0.1时，对于任意突变初相角θ，电流突变量均能在第一个增大过程中超越启动门槛，保护启动延时较小。θ＝90°时，保护启动延时最大，约为1.5ms。以保护启动时刻为基准计算故障电流时，对应的最大延迟角度为27°。
当Iop＝0.5时，突变初相角θ＝30°或60°时，电流突变量在第二个增大过程中才能超越启动门槛，保护启动延时较大。当θ＝30°时，保护启动延时约为8.4ms，对应的延迟角度为151.2°。
由上述分析可知，被保护馈线两侧分别由系统电源和IBDG供电时，区内故障发生后两侧保护装置的启动延时可能较大，从而产生较大的延迟角度，导致电流差动保护拒动。由于两侧保护装置间的启动延时与两侧电流幅值大小有关，因此在制动电流中引入两侧电流幅值比ρ，当两侧装置启动时刻相差较大时，自适应降低制动电流的大小，从而提高电流差动保护的灵敏度与抗同步误差能力。
Figure BDA0002617418050000111
其中，
Figure BDA0002617418050000112
和
Figure BDA0002617418050000113
表示馈线两侧故障分量电流幅值。
具体地，计算差动电流与改进的制动电流的过程为：
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量求和再取绝对值，得到差动电流；
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量相减再取绝对值，然后乘以可靠系数Krel和带有权重指数K的两侧电流幅值比ρ，得到改进的制动电流。
也就是，
Figure BDA0002617418050000114
表示任一相的差动电流；
Figure BDA0002617418050000115
表示任一相对应的改进的制动电流。
以基于电流幅值比ρ的复平面图描述电流差动保护的动作区域，如图5所示。在复平面图中的单位圆完整地表示了两侧电流所有可能的相对幅-相关系，即在任意运行工况和故障类型下，两侧电流之间相对幅-相关系均位于此单位圆内一点，该点距原点的距离为ρ，该点在极坐标下的角度为两侧电流的相位差。在正常运行以及区外故障时，由于两侧电流幅值一致且方向相反，对应的位置在(-1,0)点附近；区内故障时，由于两侧电流方向相同，通常情况下对应点位于单位圆的右边平面，但考虑到两侧保护的同步误差，也可能出现落在左半平面的情况。可以看出，改进后的电流差动保护动作区域更大，因此相较于传统保护，对于区内故障具有更高的可靠性与灵敏性；同时，两侧启动延时较大时ρ的值较小，保证了所提保护在两侧同步误差较大时仍能正确动作。
另外，权重指数K的值越大，动作区域越大。考虑到被保护馈线中可能存在不可测分支负荷以及两侧CT的传变误差，区外故障时对应点可能略微偏离(-1,0)点，因此K的取值也不宜过大，可根据被保护馈线中不可测分支负荷的容量整定。
步骤4：判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流的该判据为：
Figure BDA0002617418050000121
在具体实施中，保护启动后，经过预设整定的最大延迟时间，被保护馈线本侧仍未收到被保护馈线对侧信息，则视为被保护馈线对侧弱馈，本侧差动保护闭锁。
当被保护馈线的本侧差动保护闭锁，且本侧后备保护判断被保护区段发生区内故障时，直接遥控被保护馈线对侧保护的开关跳闸。
由于IBDG可提供的故障电流受限，当过渡电阻较大且故障点距DG较远时，IBDG侧的保护装置可能无法启动，即弱馈现象，导致两侧装置无法进行差动保护。为解决弱馈问题，本方法引入最大延迟时间Tmax，当系统侧装置的计时时间Td超过Tmax仍未收到DG侧信息时，视为DG侧发生弱馈，此时闭锁电流差动保护。若系统侧装置中的后备保护(如过电流保护)认定发生区内故障，可直接遥控未启动的DG侧装置所控相关开关跳闸，以隔离故障区段。其中，最大延迟时间Tmax是预先整定的，整定值依赖通信方式。
利用PSCAD构建含不同类型DG的有源配电网仿真模型，对故障区段定位方法进行仿真验证：
1)建立模型
仿真模型如图6所示。模型中系统基准电压为10.5kV，变压器容量为100MVA；DIESEL为容量5MW的柴油发电机，两处PV均为容量2MW的光伏电源；L为4MVA的母线负荷，nL为1MVA的不可测负荷，负荷功率因数均为0.9；馈线AD长度为7km，其余馈线长度均为4km，单位长度馈线阻抗Z＝(0.l7+j0.34)Ω/km。馈线BC上的故障点f1-3及馈线EF上的故障点f4-6分别位于所在馈线的首端、中点及末端，故障点f7位于馈线DE中点。仿真结果中，判据中的Krel、K分别取0.5、1。仿真的采样频率为5kHz。
2)仿真分析
a)金属性故障仿真
馈线BC上的故障点f1-3及馈线EF上的故障点f4-6分别设置不同类型及不同故障初相角的金属性故障，仿真结果如表1、表2所示。
表1 馈线BC发生金属性故障时的仿真结果
Figure BDA0002617418050000131
Figure BDA0002617418050000141
表2 馈线EF发生金属性故障时的仿真结果
Figure BDA0002617418050000142
由表1、表2可知，对于各种情况的金属性故障，保护装置的启动时间不高于1ms，两侧装置间的同步误差较小，所提保护和传统电流差动保护均能正确识别故障，但所提保护的制动电流更小，其灵敏度优于传统差动保护。另外，当故障点位于馈线首端时，由于故障点距离首端保护装置更近，因此R3、R7的启动延时较短；当故障点位于馈线末端时，由于故障点距离末端保护装置更近，因此R4、R8的启动延时较短。
b)含过渡电阻的故障仿真
在f1、f4点分别设置经不同故障电阻及不同故障初相角的AB两相接地故障，仿真结果分别如表3、表4所示。
表3 f1点发生含不同过渡电阻的AB两相接地故障的仿真结果
Figure BDA0002617418050000151
表4 f4点发生含不同过渡电阻的AB两相接地故障的仿真结果
Figure BDA0002617418050000152
由表3可知，由于被保护馈线下游的DIESEL为电机类DG，虽然馈线两侧的启动延时会随着过渡电阻阻值的增大而增加，但仍处于较低的水平，所提保护方法和传统电流差动保护均能正确识别故障。但是比较制动电流的大小可知，所提改进电流差动保护的灵敏度更高。
由表4可知，由于被保护馈线下游的PV为IBDG，随着故障过渡电阻的增大，DG侧的启动延时迅速增加，两侧将会出现较大的同步误差，导致传统电流差动保护可能拒动。如表中标红部分，当过渡电阻为30Ω，故障初相角为0°时，两侧启动时间相差6.6ms，传统电流差动保护中的制动电流已接近差动电流的数值，若考虑CT误差，该保护可能会拒动；对于所提的改进电流差动保护，此时制动电流仍然远小于差动电流，保护能够可靠、灵敏动作。将该故障条件下的相对幅-相关系表示在图5所示的复平面图中，此时对应位置为图5中的绿点，可见其已经接近传统电流差动保护的动作边界，保护的灵敏度较低。若考虑10％的CT幅值误差以及22°的相位误差，则对应位置为上图中的绿色星号，该位置已经超出传统电流差动保护的动作范围，传统差动保护将会拒动，但该位置仍在所提改进电流差动保护的动作区内。显然，所提保护的灵敏度明显优于传统的电流差动保护。
为验证所提保护方法在区外故障时的判别情况，在f7点设置金属性AB两相短路，观察R7、R8处的测量电流，此时两侧电流的相对幅-相关系为图5中的红点。若考虑10％的CT幅值误差以及22°的相位误差，对应位置变为图中的红色星号，可见该位置仍在所提保护的动作区外，保护不会误动。设置其他条件的区外故障，仿真结果与之类似，保护均不会误动作。
由以上仿真结果可知，本发明提出的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法在各种故障条件下均能正确识别区内故障与区外故障，且能够适用于含各种类型DG的配电网，尤其对于含IBDG的配电网馈线，能够显著改善两侧保护装置在同步误差较大时的动作情况。另外该方法还具有无需电压信息、可靠性与灵敏性高、不受故障类型影响，抗过渡电阻能力强等优点。
本发明基于配电网馈线的故障特征，提出了一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，先利用两侧保护装置检测到故障发生的时刻作为后续计算的参考时刻，再通过由两侧电流幅值比构造的制动电流系数来修正自同步误差带来的不利影响。PSCAD仿真结果表明，在各种内部故障条件下，本发明所提保护方法均能可靠、灵敏动作，相比传统的电流差动保护，能够显著改善在含IBDG馈线中的动作情况。另外，该发明所提方法仅利用电流信息，无需在保护安装处加装电压互感器，也不需要严格的时间同步，具有良好的经济性。
实施例二
本实施例提供了一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护装置，其安装在被保护馈线两侧，所述保护装置包括：
(1)故障检测模块，其用于实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障。
(2)电流故障分量计算模块，其用于以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量。
当馈线MN内部发生故障时，馈线两端测量处的相电流会发生突变。由于配电线路较短，因此可忽略电磁波在线路上的传播时间，认为故障电流同时传播到两端保护装置。故障数据自同步算法则是利用该特点，通过检测相电流的突变确定发生故障，并以保护启动时刻(保护装置识别出的故障发生时刻)为参考时刻，两侧保护均以参考时刻为基准计算保护相关电气量，实现数据的近似同步。
由此可知，故障数据自同步算法中的保护启动时刻并非真正的故障发生时刻，而是测量电流初次满足相电流突变量启动判据的时刻。因此，若两侧保护启动时刻不一致，会导致两侧数据的不同步，进而影响保护判断。
(3)差动及制动电流计算模块，其用于根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流。
对于采用相电流突变量启动保护，启动延时是不可避免的，而且延时的长短与故障电流的幅值相关。常用相电流突变量启动判据如下所示：
||i(k)-i(k-N)|-|i(k-N)-i(k-2N)||≥KSIN
式中，i(k)表示第k个采样点的相电流采样值，N为一个工频周期内的采样点数，IN为额定电流，KS为灵敏度系数。
由启动判据可知，保护启动的速度取决于故障后电流幅值的变化速度。当发生区外故障时，流经两侧保护装置的电流为同一穿越性电流，即使存在延时，但由于延时基本一致，所计算的电气量基本同步；当为区内故障时，流经两侧保护的电流具有独立性，馈线两侧短路电流的幅值与电源类型、故障位置、故障类型、过渡电阻等因素有关。由于系统电源提供的短路电流较大，系统侧保护能够快速启动。若下游为电机类DG，DG侧保护通常也能快速启动；但对于输出电流幅值受限的IBDG，保护装置可能出现启动较慢的情况。若两侧保护的启动延时相差过大，将会影响到电流差动保护的可靠性。
在具体实施过程中，在所述电流故障分量计算模块中，计算差动电流与改进的制动电流的过程为：
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量求和再取绝对值，得到差动电流；
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量相减再取绝对值，然后乘以可靠系数Krel和带有权重指数K的两侧电流幅值比ρ，得到改进的制动电流。
Figure BDA0002617418050000191
其中，
Figure BDA0002617418050000192
和
Figure BDA0002617418050000193
表示馈线两侧故障分量电流幅值。
其中，权重指数K的取值根据被保护馈线中不可测分支负荷的容量决定，不可测负荷容量越大，K的值应越小。
(4)区内故障判断模块，其用于判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流的该判据为：
Figure BDA0002617418050000194
其中，
Figure BDA0002617418050000195
表示任一相的差动电流；
Figure BDA0002617418050000196
表示任一相对应的改进的制动电流。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，包括：
实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障；
以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量；
根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流；
判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
2.如权利要求1所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，计算差动电流与改进的制动电流的过程为：
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量求和再取绝对值，得到差动电流；
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量相减再取绝对值，然后乘以可靠系数Krel和带有权重指数K的两侧电流幅值比ρ，得到改进的制动电流。
3.如权利要求2所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，两侧电流幅值比ρ为两侧电流的最小值与最大值之比。
4.如权利要求2所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，权重指数K的取值根据被保护馈线中不可测分支负荷的容量决定，不可测负荷容量越大，K的值应越小。
5.如权利要求1所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，保护启动后，经过预设整定的最大延迟时间，被保护馈线本侧仍未收到被保护馈线对侧信息，则视为被保护馈线对侧保护弱馈，本侧差动保护闭锁。
6.如权利要求5所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法，其特征在于，当被保护馈线本侧差动保护闭锁，且本侧后备保护判断被保护区段发生区内故障时，直接遥控被保护馈线对侧保护的开关跳闸。
7.一种无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护装置，其特征在于，安装在被保护馈线两侧，所述保护装置包括：
故障检测模块，其用于实时获取被保护馈线两侧的三相电流，由相电流突变量启动判据检测故障；
电流故障分量计算模块，其用于以检测到故障发生时刻作为参考时刻，以参考时刻为基准，分别收集被保护馈线两侧故障前后各一个周波的数据，计算被保护馈线两侧的电流故障分量；
差动及制动电流计算模块，其用于根据被保护馈线两侧的电流故障分量信息计算差动电流与改进的制动电流；
区内故障判断模块，其用于判断任一相的差动电流是否大于或等于相应改进的制动电流，若是，则判定被保护馈线发生区内故障，否则被保护馈线未发生区内故障。
8.如权利要求7所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护装置，其特征在于，在所述电流故障分量计算模块中，计算差动电流与改进的制动电流的过程为：
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量求和再取绝对值，得到差动电流；
由被保护馈线两侧的电流故障分量的相量相减再取绝对值，然后乘以可靠系数Krel和带有权重指数K的两侧电流幅值比ρ，得到改进的制动电流。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法中的步骤。
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