CN115603289A - 考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法 - Google Patents

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孙天甲
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高飘
邰能灵
肖正光
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Abstract

一种考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，当开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，在计算限时电流速断保护不拒动的前提下开关站所能接入的最大光伏容量时，取电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值，进而转化为分布式光伏容量。本发明能够基于各种分布式光伏故障期间功率因数，在上游线路发生故障时限时电流速断保护都不会拒动。

Description

考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力控制领域的技术，具体是一种考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法。
背景技术
大规模分布式光伏接入配电网后，由于光伏发电的间歇性和输出电流与并网点电压的非线性关系，故障电流特性发生改变，分布式光伏会对并网开关站上游限时电流速断保护产生外汲作用，使得限时电流速断保护的保护范围缩小，这可能造成限时电流速断保护的拒动，导致故障隔离时间延长。此外，分布式光伏为一种逆变电源，其控制非常灵活，线路故障期间，分布式光伏可能处于不同的功率因数下，这会导致分布式光伏输出电流的相位发生变化，也会导致外汲作用的强弱发生变化，加剧了分布式光伏接入开关站上游限时电流速断保护保护范围的波动。
目前对于以电流保护不需要重新整定为前提的分布式光伏最大接入容量计算方法主要存在未考虑分布式光伏短路电流不同相位导致的外汲作用强弱变化的不足。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，基于故障期间分布式光伏不同的功率因数对光伏接入开关站上游的限时电流速断保护保护范围的影响，使得开关站基于本发明设置的分布式光伏最大接入容量，能够基于各种分布式光伏故障期间功率因数，在上游线路发生故障时限时电流速断保护都不会拒动。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，当开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，在计算限时电流速断保护不拒动的前提下开关站所能接入的最大光伏容量时，取电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值，进而转化为分布式光伏容量。
所述的金属性两相短路，具体是指：开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，复合序网中的电压电流满足：
Figure BDA0003136073980000011
其中：IC(+)为保护流过的C相正序电流，IC(-)为保护流过的C相负序电流，ZS(-)为系统等效负序阻抗，Z1(-)为上级开关站到故障点的负序阻抗，进而得到
Figure BDA0003136073980000021
则故障相A相流过的电流
Figure BDA0003136073980000022
当分布式光伏接入开关站发生两相金属性短路时，上游保护流过的电流最小，当故障相为A相和B相，则上游保护A相电流
Figure BDA0003136073980000023
Figure BDA0003136073980000024
其中：ES.C为系统等效电源C相电动势，ZS(+)为系统等效正序阻抗，Z1(+)为上级开关站到故障点的正序阻抗，IPV.C(+)为分布式光伏C相正序电流。
所述的电流减小的最大值是指：当分布式光伏运行在不同的功率因数下，IPV的相位在分布式光伏不同的功率因数下范围为[0，360°]，上游保护A相电流满足：
Figure BDA0003136073980000025
Figure BDA0003136073980000026
在计算限时电流速断保护不拒动的前提下，分布式光伏接入后线路末端发生三相短路时保护流过的电流满足
Figure BDA0003136073980000027
取电流减小的最大值，以此确保限时电流速断保护可靠不拒动，其中：Ik(PV).AB为分布式光伏接入后开关站上级线路末端发生两相金属线短路时上级保护流过的电流幅值，限时电流速断保护整定值Iact II＝Krel IIIact I＝Krel IIKrel IIk，Iact I为开关站下游电流速断保护整定值，Krel I为电流速断保护可靠系数，Iact II为开关站上游限时电流速断保护整定值，Kref II为限时电流速断保护可靠系数，Ik为开关站下级线路末端发生三相短路时保护流过的电流幅值。
所述的分布式光伏容量是指：根据电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值
Figure BDA0003136073980000028
将其转化为分布式光伏容量
Figure BDA0003136073980000029
Figure BDA00031360739800000210
其中：PPV为分布式光伏最大接入容量，UN为电网额定电压，k为分布式光伏过流倍数。
技术效果
本发明考虑了分布式光伏故障期间由于需要达到不同目的而处于不同功率因数的情况，选取使得外汲作用强度最大的情况，在此情况下推导限时电流速断保护不拒动的前提下开关站所能接入的最大光伏容量，解决了现有技术默认故障期间默认分布式光伏输出功率因数为1而导致的最大光伏接入容量的误差，最终导致上级线路限时电流速断保护拒动的问题。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为实施例10kV配电网示意图；
图3为实施例中未接入分布式光伏且线路末端发生三相短路时第一保护线路1流过电流示意图；
图中：(a)为瞬时值；(b)为幅值；
图4为实施例中光伏容量未超过最大接入容量时分布式光伏不同功率因数下第一保护线路1流过电流示意图；
图中：(a)功率因数为1；(b)功率因数为0.8；(c)功率因数为0.5；(d)功率因数为0；
图5为实施例中光伏容量超过最大接入容量时分布式光伏不同功率因数下第一保护线路1流过电流示意图；
图中：(a)功率因数为1；(b)功率因数为0.8；(c)功率因数为0.5；(d)功率因数为0。
具体实施方式
如图2所示，本实施例采用上海地区10kV辐射状含分布式光伏配电网结构的电路，包括：首端变压器高压侧连接高电压等级电源，低电压等级向下级10kV线路供电，10kV配电网总体呈辐射状，每隔一段线路设置开关站，负荷和分布式光伏由开关站接入，线路配置三段式电流保护，分布式光伏由开关站90408并网。
本实施例基于上述考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，当开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，在计算限时电流速断保护不拒动的前提下开关站所能接入的最大光伏容量时，取电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值，进而转化得到分布式光伏容量。
根据图2中的线路、变压器、电压等级参数值，通过上述方法计算得到开关站最大光伏可接入容量为6.65MW，以下为第一保护线路1在不同分布式光伏接入容量下的限时电流速断保护动作特性的具体状态模拟：
当开关站90408未接入分布式光伏且第一保护线路1线路末端(图2中f1处)发生金属性三相短路时，第一保护线路1流过的电流如图2所示。由图可见，开关站90408未接入分布式光伏时，第一保护线路1线路末端(图2中f1处)发生金属性三相短路时，第一保护线路1流过的电流幅值为3.084kA，因此第一保护线路1限时电流速断保护灵敏度为3.084/2.831＝1.089，满足灵敏度要求。
①当开关站90408接入分布式光伏容量为6MW时，此时开关站90408接入的分布式光伏未超过开关站90408最大光伏可接入容量6.65MW，分布式光伏在故障期间提供功率的有功无功比例不同，即功率因数不同时，第一保护线路1流过电流如图4所示。由图可见，当开关站90408接入的分布式光伏未超过开关站90408最大光伏可接入容量时，无论分布式光伏处于何种功率因数下，第一保护线路1电流幅值2.896/2.831＝1.023，灵敏系数仍然大于1，此时第一保护线路1限时电流速断保护灵敏度系数满足要求。
②当开关站90408接入分布式光伏容量为8MW时，此时开关站90408接入的分布式光伏已经超过了开关站90408最大光伏可接入容量6.65MW，分布式光伏在故障期间提供功率的有功无功比例不同，即功率因数不同时，第一保护线路1流过电流如图5所示。由图可见，当开关站90408接入的分布式光伏超过开关站90408最大光伏可接入容量时，在功率因数为1和0.8时，第一保护线路1限时电流速断保护的灵敏系数分别为0.996和0.999，都小于1，此时第一保护线路1限时电流速断保护存在很大的拒动风险。
与现有技术相比，本方法按照考虑限时电流速断保护正常工作的分布式光伏最大接入容量计算方法限值分布式光伏接入容量，可以有效避免限时电流速断保护拒动的情况，提升配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 (4)

1.一种考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，其特征在于，当开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，在计算限时电流速断保护不拒动的前提下开关站所能接入的最大光伏容量时，取电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值，进而转化为分布式光伏容量。
2.根据权利要求1所述的考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，其特征是，所述的金属性两相短路，具体是指：开关站上级线路末端发生金属性两相短路时，复合序网中的电压电流满足：
Figure FDA0003136073970000011
其中：IC(+)为保护流过的C相正序电流，IC(-)为保护流过的C相负序电流，ZS(-)为系统等效负序阻抗，Z1(-)为上级开关站到故障点的负序阻抗，进而得到
Figure FDA0003136073970000012
则故障相A相流过的电流
Figure FDA0003136073970000013
当分布式光伏接入开关站发生两相金属性短路时，上游保护流过的电流最小，当故障相为A相和B相，则上游保护A相电流
Figure FDA0003136073970000014
Figure FDA0003136073970000015
其中：ES.C为系统等效电源C相电动势，ZS(+)为系统等效正序阻抗，Z1(+)为上级开关站到故障点的正序阻抗，IPV.C(+)为分布式光伏C相正序电流。
3.根据权利要求1所述的考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，其特征是，所述的电流减小的最大值是指：当分布式光伏运行在不同的功率因数下，IPV的相位在分布式光伏不同的功率因数下范围为[0，360°]，上游保护A相电流满足：
Figure FDA0003136073970000016
Figure FDA0003136073970000017
在计算限时电流速断保护不拒动的前提下，分布式光伏接入后线路末端发生三相短路时保护流过的电流满足
Figure FDA0003136073970000018
取电流减小的最大值，以此确保限时电流速断保护可靠不拒动，其中：Ik(PV).AB为分布式光伏接入后开关站上级线路末端发生两相金属线短路时上级保护流过的电流幅值，限时电流速断保护整定值Iact II＝Krel IIIact I＝Krel IIKrel IIk，Iact I为开关站下游电流速断保护整定值，Krel I为电流速断保护可靠系数，Iact II为开关站上游限时电流速断保护整定值，Kref II为限时电流速断保护可靠系数，Ik为开关站下级线路末端发生三相短路时保护流过的电流幅值。
4.根据权利要求3所述的考虑限时电流保护的分布式光伏最大接入容量实现方法，其特征是，所述的分布式光伏容量是指：根据电流减小的最大值，得到允许分布式光伏提供的最大电流幅值
Figure FDA0003136073970000021
将其转化为分布式光伏容量
Figure FDA0003136073970000022
Figure FDA0003136073970000023
其中：PPV为分布式光伏最大接入容量，UN为电网额定电压，k为分布式光伏过流倍数。
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