CN115603286A - 针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法 - Google Patents

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CN115603286A CN202110718569.1A CN202110718569A CN115603286A CN 115603286 A CN115603286 A CN 115603286A CN 202110718569 A CN202110718569 A CN 202110718569A CN 115603286 A CN115603286 A CN 115603286A
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刘海洋
涂崎
凌晓波
孙天甲
朱奕帆
黄震宇
晁晨栩
郑晓冬
高飘
邰能灵
肖正光
贺杨烊
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Shanghai Jiaotong University
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，针对采用抑制负序电流控制策略的光伏场站送出线路在不平衡短路下的复合序网，通过保护安装处的序分量获取故障点序分量，将序分量信息代入阻抗解析模型得到故障距离，具体为：故障发生时，保护启动，当保护流过的负序电流大于整定值，则意味着故障发生在保护反方向，此时保护返回；当负序电流小于整定值，意味着故障发生在保护正方向，保护进行故障类型识别，整定值按照光伏输出的最大负序电流整定。本发明仅需利用本地电气量，无需占用通信通道和进行硬件升级，改造成本低的同时能正确迅速识别各种类型的不对称短路故障，有利于电网故障的隔离和恢复。

Description

针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力控制领域的技术，具体是一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法。
背景技术
距离保护反应故障距离，不受系统运行方式影响，广泛用作线路主保护和后备保护。随着环境问题的日益突出和电力电子技术的发展，光伏发电兴起，但受逆变器控制影响，光伏电源呈现弱馈和电流相位受控特性，导致光伏电源联络线的光伏侧距离保护抗过渡电阻能力差。联络线保护的快速、正确动作是促进新能源应用的重要环节。
自适应整定距离保护、基于阻抗复数平面的距离保护和基于电压相量平面的距离保护等现有针对传统场景下改善距离保护抗过渡电阻能力的策略难以满足光伏场站送出线路保护要求。针对光伏电源联络线的距离保护主要有基于延时的距离保护、高频距离保护等，但这些保护存在需要占用通信通道，速动性差，改造成本高以及可能与电网导则中的无功支撑要求冲突的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，从原理上消除了过渡电阻对距离保护的影响，可以适用于不同地区电网导则对故障期间光伏场站无功支撑的要求，仅需利用本地电气量，无需占用通信通道和进行硬件升级，改造成本低的同时能正确迅速识别各种类型的不对称短路故障，有利于电网故障的隔离和恢复。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，针对采用抑制负序电流控制策略的光伏场站送出线路在不平衡短路下的复合序网，通过保护安装处的序分量获取故障点序分量，将序分量信息代入阻抗解析模型得到故障距离，具体为：故障发生时，保护启动，当保护流过的负序电流大于整定值，则意味着故障发生在保护反方向，此时保护返回；当负序电流小于整定值，意味着故障发生在保护正方向，保护进行故障类型识别，整定值按照光伏输出的最大负序电流整定。
所述的保护启动判据为：当故障分量电压大于门槛值，则保护启动，启动判据如下所示：|ΔUL PP|＞ε∪|ΔUL PG|＞ε，其中：ΔUL PP为故障分量相间电压，ΔUL PG为故障分量相电压，ε为门槛值，为保证一定裕度，此处ε取0.1kV。
所述的保护动作判据为：1)α对时间的差分小于0.1pu/ms；2)α小于整定值，本方法Ⅰ段整定值取0.9，Ⅱ段整定值取1.2；3)连续五个采样点满足以上两个条件。
所述的故障发生在保护正方向时，按照故障类型相应得到故障位置α，包括：
①两相短路下故障位置
Figure BDA0003135780010000021
其中：
Figure BDA0003135780010000022
Figure BDA0003135780010000023
Figure BDA0003135780010000024
X＝∠(UCL (-)/ICL (+))，ZL为联络线阻抗，
Figure BDA0003135780010000025
为联络线阻抗角；Zm为相间阻抗继电器的测量阻抗，
Figure BDA0003135780010000026
为测量阻抗的相角；ZS为对侧系统的等效阻抗，
Figure BDA0003135780010000027
为系统等效阻抗阻抗角；UCL(-)为本地保护安装处测得的负序电压，ICL (+)为本地保护安装处测得的负序电流，|·|为取模。
所述的对侧系统的等效阻抗
Figure BDA0003135780010000028
其中：UCL为本地保护安装处测得的C相电压，ICL为本地保护安装处测得的C相电流，UCL [0]为故障前本地保护安装处的C相电压，ICL [0]为故障前本地保护安装处的C相电流。
所述两相短路下故障位置a通过以下方式得到：故障时测量阻抗、附加阻抗和实际短路阻抗构成的几何关系可得下式：
Figure BDA0003135780010000029
又由负序网络中光伏侧开路的特性，得附加阻抗相位
Figure BDA00031357800100000210
将其代入几何关系可得两相短路下故障位置a。
②两相接地和单相接地时，故障距离
Figure BDA00031357800100000211
其中：
Figure BDA00031357800100000212
为附加阻抗角，Zm new为两相接地时的新型测量阻抗表达式，
Figure BDA00031357800100000213
为新型测量阻抗的相位，两相接地时
Figure BDA00031357800100000214
UAL为保护安装处测得的A相电压，UBL为保护安装处测得的B相电压，IAL为保护安装处测得的A相电流，IBL为保护安装处测得的B相电流，K(0)为零序补偿系数，其公式为
Figure BDA00031357800100000215
其中：Z0为联络线零序阻抗，Z1为联络线正序阻抗；IL (0)为保护安装处测得的零序电流；两相接地时附加阻抗角
Figure BDA00031357800100000216
单相接地时附加阻抗角
Figure BDA00031357800100000217
技术效果
本发明整体解决了现有技术抗过渡电阻能力的不足，本发明通过分析采用抑制负序电流控制策略的光伏场站送出线路在不对称短路故障下的复合序网，利用负序网络中光伏侧开路的性质，通过本地测量值实时计算对侧系统等效阻抗和故障点电流，再利用测量阻抗、附加阻抗、实际短路阻抗几何关系判断区内外故障。与现有技术相比，本发明从原理上消除了过渡电阻的影响，解决了弱馈场景下距离保护抗过渡电阻能力弱的问题。此外，本发明能够自适应系统阻抗变化，以及不同地区电网导则对故障期间光伏场站无功支撑的要求，并且不受光伏场站弱馈特性影响。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为实施例光伏电源联络线测试系统图；
图3为实施例联络线区内外两相短路识别结果示意图；
图4为实施例联络线区内外两相接地短路识别结果示意图；
图5为实施例联络线区内外单相接地短路识别结果示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方案，包含以下步骤：
步骤1：持续读取电压电流数据，并判断保护是否启动。
步骤2：当保护测得零序电流达到整定值，意味着故障发生在反方向，此时返回步骤1；否则转入步骤3。
步骤3：进行故障类型的识别，根据故障类型选取相应的故障距离计算公式计算故障距离。
步骤4：计算所求出的故障距离对时间的差分，当连续五个采样点满足差分值小于0.1pu/ms，则转入步骤5；否则返回步骤4。
步骤5：当计算所得故障距离小于一段距离保护整定值，则保护无延时跳闸，保护流程结束；否则转入步骤6。
步骤6：当计算所得故障距离小于二段距离保护整定值，则保护经延时跳闸，保护流程结束；否则转入步骤7。
步骤7：当计算所得故障距离不满足一段或二段距离保护整定值，则保返回步骤1。
如图2所示，为本实施例涉及的针对采用抑制负序电流控制策略的光伏场站送出线路在不平衡短路下的复合序网，具体为IEEE9节点改进系统作为验证算例，包括：依次连接至光伏场站的电源S1、第一母线B1、第一变压器T1、第二至第四母线B2、B3、B4、第一保护装置CB45、第二保护装置CB54、第五母线B5、第三变压器T3和第六母线B6，其中：第二和第四母线B2、B4之间设有第七母线B7、第九母线B9和第八母线B8，第九母线B9与电源S2之间进一步设有第二变压器T2和第十母线B10。
所述的复合序网的线路正序阻抗ZL (+)＝0.0178+j0.314Ω/km，线路零序阻抗ZL (0)＝0.158+j1.58Ω/km，线路L54长度为40km，其余线路长度均为20km；电源阻抗参数为：ZS1 (+)＝ZS1 (0)＝0.1∠85°，ZS2 (+)＝ZS2 (0)＝1∠85°。
所述的复合序网的负荷容量为：SLD1＝100+j35MVA，SLD2＝125+j50MVA，SLD3＝90+j30MVA。
所述的第一变压器T1电压比为18/230kV，额定容量为200MVA，阻抗电压为6.25％。
所述的第二变压器T2电压比为16.5/230kV，额定容量为200MVA，阻抗电压为5.76％。
所述的第三变压器T3电压比为35/220kV，额定容量为150MVA，阻抗电压为5.86％。
当线路L54的50％、85％、99％和110％处经不同过渡电阻发生两相短路时所提保护动作情况如图3所示。对于线路L54上的两相短路故障，本方法可以准确反应故障距离，能够保护线路全长；并且可以为下级线路L43首端提供远后备保护。所实施例的保护在两相短路下能够正确动作，并且具有较强的抗过渡电阻能力。
当线路L54的50％、85％、99％和110％处经不同过渡电阻发生两相接地短路时所提保护动作情况如图4所示。对于线路L54上的两相接地故障，本方法可以准确反应故障距离，能够保护线路全长；并且可以为下级线路L43首端提供远后备保护。所实施例的保护在两相接地短路下能够正确动作，并且具有较强的抗过渡电阻能力。
当线路L54的50％、85％、99％和110％处经不同过渡电阻发生单相接地短路时所提保护动作情况如图4所示。对于L54上的单相接地故障，本方法可以准确反应故障距离，能够保护线路全长；并且可以为下级线路L43首端提供远后备保护。所实施例的保护在单相接地短路下能够正确动作，并且具有较强的抗过渡电阻能力。
与现有技术相比，本方法在光伏电源联络线中可以有效提升电网对故障的识别和隔离能力。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征在于，针对采用抑制负序电流控制策略的光伏场站送出线路在不平衡短路下的复合序网，通过保护安装处的序分量获取故障点序分量，将序分量信息代入阻抗解析模型得到故障距离，具体为：故障发生时，保护启动，当保护流过的负序电流大于整定值，则意味着故障发生在保护反方向，此时保护返回；当负序电流小于整定值，意味着故障发生在保护正方向，保护进行故障类型识别，整定值按照光伏输出的最大负序电流整定；
所述的保护启动判据为：当故障分量电压大于门槛值，则保护启动，启动判据如下所示：|ΔUL PP|＞ε∪|ΔUL PG|＞9，其中：ΔUL PP为故障分量相间电压，ΔUL PG为故障分量相电压，ε为门槛值。
2.根据权利要求1所述的针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征是，所述的门槛值ε取0.1kV。
3.根据权利要求1所述的针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征是，所述的保护动作判据为：1)α对时间的差分小于0.1pu/ms；2)α小于整定值，Ⅰ段整定值取0.9，Ⅱ段整定值取1.2；3)连续五个采样点满足以上两个条件。
4.根据权利要求3所述的针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征是，所述的故障发生在保护正方向时，按照故障类型相应得到故障位置α，包括：
①两相短路下故障位置
Figure FDA0003135780000000011
其中：
Figure FDA0003135780000000012
Figure FDA0003135780000000013
Figure FDA0003135780000000014
X＝∠((UCL (-)/ICL (+))，ZL为联络线阻抗，
Figure FDA0003135780000000015
为联络线阻抗角；Zm为相间阻抗继电器的测量阻抗，
Figure FDA0003135780000000016
为测量阻抗的相角；ZS为对侧系统的等效阻抗，
Figure FDA0003135780000000017
为系统等效阻抗阻抗角；UCL(-)为本地保护安装处测得的负序电压，ICL (+)为本地保护安装处测得的负序电流，|·|为取模；
②两相接地和单相接地时，故障距离
Figure FDA0003135780000000018
其中：
Figure FDA0003135780000000019
为附加阻抗角，Zm new为两相接地时的测量阻抗表达式，
Figure FDA00031357800000000110
为测量阻抗的相位，两相接地时
Figure FDA0003135780000000021
UAL为保护安装处测得的A相电压，UBL为保护安装处测得的B相电压，IAL为保护安装处测得的A相电流，IBL为保护安装处测得的B相电流，K(0)为零序补偿系数，其公式为
Figure FDA0003135780000000022
其中：Z0为联络线零序阻抗，Z1为联络线正序阻抗；IL (0)为保护安装处测得的零序电流；两相接地时附加阻抗角
Figure FDA0003135780000000023
单相接地时附加阻抗角
Figure FDA0003135780000000024
5.根据权利要求4所述的针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征是，所述的对侧系统的等效阻抗
Figure FDA0003135780000000025
其中：UCL为本地保护安装处测得的C相电压，ICL为本地保护安装处测得的C相电流，UCL [0]为故障前本地保护安装处的C相电压，ICL [0]为故障前本地保护安装处的C相电流。
6.根据权利要求4所述的针对光伏电源联络线不平衡短路的自适应距离保护方法，其特征是，所述两相短路下故障位置a通过以下方式得到：故障时测量阻抗、附加阻抗和实际短路阻抗构成的几何关系：
Figure FDA0003135780000000026
以及负序网络中光伏侧开路的特性，得到附加阻抗相位
Figure FDA0003135780000000027
将其代入几何关系得两相短路下故障位置a。
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CN117277232A (zh) * 2023-08-18 2023-12-22 国家电网有限公司华东分部 线路的距离保护方法、装置、电子设备及可读存储介质
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