CN112134264B - 一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，将包含IIDG配电网系统的线路进行区域划分，得到IIDG上游线路区域、IIDG下游线路区域、IIDG并网线路区域；将IIDG上游线路区域内线路两端的保护均加装方向元件，分别在IIDG上游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG上游线路区域内保护和方向元件进行整定。分别在IIDG下游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定。分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定。本发明提供的一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，从而使整定值更加准确，保护更加安全可靠。

Description

一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法
技术领域
本发明涉及一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，属于电力系统的继电保护技术领域。
背景技术
随着新能源发电技术的兴起，光伏等逆变型分布式电源的并网容量逐年增加。IIDG(逆变型分布式电源)与传统同步发电机的输出特性具有很大差别。一方面，IIDG的输出受外界环境因素影响很大，具有明显的随机性和间歇性；另一方面，IIDG受其逆变器控制策略影响，呈现不同的输出特性。例如，随着IIDG并网容量不断增大，为防止其大规模脱网对配电网的稳定性带来不良影响，IIDG需具备低电压穿越能力，使其能带故障运行一段时间。而具有低电压穿越策略的IIDG的输出特性根据故障类型和故障点位置不同而改变，具有很强的非线性。上述特点使得大规模IIDG并网将会导致原有的配电网线路的三段式电流保护误动或者拒动，给电流保护的整定带来很多困难。为了减小IIDG大规模并网对配电网保护的影响，提高保护的可靠性，有必要研究适合含IIDG的配电网保护配置和整定方案。
对此，现有技术提出利用故障前后的保护本地信息对保护进行实时整定的自适应电流保护方案，该方案可对IIDG下游线路区域进行有效保护。然而，由于IIDG的出力和下游负荷均具有不确定性，因此该方案无法对IIDG上游线路区域的保护进行准确的整定；且IIDG上游线路区域为双电源供电，线路两端的保护需要增添方向元件，而由于故障时IIDG的输出特性与传统电源存在差异，传统的方向判据不能有效判断故障方向。另一方面，由于IIDG内部逆变器的限流控制策略，故障时IIDG的输出电流与正常运行时的输出电流相差不大，若IIDG并网线路区域采用电流保护方案，则外界环境改变引起的IIDG输出电流变化将会导致保护误动作。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，以期能使配电网各线路的保护安全可靠的动作，从而提高配电网运行的安全性。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，包括如下步骤：
将包含IIDG配电网系统的线路进行区域划分，得到IIDG上游线路区域、IIDG下游线路区域、IIDG并网线路区域；
将IIDG上游线路区域内线路两端的保护均加装方向元件，分别在IIDG上游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG上游线路区域内保护和方向元件进行整定。
作为优选方案，分别在IIDG下游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定。
作为优选方案，分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定。
作为优选方案，所述IIDG上游线路区域为配电网电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域；所述IIDG下游线路区域为IIDG并网母线到末端负荷之间的线路区域；所述IIDG并网线路区域为逆变型分布式电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域。
作为优选方案，当IIDG上游线路区域发生相间短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：
步骤2.1、根据保护线路末端相间短路故障时的边界条件以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到末端相间短路故障时配电网系统的复合序网，利用复合序网确定IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1；
步骤2.2、联立IIDG的故障等效模型F和IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1，将配电网系统正常运行时，IIDG的输出电流作为迭代初始值代入关系式F1，计算出故障发生瞬间IIDG出口电压，将瞬间IIDG出口电压代入故障等效模型F，得到迭代修正后IIDG的输出电流，再将迭代修正后IIDG的输出电流重新代入关系式F1中进行反复迭代计算，直至第k次与第k-1次并网点正序电压之间的误差满足
Figure GDA0003717364590000021
停止迭代，输出最终迭代的IIDG并网点输出电压和输出电流，其中，
Figure GDA0003717364590000022
分别代表第k次与第k-1次迭代后的并网点正序电压，ε为误差值，根据迭代计算得到的IIDG并网点输出电压和输出电流，计算保护线路末端发生相间短路故障情况下，流过IIDG上游线路区域保护的正序电流；所述故障等效模型F，具体公式如下：
Figure GDA0003717364590000031
其中，
Figure GDA0003717364590000032
为有功电流和无功电流的参考值，K为比例系数，
Figure GDA0003717364590000033
为故障时IIDG的出口正序电压的幅值，Pref为IIDG直流侧输出功率，
Figure GDA0003717364590000034
为IIDG的输出电流，IN为IIDG额定电流、UN为IIDG额定电压；
步骤2.3、将流过IIDG上游线路区域保护的正序电流乘以可靠系数，得到IIDG上游线路区域保护的保护电流的整定值。
步骤2.4、利用配电网电源等效阻抗以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，实时计算保护上游阻抗角以及除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角；
步骤2.5、对于线路配电网电源侧保护的方向元件，保护下游故障为正向故障，保护上游故障为反向故障，因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为正向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为反向灵敏角；对于线路IIDG侧保护的方向元件，保护下游故障为反向故障，保护上游故障为正向故障；因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为反向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为正向灵敏角。
步骤2.6、将正向灵敏角与反向灵敏角的角平分线作为方向元件的动作区域边界进行整定。
作为优选方案，当IIDG上游线路区域发生三相短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：
步骤3.1、利用故障时保护处的电压对IIDG上游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：
Figure GDA0003717364590000041
其中，
Figure GDA00037173645900000414
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure GDA0003717364590000043
为故障时保护的电压；
步骤3.2、若故障时保护测得的故障电压大于死区电压时，采用正序方向判据作为动作区域边界，正序方向判据公式如下：
Figure GDA0003717364590000044
其中，
Figure GDA0003717364590000045
为最大灵敏角，即线路阻抗角；
Figure GDA0003717364590000046
和
Figure GDA0003717364590000047
为保护电压和电流的正序分量；
步骤3.3、若故障时保护测得的故障电压小于死区电压时，若保护测得的短路电流大于2倍的IIDG额定电流，故障位于方向元件下游；若短路电流为IIDG额定电流的1.2～1.5倍，故障位于方向元件上游。
作为优选方案，当IIDG下游线路区域发生相间短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤4.1、根据故障前保护的电压与电流实时计算IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，公式如下：
Figure GDA0003717364590000048
其中，Za为负荷等效阻抗，ZL1为保护下游线路的阻抗，
Figure GDA0003717364590000049
为故障前保护的电压，
Figure GDA00037173645900000410
为故障前保护的电流；
步骤4.2、根据故障后保护的电压和电流的负序分量实时计算IIDG上游线路区域的配电网电源等效阻抗，公式如下：
Figure GDA00037173645900000411
其中，ZS为配电网电源等效阻抗，ZL2为保护上游线路的阻抗，
Figure GDA00037173645900000412
为故障后保护的电压负序分量，
Figure GDA00037173645900000413
为故障后保护的电压负序分量；
步骤4.3、根据配电网电源等效阻抗和IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到发生相间短路故障时配电网系统的复合序网，由复合序网得到故障时保护下游的正序等效阻抗，从而得到故障时保护正序电压，正序电流和保护下游正序等效阻抗之间的关系式F2，公式如下：
Figure GDA0003717364590000051
其中，
Figure GDA0003717364590000052
为故障时保护的正序电压，
Figure GDA0003717364590000053
为流过保护的正序电流，
Figure GDA0003717364590000054
为复合序网中保护下游的正序等效阻抗；
步骤4.4、利用关系式F2得到相间短路故障时保护的保护电流的整定公式，通过公式对保护进行整定，整定公式如下：
Figure GDA0003717364590000055
其中，
Figure GDA0003717364590000056
为保护的正序电流整定值，Kk为可靠系数。
作为优选方案，当IIDG下游线路区域发生三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤5.1：根据故障时保护的电压对IIDG下游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：
Figure GDA0003717364590000057
其中，
Figure GDA00037173645900000517
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure GDA0003717364590000059
为故障时保护的电压。
作为优选方案，分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤6.1、设置IIDG并网线路区域内保护的保护启动判据，当保护满足保护启动判据后启动，保护启动判据公式如下：
Figure GDA00037173645900000510
其中，
Figure GDA00037173645900000511
Figure GDA00037173645900000512
和
Figure GDA00037173645900000513
为线路节点m端、n端电流的正序分量，
Figure GDA00037173645900000514
代表线路两端电流正序分量之和；
Figure GDA00037173645900000515
是启动电流门槛；
步骤6.2、保护启动后，如保护满足保护动作判据，则保护动作；保护动作判据公式如下：
Figure GDA00037173645900000516
其中，K为制动系数。
有益效果：本发明提供的一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明考虑了系统运行方式，IIDG出力和负荷需求的不确定性，利用IIDG的输出电流信息和故障前后保护的信息实时计算系统电源等效阻抗和负荷等效阻抗，并以此进行保护的整定计算，从而使整定值更加准确，保护更加安全可靠。
2、本发明提出基于迭代修正故障特性分析方法的自适应电流保护方案，对IIDG上游线路区域针对不同故障类型进行保护。该方案在故障发生前利用通信设备获得的IIDG输出电流实时计算系统在正常运行状态下发生故障时的电流保护整定值，因此故障发生后保护可以直接判断是否动作，减少动作时间，使保护具有更高的安全性和可靠性。
3、本发明提出的负序方向元件判据。根据相间短路故障时的负序网络，以及保护负序分量和线路阻抗的关系，划定方向元件动作区域。解决了IIDG的出力对方向元件判据的影响，使得IIDG上游线路区域的方向元件能够正确动作。
4、本发明对于IIDG并网线路区域，提出了电流差动保护方案。该方案利用线路两端的电流和与电流差来判断故障是否位于线路区域内，可以有效解决IIDG限流控制策略影响的问题，从而保证IIDG并网线路区域的保护能够正确动作。
附图说明
图1为本发明配电网系统线路区域划分图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，包括如下步骤：
步骤一、设置IIDG的故障等效模型F，对包含IIDG配电网系统的线路进行区域划分；
步骤1.1、考虑IIDG并网的低电压穿越要求，故障时IIDG的故障等效模型F为输出电流与出口电压之间关系，具体公式如下：
Figure GDA0003717364590000071
式(1)中，
Figure GDA0003717364590000072
为有功电流和无功电流的参考值，K为比例系数，
Figure GDA0003717364590000073
为故障时IIDG的出口正序电压的幅值，Pref为IIDG直流侧输出功率，
Figure GDA0003717364590000074
为IIDG的输出电流，IN为IIDG额定电流、UN为IIDG额定电压。
同时，为改善IIDG在不平衡故障时的输出电流质量，控制策略中通常会使用正负序分离技术，提取网侧电压的正序分量来进行锁相，且采用负序电流抑制的控制策略来消除IIDG输出的负序电流，因此在不对称故障时IIDG仍然只输出正序电流。根据上述分析可知，在功率确定的情况下，IIDG在故障时可等效为一个正序电压控制的电流源，其输出电流表达式为：
Figure GDA0003717364590000075
如图1所示，步骤1.2、含IIDG的配电网系统的线路，
Figure GDA0003717364590000076
为配电网电源，IIDG为逆变型分布式电源。以IIDG并网母线C为界对配电网系统线路划分区域，配电网电源相邻母线A到母线C为IIDG上游线路区域，母线C到末端负荷
Figure GDA0003717364590000077
为IIDG下游线路区域，逆变型分布式电源相邻母线F到母线C为IIDG并网线路区域。
步骤二、IIDG并网将使配电网由单端电源的辐射状网络变为多端电源供电网络。为防止反向故障时保护误动作，IIDG上游线路区域内线路两端的保护均要加装方向元件，如图1中的保护1，保护2，保护3，保护4均要加装方向元件。因此对IIDG上游线路区域采用一种自适应方向电流综合保护方法。下面分别介绍IIDG上游线路区域相间短路故障和三相短路故障时的保护整定方法：
步骤2.1、利用通信设备和基于迭代修正的故障特性分析方法对IIDG上游线路区域相间短路故障时保护的保护电流进行整定；
步骤2.1.1、首先在配电网系统正常运行时，利用通信设备实时将IIDG的输出电流信息输送到IIDG上游线路区域的保护处，根据IIDG的输出电流以及保护测量的电压和电流实时计算配电网电源等效阻抗以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗；
步骤2.1.2、利用基于迭代修正的故障特性分析方法计算在保护线路末端发生相间短路故障的情况下流过保护的正序电流；
步骤2.1.2.1、根据保护线路末端相间短路故障时的边界条件以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到末端相间短路故障时配电网系统的复合序网，利用复合序网确定IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1；
步骤2.1.2.2、根据IIDG的故障等效模型F可知IIDG的出口电压与输出电流之间是一种非线性关系，IIDG的故障输出电流无法通过线性变换直接求解，因此采用迭代修正的故障特性分析方法求解IIDG的输出电流与并网点电压。
联立IIDG的故障等效模型F和IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1。在故障发生的瞬间，考虑IIDG逆变器控制策略中的电流跟踪响应存在延时以及滤波电路的作用，故认为在故障发生瞬间IIDG的输出电流等于故障前的输出电流。因此将配电网系统正常运行时，IIDG的输出电流作为迭代初始值代入关系式F1，计算出故障发生瞬间IIDG出口电压。将瞬间IIDG出口电压代入故障等效模型F，得到迭代修正后IIDG的输出电流，再将迭代修正后IIDG的输出电流重新代入关系式F1中进行反复迭代计算，直至第k次与第k-1次并网点正序电压之间的误差满足
Figure GDA0003717364590000081
停止迭代，输出最终迭代的IIDG并网点电压和输出电流，其中，
Figure GDA0003717364590000082
分别代表第k次与第k-1次迭代后的并网点正序电压，ε为误差值。根据迭代计算得到的IIDG并网点电压和输出电流，计算保护线路末端发生相间短路故障情况下，流过IIDG上游线路区域保护的正序电流；
步骤2.1.3、将流过IIDG上游线路区域保护的正序电流乘以可靠系数，得到IIDG上游线路区域保护的保护电流的整定值。可以看出，采用基于故障特性的电流保护的整定值仅与故障前IIDG的出力，系统的运行方式和负荷等效阻抗有关；
步骤2.2、由于相间短路故障情况下，IIDG仍只输出正序电流因此故障的负序网络中将不存在IIDG。故相间短路故障时，IIDG并网不会影响故障的负序网络。因此利用负序方向判据对IIDG上游线路区域在相间短路故障时的方向元件进行整定；
步骤2.2.1、利用配电网电源等效阻抗以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，实时计算保护上游阻抗角以及除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角；
步骤2.2.2、判断各个保护的正向故障和反向故障，并确定各个保护的正向灵敏角与反向灵敏角。由于IIDG上游线路区域故障时为双电源供电，因此该区域线路两端的保护均需要加装方向元件。对于线路配电网电源侧保护的方向元件，保护下游故障为正向故障，保护上游故障为反向故障。因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为正向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为反向灵敏角。线路IIDG侧保护的方向元件则相反，保护下游故障为反向故障，保护上游故障为正向故障；因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为反向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为正向灵敏角。
步骤2.2.3、将正向灵敏角与反向灵敏角的角平分线作为方向元件的动作区域边界进行整定；
步骤2.3、利用故障时保护处的电压对IIDG上游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定：
Figure GDA0003717364590000091
式(3)中，
Figure GDA0003717364590000098
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure GDA0003717364590000093
为故障时保护的电压；
步骤2.4、利用正序方向判据和电流幅值判据对IIDG上游线路区域三相短路故障时的方向元件进行整定；
步骤2.4.1、若故障时保护测得的故障电压大于死区电压时，采用正序方向判据作为动作区域边界，判断方向元件是否动作，正序方向判据公式如下：
Figure GDA0003717364590000094
式(4)中，
Figure GDA0003717364590000095
为最大灵敏角，即线路阻抗角；
Figure GDA0003717364590000096
和
Figure GDA0003717364590000097
为保护电压和电流的正序分量。考虑到IIDG下游线路区域发生三相短路故障时，由于IIDG助增电流的作用，IIDG上游线路区域内的方向元件的灵敏角将发生偏移，不再等于原有的线路阻抗角。但由于故障时IIDG提供的故障电流相较于配电网电源提供的故障电流而言很小，故实际造成的偏移较小。因此使用线路阻抗角作为最大灵敏角对动作边界进行划分，方向元件仍能可靠动作；
步骤2.4.2、若故障时保护测得的故障电压小于死区电压时，正序方向元件判据不能使方向元件正确动作，此时采用电流幅值判据判断方向元件的故障位置，若保护测得的短路电流远大于IIDG额定电流，如大于2倍的IIDG额定电流，则短路电流由配电网电源提供，故障位于方向元件下游。若短路电流为IIDG额定电流的1.2～1.5倍，则短路电流由IIDG提供，故障位于方向元件上游。因此通过保护处的电流幅值大小来判断故障方向。
步骤三、由于IIDG下游线路区域故障时流过保护的短路电流由配电网电源和IIDG共同提供，方向总是从并网点流向下游负荷，因此IIDG下游线路区域仍可看作单端供电的辐射状线路，如图1中保护5、保护6。故IIDG下游线路区域的保护不需要加装方向元件。由于下游负荷具有不确定性，因此采用基于保护本地信息的自适应电流保护方法。利用基于保护本地信息的自适应电流保护方法对IIDG下游线路区域进行保护；
步骤3.1、利用故障前后保护的电压和电流对IIDG下游线路区域相间短路故障时保护的保护电流进行整定；
步骤3.1.1、根据故障前保护的电压与电流实时计算IIDG下游线路区域负荷等效阻抗：
Figure GDA0003717364590000101
式(5)中，Za为负荷等效阻抗，ZL1为保护下游线路的阻抗，
Figure GDA0003717364590000102
为故障前保护的电压，
Figure GDA0003717364590000103
为故障前保护的电流；
步骤3.1.2、由于相间短路故障情况下，系统负序网络不含有IIDG，因此利用故障后保护处的电压和电流的负序分量实时计算IIDG上游线路区域的配电网电源等效阻抗：
Figure GDA0003717364590000104
式(6)中，ZS为配电网电源等效阻抗，ZL2为保护上游线路的阻抗，
Figure GDA0003717364590000111
为故障后保护的电压负序分量，
Figure GDA0003717364590000112
为故障后保护的电流负序分量；
步骤3.1.3、利用配电网电源等效阻抗和IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到发生相间短路故障时配电网系统的复合序网。由复合序网得到故障时保护下游的正序等效阻抗，从而得到故障时保护正序电压，正序电流和保护下游正序等效阻抗之间的关系式F2：
Figure GDA0003717364590000113
式(7)中，
Figure GDA0003717364590000114
为故障时保护的正序电压，
Figure GDA0003717364590000115
为流过保护的正序电流，
Figure GDA0003717364590000116
为复合序网中保护下游的正序等效阻抗；
步骤3.1.4、利用关系式F2得到相间短路故障时保护的保护电流的整定公式(8)，通过公式(8)对保护进行整定：
Figure GDA0003717364590000117
式(8)中，
Figure GDA0003717364590000118
为保护的正序电流整定值，Kk为可靠系数；
步骤3.2、IIDG下游线路区域发生三相短路故障时的保护整定方法与上游线路区域相同，具体如下；
利用故障时保护处的电压对IIDG下游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定：
Figure GDA0003717364590000119
式(9)中，
Figure GDA00037173645900001112
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure GDA00037173645900001111
为故障时保护的电压。
步骤四、当IIDG并网线路区域发生区内或区外故障时，通过线路IIDG侧保护的电流均由IIDG提供，如图1中保护7、保护8。由于IIDG逆变器短路容量的限制，故障时IIDG输出的电流幅值与正常运行时的电流幅值相差不大，一般不超过逆变器额定电流的1.2～1.5倍。考虑到IIDG出力的随机性，若IIDG并网线路区域上使用电流保护，则正常运行时外界环境因素突然变化引起IIDG输出电流升高，将导致保护误动作。因此IIDG并网线路无法使用电流保护。考虑到上述问题，采用电流差动保护方法对IIDG并网线路区域进行保护；
步骤4.1、采用的电流差动保护利用IIDG并网线路区域的线路两端，如图1中母线F节点一端，并网母线C节点另一端的电流相量和构成保护判据，原理如下所示：
Figure GDA0003717364590000121
式(10)中，
Figure GDA0003717364590000122
和
Figure GDA0003717364590000123
为线路节点m端、n端电流的正序分量，
Figure GDA0003717364590000124
代表线路两端电流正序分量之和。当IIDG并网线路区域内发生故障时，
Figure GDA0003717364590000125
等于故障点正序电流。当IIDG并网线路区域外发生故障或配电网系统正常运行时，
Figure GDA0003717364590000126
等于0。实际保护中，由于互感器的传变误差等因素会产生不平衡电流导致区外故障时差动保护误动作。为消除不平衡电流影响，电流差动保护多采用制动特性的保护判据对保护的保护电流进行整定：
Figure GDA0003717364590000127
Figure GDA0003717364590000128
式(11)为保护启动判据，
Figure GDA0003717364590000129
是启动电流门槛，按大于IIDG并网线路区域外故障最大不平衡电流整定，用于防止系统正常运行时或电流差动保护区域外故障时保护启动；式(12)为保护动作判据，K为制动系数，一般取0.5～1。故障发生后利用线路两端保护的正序电流计算出保护的动作判据，将正序电流相量和与动作判据比较，判断保护是否动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，其特征在于：包括如下步骤：
将包含IIDG配电网系统的线路进行区域划分，得到IIDG上游线路区域、IIDG下游线路区域、IIDG并网线路区域；
将IIDG上游线路区域内线路两端的保护均加装方向元件，分别在IIDG上游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG上游线路区域内保护和方向元件进行整定；
分别在IIDG下游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定；
分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定；
所述IIDG上游线路区域为配电网电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域；所述IIDG下游线路区域为IIDG并网母线到末端负荷之间的线路区域；所述IIDG并网线路区域为逆变型分布式电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域；
当IIDG上游线路区域发生相间短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：
步骤2.1、根据保护线路末端相间短路故障时的边界条件以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到末端相间短路故障时配电网系统的复合序网，利用复合序网确定IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1；
步骤2.2、联立IIDG的故障等效模型F和IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F1，将配电网系统正常运行时，IIDG的输出电流作为迭代初始值代入关系式F1，计算出故障发生瞬间IIDG出口电压，将瞬间IIDG出口电压代入故障等效模型F，得到迭代修正后IIDG的输出电流，再将迭代修正后IIDG的输出电流重新代入关系式F1中进行反复迭代计算，直至第k次与第k-1次并网点正序电压之间的误差满足
Figure FDA0003717364580000011
停止迭代，输出最终迭代的IIDG并网点输出电压和输出电流，其中，
Figure FDA0003717364580000012
分别代表第k次与第k-1次迭代后的并网点正序电压，ε为误差值，根据迭代计算得到的IIDG并网点输出电压和输出电流，计算保护线路末端发生相间短路故障情况下，流过IIDG上游线路区域保护的正序电流；所述故障等效模型F，具体公式如下：
Figure FDA0003717364580000021
其中，
Figure FDA0003717364580000022
为有功电流和无功电流的参考值，K为比例系数，
Figure FDA0003717364580000023
为故障时IIDG的出口正序电压的幅值，Pref为IIDG直流侧输出功率，
Figure FDA0003717364580000024
为IIDG的输出电流，IN为IIDG额定电流、UN为IIDG额定电压；
步骤2.3、将流过IIDG上游线路区域保护的正序电流乘以可靠系数，得到IIDG上游线路区域保护的保护电流的整定值；
步骤2.4、利用配电网电源等效阻抗以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，实时计算保护上游阻抗角以及除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角；
步骤2.5、对于线路配电网电源侧保护的方向元件，保护下游故障为正向故障，保护上游故障为反向故障，因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为正向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为反向灵敏角；对于线路IIDG侧保护的方向元件，保护下游故障为反向故障，保护上游故障为正向故障；因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为反向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为正向灵敏角；
步骤2.6、将正向灵敏角与反向灵敏角的角平分线作为方向元件的动作区域边界进行整定；
当IIDG上游线路区域发生三相短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：
步骤3.1、利用故障时保护处的电压对IIDG上游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：
Figure FDA0003717364580000031
其中，
Figure FDA0003717364580000032
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure FDA0003717364580000033
为故障时保护的电压；
步骤3.2、若故障时保护测得的故障电压大于死区电压时，采用正序方向判据作为动作区域边界，正序方向判据公式如下：
Figure FDA0003717364580000034
其中，
Figure FDA0003717364580000035
为最大灵敏角，即线路阻抗角；
Figure FDA0003717364580000036
和
Figure FDA0003717364580000037
为保护电压和电流的正序分量；
步骤3.3、若故障时保护测得的故障电压小于死区电压时，若保护测得的短路电流大于2倍的IIDG额定电流，故障位于方向元件下游；若短路电流为IIDG额定电流的1.2～1.5倍，故障位于方向元件上游；
当IIDG下游线路区域发生相间短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤4.1、根据故障前保护的电压与电流实时计算IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，公式如下：
Figure FDA0003717364580000038
其中，Za为负荷等效阻抗，ZL1为保护下游线路的阻抗，
Figure FDA0003717364580000039
为故障前保护的电压，
Figure FDA00037173645800000310
为故障前保护的电流；
步骤4.2、根据故障后保护的电压和电流的负序分量实时计算IIDG上游线路区域的配电网电源等效阻抗，公式如下：
Figure FDA00037173645800000311
其中，ZS为配电网电源等效阻抗，ZL2为保护上游线路的阻抗，
Figure FDA00037173645800000312
为故障后保护的电压负序分量，
Figure FDA00037173645800000313
为故障后保护的电压负序分量；
步骤4.3、根据配电网电源等效阻抗和IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到发生相间短路故障时配电网系统的复合序网，由复合序网得到故障时保护下游的正序等效阻抗，从而得到故障时保护正序电压，正序电流和保护下游正序等效阻抗之间的关系式F2，公式如下：
Figure FDA0003717364580000041
其中，
Figure FDA0003717364580000042
为故障时保护的正序电压，
Figure FDA0003717364580000043
为流过保护的正序电流，
Figure FDA0003717364580000044
为复合序网中保护下游的正序等效阻抗；
步骤4.4、利用关系式F2得到相间短路故障时保护的保护电流的整定公式，通过公式对保护进行整定，整定公式如下：
Figure FDA0003717364580000045
其中，
Figure FDA0003717364580000046
为保护的正序电流整定值，Kk为可靠系数；
当IIDG下游线路区域发生三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤5.1：根据故障时保护的电压对IIDG下游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：
Figure FDA0003717364580000047
其中，
Figure FDA0003717364580000048
为保护的电流整定值，ZL为线路的阻抗，Kk为可靠系数，
Figure FDA0003717364580000049
为故障时保护的电压；
分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：
步骤6.1、设置IIDG并网线路区域内保护的保护启动判据，当保护满足保护启动判据后启动，保护启动判据公式如下：
Figure FDA00037173645800000410
其中，
Figure FDA00037173645800000411
Figure FDA00037173645800000412
和
Figure FDA00037173645800000413
为线路节点m端、n端电流的正序分量，
Figure FDA00037173645800000414
代表线路两端电流正序分量之和；
Figure FDA00037173645800000415
是启动电流门槛；
步骤6.2、保护启动后，如保护满足保护动作判据，则保护动作；保护动作判据公式如下：
Figure FDA0003717364580000051
其中，K为制动系数。
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