CN112510820A - 一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，其系统，包括：核心模块是系统数据处理中心，集成识别10kV馈线故障下的电气特征实现保护功能；采集测量模块，对数据继续采集测量，对电能进行转换；通信模块将核心模块的遥测、遥信、遥控量以及事故事件等信息与主站进行通信；电源模块将220V交流电整流成核心模块、通信模块运行所需直流电压，对二者稳定可靠供电；控制模块将核心模块保护出口信号以及远方、就地分合闸控制操作转换为控制信号。本发明提供的实施例依靠识别线路故障情况下的电气量时限对故障的自动定位、隔离和非故障区域的供电，快速定位，缩短修理时间，提高了工作效率，有效地降低了成本。

Description

一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统
技术领域
本发明涉及电力馈线自动化领域，具体涉及了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统。
背景技术
当前配电网建设中，部分线路存在分布式电源接入情况，将会造成线路非正常运行下电气量改变。现有的10kV馈线可分为经过配电自动化改造的线路和传统线路，对于自动化线路，主要依靠识别线路故障情况下的电气量时限对故障的自动定位、隔离和非故障区域的供电，但随着分布式电源的接入，电气特征量发生改变，将会导致原有的配电自动化机制错乱，开关误动或拒动，导致隔离失败，自动化开关无法发挥作用；对于传统线路，当线路发送故障导致变电站出线断路器跳闸，因分布式电源的存在，线路仍会带电，电力抢修人员无法直接开展抢修工作，而是需要长途驱车到现场或通知分布式电源工作人员将分布式能源解列，需要消耗大量时间，影响抢修效率。
为解决上述问题，简单而有效的方法是在变电站出线断路器跳闸后，自动将分布式电源解列，再按照原有故障隔离策略开展工作，不论是对于配电自动化方法还是人工分段试送，都不会受到影响。目前已有的保护方法中，处理相间短路故障为采用三段式过流保护，处理接地故障为人工拉路或小电流选线装置选线跳闸，对于处于恶劣环境中户外运行配电自动化开关来说，难以适用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，根据10kV馈线发生故障且变电站出线开关跳闸后，线路上的电压、电流、频率的变化特征，自动将分布式电源从配电线路中解列。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，其系统，包括：核心模块是系统数据处理中心，集成识别10kV馈线故障下的电气特征实现保护功能；采集测量模块，对数据继续采集测量，对电能进行转换；通信模块将核心模块的遥测、遥信、遥控量以及事故事件等信息与主站进行通信；电源模块将220V交流电整流成核心模块、通信模块运行所需直流电压，对二者稳定可靠供电；控制模块将核心模块保护出口信号以及远方、就地分合闸控制操作转换为控制信号。
所述保护功能包含电压保护、频率保护和后备保护。
所述采集测量模块，包括：采集测量模块将10kV电能转换为220V交流电输送到电源模块。
所述控制模块，包括：将控制单元与10kV柱上真空断路器相连接，控制10kV柱上真空断路器分合。
所述电压保护，包括：根据10kV馈线电压有效值的高低，对开关进行不同的控制。
所述电压保护，包括：当电压满足条件：90％UN≤U≤110％UN，属于配电系统运行时电压的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；当电压满足条件：U<50％UN或135％UN≤U，系统电压已严重越过上下限，出于保护设备的目的，在0.2s内将分布式电源解列；当电压满足条件：50％UN≤U<90％UN或110％UN<U<135％UN，系统电压越限但不严重，若越限时常达2s，则将分布式电源解列。
所述频率保护，包括：根据10kV馈线系统频率的高低，对开关进行不同的控制。
所述频率保护，包括：当频率满足条件：49.5Hz≤f≤50.2Hz，属于配电系统运行时频率的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；当频率满足条件f<48Hz，持续时间达到设定值T1，则使开关自动分闸；当频率满足条件48Hz≤f<49.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T2，则使开关自动分闸；当频率满足条件50.2Hz<f≤50.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T3，则使开关自动分闸；当频率满足条件50.5Hz<f，频率严重越上限，处于保护设备目的，立即将开关分闸。
所述后备保护，包括：用于电气特征量不明显的接地故障，无法使电压保护和频率保护动作时，依靠检测检测到长时间稳定存在且越限的零序电压有效值触发开关分闸，将分布式电源从线路中切除，具体判据为当零序电压越限，且持续时间达到设定值T4，则使开关自动分闸。
所述T4，包括：时间T4的设定应大于最大可能分闸时间，并充分考虑小电流选线装置错误选线或人工错误拉路的额外耗时。
本发明实施例提供了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，根据10kV馈线发生故障且变电站出线开关跳闸后，线路上的电压、电流、频率的变化特征，自动将分布式电源从配电线路中解列，依靠识别线路故障情况下的电气量时限对故障的自动定位、隔离和非故障区域的供电，快速定位，缩短修理时间，提高了工作效率，有效地降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统的结构示意图。
图2是相间永久性短路故障后频率变化示意图。
图3是相间永久性短路故障后电压变化示意图。
图4是79％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。
图5是100％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。
图6是120％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参阅图1，图1是一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统的结构示意图。
如图1所示，一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，其系统，包括：
核心模块101是系统数据处理中心，集成识别10kV馈线故障下的电气特征实现保护功能。
采集测量模块102，对数据继续采集测量，对电能进行转换。
通信模块103将核心模块101的遥测、遥信、遥控量以及事故事件等信息与主站进行通信。
电源模块104将220V交流电整流成核心模块101、通信模块103运行所需直流电压，对二者稳定可靠供电。
将核心模块101与控制模块105相连接，控制模块105将核心模块101保护出口信号以及远方、就地分合闸控制操作转换为控制信号。
所述保护功能包含电压保护、频率保护和后备保护。
所述采集测量模块102，包括：采集测量模块102将10kV电能转换为220V交流电输送到电源模块104。
将控制模块105与10kV柱上真空断路器相连接，控制10kV柱上真空断路器分合。
所述电压保护，包括：根据10kV馈线电压有效值的高低，对开关进行不同的控制。
所述电压保护，包括：当电压满足条件：90％UN≤U≤110％UN，属于配电系统运行时电压的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；当电压满足条件：U<50％UN或135％UN≤U，系统电压已严重越过上下限，出于保护设备的目的，在0.2s内将分布式电源解列；当电压满足条件：50％UN≤U<90％UN或110％UN<U<135％UN，系统电压越限但不严重，若越限时常达2s，则将分布式电源解列。
所述频率保护，包括：根据10kV馈线系统频率的高低，对开关进行不同的控制。
所述频率保护，包括：当频率满足条件：49.5Hz≤f≤50.2Hz，属于配电系统运行时频率的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；当频率满足条件f<48Hz，持续时间达到设定值T1，则使开关自动分闸；当频率满足条件48Hz≤f<49.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T2，则使开关自动分闸；当频率满足条件50.2Hz<f≤50.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T3，则使开关自动分闸；当频率满足条件50.5Hz<f，频率严重越上限，处于保护设备目的，立即将开关分闸。
所述后备保护，包括：用于电气特征量不明显的接地故障，无法使电压保护和频率保护动作时，依靠检测检测到长时间稳定存在且越限的零序电压有效值触发开关分闸，将分布式电源从线路中切除，具体判据为当零序电压越限，且持续时间达到设定值T4，则使开关自动分闸。
所述T4，包括：时间T4的设定应大于最大可能分闸时间，并充分考虑小电流选线装置错误选线或人工错误拉路的额外耗时。
本发明提供了实施例根据10kV馈线发生故障且变电站出线开关跳闸后，线路上的电压、电流、频率的变化特征，自动将分布式电源从配电线路中解列。
参阅图2和图3，图2是相间永久性短路故障后频率变化示意图，图3是相间永久性短路故障后电压变化示意图。
首先对于系统发生永久性相间短路故障的情况，图2和图3是在300s时刻线路发生相间短路故障、300.1s变电站出线断路器跳闸情况下的频率、电压的实测波形。变电站出线断路器跳闸后，频率经过约10s的上升过程达到峰值52Hz后逐渐将为0，电压则在极短时间内从10kV降到8kV以下，并经一系列变化后将为0。由图3和图4的频率、电压波形可以看出，线路发生相间短路故障，变电站失电分闸后，原本正常运行的10kV馈线将成为孤岛，由分布式电源单独供电，孤岛系统无法维持稳定，频率和电压的故障特征量均十分明显。电压幅值满足条件U<50％UN或50％UN≤U<90％UN，促发电压保护；频率满足条件50.2Hz<f≤50.5Hz或50.5Hz<f，促发频率保护。电压保护和频率保护，优先达到者优先动作。
参阅图4、图5、图6，图4是79％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。图5是100％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。图6是120％渗透率的分布电压接入后接地故障的频率变化示意图。
对于系统发生永久性单相接地故障的情况，图4、图5、图6分别是分布式电源渗透率为79％、100％、120％的情况下系统300s时刻发生接地故障、310s变电站出线断路器跳闸情况下的频率、电压的实测波形。线路单相接地后，全线均可检测到明显的零序电压，对于低渗透率分布式电源接入的情况，变电站跳闸后系统频率将持续降低，并逐渐失稳，达到频率保护中低频延时分闸的保护动作条件。对于100％渗透率分布式电源接入的情况，因分布式电源的装机容量与负荷量相等，变电站跳闸后系统频率波动虽不如低渗透率和高渗透率情况下的明显，但超过1.002倍额定频率，即50.2Hz的时长仍持续了约7s，此时合理的设置分闸延时T3，可满足条件“50.2Hz<f≤50.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T3”，达到频率保护中高频延时分闸的保护动作条件，促发频率保护。对于120％渗透率分布式电源接入的情况，其频率变化的波形与100％渗透率情况的相似，但幅值更大，故障特征量更明显，频率在约318s时刻达到峰值，超过1.05倍额定频率，即52.5Hz，在此之前满足条件“50.5Hz<f”，达到频率保护中高频分闸的保护动作条件，促发频率保护。
由上述分析可见对于大部分的10kV馈线故障，本发明的电压保护和频率保护可在变电站出线断路器跳闸后，可靠将分布式电源从馈线中切除。但对于部分极端条件，如10kV馈线发生高阻接地而分布式电源装机容量与负荷相近的情况，此时故障特征量不明显，无法达到电压保护和频率保护的启动条件，但接地故障下零序电压十分明显，作为后备保护的零压保护将可靠启动，经设定时间T4后，系统中处理单相接地故障的流程已完成，则零压保护动作，将分布式电源解列。
本发明实施例提供了一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，根据10kV馈线发生故障且变电站出线开关跳闸后，线路上的电压、电流、频率的变化特征，自动将分布式电源从配电线路中解列，依靠识别线路故障情况下的电气量时限对故障的自动定位、隔离和非故障区域的供电，快速定位，缩短修理时间，提高了工作效率，有效地降低了成本。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种10kV馈线故障下分布式电源自动解列的系统，其特征在于，所述系统，包括：
核心模块是系统数据处理中心，集成识别10kV馈线故障下的电气特征实现保护功能；
采集测量模块，对数据继续采集测量，对电能进行转换；
通信模块将核心模块的遥测、遥信、遥控量以及事故事件的信息与主站进行通信；
电源模块将220V交流电整流成核心模块、通信模块运行所需直流电压，对二者稳定可靠供电；
控制模块将核心模块保护出口信号以及远方、就地分合闸控制操作转换为控制信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护功能包含电压保护、频率保护、后备保护。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集测量模块，包括：
采集测量模块将10kV电能转换为220V交流电输送到电源模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块，包括：
将控制单元与10kV柱上真空断路器相连接，控制10kV柱上真空断路器分合。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压保护，包括：
根据10kV馈线电压有效值的高低，对开关进行不同的控制。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电压保护，包括：
当电压满足条件：90％UN≤U≤110％UN，属于配电系统运行时电压的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；
当电压满足条件：U<50％UN或135％UN≤U，系统电压已严重越过上下限，出于保护设备的目的，在0.2s内将分布式电源解列；
当电压满足条件：50％UN≤U<90％UN或110％UN<U<135％UN，系统电压越限但不严重，若越限时常达2s，则将分布式电源解列。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述频率保护，包括：
根据10kV馈线系统频率的高低，对开关进行不同的控制。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述频率保护，包括：
当频率满足条件：49.5Hz≤f≤50.2Hz，属于配电系统运行时频率的正常波动范围，保持开关在合闸位置连续运行；
当频率满足条件f<48Hz，持续时间达到设定值T1，则使开关自动分闸；当频率满足条件48Hz≤f<49.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T2，则使开关自动分闸；
当频率满足条件50.2Hz<f≤50.5Hz且零序电压越限，持续时间达到设定值T3，则使开关自动分闸；
当频率满足条件50.5Hz<f，频率严重越上限，处于保护设备目的，立即将开关分闸。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述后备保护，包括：
用于电气特征量不明显的接地故障，无法使电压保护和频率保护动作时，依靠检测检测到长时间稳定存在且越限的零序电压有效值触发开关分闸，将分布式电源从线路中切除，具体判据为当零序电压越限，且持续时间达到设定值T4，则使开关自动分闸。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述T4，包括：
时间T4的设定应大于最大可能分闸时间，并充分考虑小电流选线装置错误选线或人工错误拉路的额外耗时。
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