CN114336541B - 一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法 - Google Patents

Abstract

一种能提高防孤岛保护稳定性、有效提高保护装置动作时间的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，110kV光伏电站在防孤岛保护装置配置时，根据其系统运行方式，配置低频保护、过频保护、低压保护、过压保护、频率突变、零序电压过高过低解列；66kV光伏电站防孤岛保护设有电流方向保护、过负荷保护、过电压保护、低电压保护；35kV光伏电站防孤岛保护装置配置过电压保护、低电压保护、频率突变保护；10kV防孤岛保护装置保护功能配置：电压或频率过低解列、电压或频率过高解列、母线电压过高解列功能；380V防孤岛保护装置配置的保护功能为频率突变量保护，过负荷保护，过电流，频率突变量保护。

Description

一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法

技术领域

本发明涉及一种继电保护领域，尤其是一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法。

背景技术

防孤岛保护装置是微机保护装置的一种，它的作用是当电网由于某种原因而出现电压降低、电压升高、频率降低、频率升高、频率突变等故障出现时，装置接收到此时的故障量并及时的发出跳闸命令，跳开并网点开关，使得该电站脱网。光伏防孤岛保护装置是一种并网接入系统专用的保护，主要适用于110KV、66KV、35KV、10KV及低压380V光伏电站的小电源并网供电系统，在发生孤岛现象时,可以快速切除并网点.使本站与电网侧迅速脱离，从而保证整个电站和相关维护人员的生命安全。

当电网侧失电的时候，需要维修人员去检修，这时光伏本侧还处于正常发电状态，还会向电网侧送电，这时就会形成孤岛效应，给电网侧检修人员带来很大的安全威协。同样，当光伏本侧出现故障，需要人员检修的时候，而电网侧还有电，这样电网侧有可能会出现向本站反送电的情况，同样会给光伏本侧维修人员带来生命安全方面的隐患。如果装上防孤岛保护装置，当光伏本侧或者电网侧任何一侧失电的时候，防孤岛保护装置都会迅速向并网开关发出命令，让其跳闸，从而很好的保证了光伏两侧维修人员的生命安全。

当光伏本侧或者电网侧任何一侧出现频率、电压或者过载运行时给两侧主设备造成冲击时，防孤岛保护装置也会迅速向并网开关发出命令，让其跳闸，从而很好的保证了两侧主设备不受伤害，避免事故进一步扩大。装置带有失压跳闸、检有压自动合闸功能，当故障解除后，光伏两侧都处于正常状态。这时防孤岛保护装置就会检测到相关信号，自动合上并网开关，让其正常工作，省去了人工并网的繁琐。

根据光伏电站电压等级不同，配置防孤岛保护的要求也不一样。对于不同电压等级光伏电站，主电网继电保护装置必须保证主电网故障时切除光伏电站，此时应配备不同孤岛保护装置。

发明内容

为了能够迅速完成不同电压等级的防孤岛保护装置参数及功能配置，保证装置在发生孤岛现象时快速动作，本发明提出不同电压等级防孤岛保护配置的方法。分析分布式光伏接入对系统继电保护的影响，分析不同电压等级防孤岛继电保护典型配置，当电网发生故障时，防孤岛保护装置能够迅速动作，保证新能源电站安全稳定运行，对提高电网企业新能源消纳能力具有十分重要的意义。

本发明的技术解决方案是：一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其步骤如下：

步骤一、110kV光伏电站总装机在20MW以上。不仅需要逆变器对电流进行逆变，也需要变压器升压。在防孤岛保护装置配置时，根据其系统运行方式，配置低频保护、过频保护、低压保护、过压保护、频率突变、有压自动合闸、瞬时逆功率判别跳闸保护、零序电压过高解列、零序电压过低解列保护功能，为防止逆变器防孤岛保护失灵，采用以下措施增强保护：一是在专线两侧各配置一套故障解列装置；二是增加联跳功能，实现110kV线路保护联跳光伏进线开关。

步骤二、66kV光伏电站防孤岛保护设有两段式定时限电流方向保护、过负荷保护、剩余电流保护、过电压保护、低电压保护、自动有压合闸、被动孤岛检测、逆功率保护、断路器报警保护、系统失电、外部联跳、TV异常判别、控制回路异常告警、跳位异常告警。

步骤三、35kV光伏电站防孤岛保护装置配置过电压保护、低电压保护、频率过高保护、频率过低保护、逆功率保护、频率突变保护等国网标准的保护功能。

步骤四、10kV防孤岛保护装置保护功能配置：电压或频率过低解列、电压或频率过高解列、母线电压过高解列。同时系统在运行时存在异常，则配置告警功能：常规电压回路PT断线报警、快速电压回路PT断线报警、母线电压频率异常报警。

步骤五、380V并网电压等级，光伏电站容量范围8kW-400kW，380V防孤岛保护装置配置的保护功能为频率突变量保护、过电流Ⅱ(限时电流速断)方向保护、过负荷保护、过电流、频率突变量保护，防孤岛保护装置具有过流Ⅲ(定时限过流)方向保护，过负荷保护，防孤岛保护装置具有当电压低于定值时动作，限时速断。

步骤六、防孤岛保护装置通讯方式采用CAN口即控制器区域网接口(或485接口)，有两根线与外部相连；传输速度最高可达1Mbps；传输距离最远可达10KM；采用CRC检验并可提供相应的错误处理能力；采用非破坏性总线仲裁技术，使站内通讯具有很高的效率和抗干扰能力。

步骤七、防孤岛保护装置通讯规约采用IEC60870-5-103通讯规约或MODBUS规约。

步骤八、防孤岛保护装置压板、控制字、软压板投入：“过电压“—投，“低电压“—投，“频率过高“—投，“频率过低“—投，“逆功率“—投；“外部联跳”投，“频率突变“—投。

进一步，步骤一中，低频保护频率在在频率小于等于35Hz值以上时低频保护才能启动，低频保护动作200ms后立即返回。

进一步，步骤一中，过频保护当频率高于频率定值时保护启动。

进一步，步骤一中，低压保护当电压低于电压定值时保护启动。

进一步，步骤一中，过压保护当电压高于电压定值时动作；步骤一中，频率突变是指当频率波动值超过所设定值时,保护动作。

进一步，步骤二中，防孤岛保护联跳功能启动后支持变电站侧联跳，即当收到变电站侧联跳命令时延时开出跳闸出口，切本站的并网开关；过负荷保护当频率高于频率定值时保护启动。

进一步，步骤二中，自动有压合闸，当防孤岛保护装置动作时，将系统解列，将光伏电站从大电网中切除，从而光伏电站形成孤岛，当稳定运行时且母线存在电压，则启动自动有压重合闸功能，保证光伏电压正常稳定运行。

进一步，步骤三中，35kV保护装置电流ia、ib、ic任何一相≧限时速断定值(Idz1)，加入电流时间≧限时速断延时Tzd1，满足以上条件，保护立即动作。三相线电压Uab、Ubc、Uca采样值同时≧过电压定值(Udz1)，过电压采样延时时间≧过电压延时(TUzd1)，满足以上条件，保护立即动作。零序电流i0采样值≧零序过流定值(Iodz)，加入电流时间≧零序过流延时TIozd，零序保护动作。测量电流C相采样电流值不小于0.3A，保护装置频率f采样值≦低频减载定值，加入电流时间≧低频减载延时，低频减载动作。

进一步，步骤四中，10kV光伏电站中，PT断线配置原理为一相线电压采样值≧PT断线电压定值(Upt1)，其余两相线电压中至少一相的采样值<PT断线电压定值(Upt1)。三相线电压都小于PT失压定值(Upt2)，保护电流ia、ib、ic任何一相≧0.3A，满足以上条件，装置延时10s发生PT失压保护。

进一步，步骤五中，380V光伏电站防孤岛保护装置同时采集到分位、合位信号，或同时采集不到分位、合位信号，持续时间≧控制回路断线延时，满足以上条件，装置发生控制回路断线告警保护。保护电流ia、ib、ic任何一相≧过电流定值(Idz2)，加入电流时间≧过电流延时Tzd2，过流保护动作。

本发明的有益效果是：

1、能够迅速完成不同电压等级的新能源电站防孤岛保护配置。

2、对于不同电压等级新能源电站发生故障时，能够使得防孤岛保护装置快速动作，保障电网安全。

3、保证新能源电站安全稳定运行，对提高电网企业新能源消纳能力具有十分重要的意义。

附图说明

图1是防孤岛保护装置配置示意图；

图2是110kV防孤岛保护装置功能配置示意图；

图3是66kV防孤岛保护装置功能配置示意图；

图4是35kV防孤岛保护装置功能配置示意图；

图5是10kV防孤岛保护装置功能配置示意图；

图6是10kV防孤岛保护装置安装位置示意图；

图7是380V防孤岛保护装置配置示意图。

具体实施方式

一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其步骤如下：

防孤岛保护装置在系统中配置所在位置如图1所示。

步骤一、110kV光伏电站总装机在20MW以上，不仅需要逆变器对电流进行逆变，也需要变压器升压。在防孤岛保护装置配置时，根据其系统运行方式，配置低频保护、过频保护、低压保护、过压保护、频率突变、有压自动合闸、瞬时逆功率判别跳闸保护、零序电压过高解列、零序电压过低解列保护功能，为防止逆变器防孤岛保护失灵，采用以下措施增强保护：一是在专线两侧各配置一套故障解列装置；二是增加联跳功能，实现110kV线路保护联跳光伏进线开关。110kV防孤岛保护功能配置如图2所示；

步骤二、66kV光伏电站防孤岛保护设有两段式定时限电流方向保护、过负荷保护、剩余电流保护、过电压保护、低电压保护、自动有压合闸、被动孤岛检测、逆功率保护、断路器报警保护、系统失电、外部联跳、TV异常判别、控制回路异常告警、跳位异常告警。66kV防孤岛保护功能配置如图3所示；

步骤三、35kV光伏电站防孤岛保护装置配置过电压保护、低电压保护、频率过高保护、频率过低保护、逆功率保护、频率突变保护，这些保护功能满足国网标准的保护。35kV防孤岛保护功能配置如图4所示。

步骤四、10kV防孤岛保护装置保护功能配置：电压或频率过低解列、电压或频率过高解列、母线电压过高解列，同时系统在运行时存在异常，则配置告警功能：常规电压回路PT断线报警、快速电压回路PT断线报警、母线电压频率异常报警.10kV防孤岛保护功能配置如图5所示，其所在电网配置位置如图6所示；

步骤五、380V并网电压等级，光伏电站容量范围8kW-400kW，380V防孤岛保护装置配置的保护功能为频率突变量保护、过流Ⅱ(限时电流速断)方向保护、过负荷保护、过电流、频率突变量保护，防孤岛保护装置具有过流Ⅲ(定时限过流)方向保护、过负荷保护，防孤岛保护装置具有当电压低于定值时动作，限时速断。380kV防孤岛保护功能配置如图7所示；

步骤六、防孤岛保护装置通讯方式采用CAN口即控制器区域网接口(或485接口)，有两根线与外部相连；传输速度最高为1Mbps；传输距离最远为10KM；采用CRC检验并可提供相应的错误处理能力；采用非破坏性总线仲裁技术，使站内通讯具有很高的效率和抗干扰能力；

步骤七、防孤岛保护装置通讯规约采用IEC60870-5-103通讯规约或MODBUS规约。

步骤八、防孤岛保护装置压板、控制字、软压板投入：“过电压”—投，“低电压”—投，“频率过高”—投，“频率过低”—投，“逆功率”—投；“外部联跳”投和“频率突变“—投。

进一步，步骤一中，为快速切除线路故障，110K V光伏电站送出线路两侧配置光差保护作为主保护，阶段式过流保护为后备保护，过流保护均指向线路；如果送出线路为电缆线路，则线路重合闸退出运行；若线路为架空线路，则需在线路两侧装设电压互感器，以满足线路重合闸的需要；在专线两侧各配置一套故障解列装置；增加联跳功能，实现110kV线路保护联跳光伏进线开关。

进一步，步骤二中，66kV光伏电站的逆变器应同时具备主动和被动防孤岛保护；为防止逆变器防孤岛保护失灵，在光伏电站侧加装故障解列装置。主变压器保护、备自投同专线接入方案。零序电流i0采样值≧零序过流，加入电流时间≧零序过流I段延时，满足以上条件，零序保护动作。

进一步，步骤三中，35kV保护装置电流ia、ib、ic任何一相≧限时速断定值(Idz1)，加入电流时间≧限时速断延时，满足以上条件，保护立即动作；三相线电压Uab、Ubc、Uca采样值同时≧过电压定值(Udz1)，过电压采样延时时间≧过电压延时(TUzd1)，满足以上条件，保护立即动作；零序电流i0采样值≧零序过流定值(Iodz)，加入电流时间≧零序过流延时TIozd，零序保护动作；测量电流C相采样电流值不小于0.3A，保护装置频率f采样值≦低频减载定值(Dpjz)，加入电流时间≧低频减载延时Tdp，低频减载动作。

进一步，步骤四中，10kV光伏电站中，PT断线配置原理为一相线电压采样值≧PT断线电压定值(Upt1)，其余两相线电压中至少一相的采样值<PT断线电压定值(Upt1)。三相线电压都小于PT失压定值(Upt2)，保护电流ia、ib、ic任何一相≧0.3A，满足以上条件，装置延时10s发生PT失压保护。

进一步，步骤五中，380V光伏电站防孤岛保护装置同时采集到分位、合位信号，或同时采集不到分位、合位信号，持续时间≧控制回路断线延时，满足以上条件，装置发生控制回路断线告警保护；保护电流ia、ib、ic任何一相≧过电流定值(Idz2)，加入电流时间≧过电流延时Tzd2，过流保护动作。

频率在49.5-50.5Hz时分布式电源处于并网状态，频率在＜49.5Hz或＞50.5Hz分布式电源处于孤岛状态，电压在90％-108％额定电压时分布式电源处于并网状态，电压＜90％或＞108％额定电压时分布式电源处于孤岛状态，如表1所示。

Claims (10)

1.一种不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤如下：

步骤一、110kV光伏电站总装机在20MW以上，不仅需要逆变器对电流进行逆变，也需要变压器升压；在防孤岛保护装置配置时，根据其系统运行方式，配置低频保护、过频保护、低压保护、过压保护、频率突变、有压自动合闸、瞬时逆功率判别跳闸保护、零序电压过高解列、零序电压过低解列、外部联跳保护功能，为防止逆变器防孤岛保护失灵，采用以下措施增强保护：一是在专线两侧各配置一套故障解列装置；二是增加联跳功能，实现110kV线路保护联跳光伏进线开关；

步骤二、66kV光伏电站防孤岛保护设有两段式定时限电流方向保护、过负荷保护、剩余电流保护、过电压保护、低电压保护、自动有压合闸、被动孤岛检测、逆功率保护、断路器报警保护、系统失电、外部联跳、TV异常判别、控制回路异常告警、跳位异常告警；

步骤三、35kV光伏电站防孤岛保护装置配置过电压保护、低电压保护、频率过高保护、频率过低保护、逆功率保护、频率突变保护，这些具有国网标准的保护功能；

步骤四、10kV防孤岛保护装置配置电压或频率过低解列、电压或频率过高解列、母线电压过高解列保护功能；配置相应告警功能：常规电压回路PT断线报警、快速电压回路PT断线报警、母线电压频率异常报警功能，系统在运行时存在异常进行告警；

步骤五、380V并网电压等级，光伏电站容量范围8kW-400kW，380V防孤岛保护装置配置的保护功能为：频率突变量保护、过流Ⅱ即限时电流速断方向保护、过负荷保护、过电流保护、频率突变量保护，防孤岛保护装置具有过流Ⅲ即定时限过流方向保护，过负荷保护；当电压低于定值时动作，限时速断；

步骤六、防孤岛保护装置通讯方式采用CAN口即控制器区域网接口或485接口，有两根线与外部相连；传输速度最高可达1Mbps，传输距离最远可达10KM；采用CRC检验并可提供相应的错误处理能力；采用非破坏性总线仲裁技术，使站内通讯具有很高的效率和抗干扰能力；

步骤七、防孤岛保护装置通讯规约采用IEC60870-5-103通讯规约或MODBUS规约；

步骤八、防孤岛保护装置压板、控制字、软压板投入：“过电压“—投，“低电压“—投，“频率过高“—投，“频率过低“—投，“逆功率“—投；“外部联跳”投，“频率突变“—投。

2.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤一中，低频保护频率在频率≤35Hz时低频保护才能启动，低频保护动作200ms后立即返回。

3.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤一中，过频保护当频率高于频率定值时保护启动。

4.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤一中，低压保护当电压低于电压定值时保护启动。

5.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤一中，当电压高于电压定值时过压保护动作；当频率波动值超过所设定值时,频率突变保护动作。

6.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤二中，防孤岛保护联跳功能启动后支持变电站侧联跳，即当收到变电站侧联跳命令时延时开出跳闸出口，切本站的并网开关。

7.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤二中，自动有压合闸，当防孤岛保护装置动作时，将系统解列，将光伏电站从大电网中切除，从而光伏电站形成孤岛，当稳定运行时且母线存在电压，则启动自动有压重合闸功能，保证光伏电压正常稳定运行。

8.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤三中，35kV保护装置电流ia、ib、ic任何一相≧限时速断定值Idz1，加入电流时间≧限时速断延时Tzd1，满足以上条件，保护立即动作；三相线电压Uab、Ubc、Uca采样值同时≧过电压定值Udz1，过电压采样延时时间

≧过电压延时TUzd1，满足以上条件，保护立即动作；零序电流i0采样值

≧零序过流定值Iodz，加入电流时间≧零序过流延时TIozd，零序保护动作；测量电流C相采样电流值不小于0.3A，保护装置频率f采样值≦低频减载定值Dpjz，加入电流时间≧低频减载延时Tdp，低频减载动作。

9.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤四中，10kV光伏电站中，PT断线配置原理为一相线电压采样值≧PT断线电压定值Upt1，其余两相线电压中至少一相的采样值<PT断线电压定值Upt1；三相线电压都小于PT失压定值Upt2，保护电流ia、ib、ic任何一相≧0.3A，满足以上条件，装置延时10s发生PT失压保护。

10.根据权利要求1所述的不同电压等级防孤岛保护配置的方法，其特征是：步骤五中，380V光伏电站防孤岛保护装置同时采集到分位、合位信号，或同时采集不到分位、合位信号，持续时间≧控制回路断线延时，满足以上条件，装置发生控制回路断线告警保护；保护电流ia、ib、ic任何一相≧过电流定值Idz2，加入电流时间≧过电流延时Tzd2，过流保护动作。