CN116526559A - 考虑dg低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法 - Google Patents

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CN116526559A CN202310541619.2A CN202310541619A CN116526559A CN 116526559 A CN116526559 A CN 116526559A CN 202310541619 A CN202310541619 A CN 202310541619A CN 116526559 A CN116526559 A CN 116526559A
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王若琪
胡炎
范春菊
王晶
张振
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Abstract

一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,对于故障位置的上游侧及相邻线路,进行重合闸与低电压穿越在时序上的配合,采用重合闸时间自适应策略,在减少DG脱网率的同时有效缩短重合闸时间;对于故障位置的下游侧,采用计划孤岛运行策略,在提高DG利用效益的同时保证负荷的可靠供电。本发明按照断路器与故障相对位置的不同采取对应的重合闸方案,能够显著降低DG的脱网率,提高电能的利用效率;同时实施计划孤岛能保障用户的持续供电,使重要负荷不受线路故障的影响。

Description

考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法
技术领域
本发明涉及的是一种配电网继电保护领域的技术,具体是一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法。
背景技术
在碳达峰碳中和的大背景下,要求优化能源结构,促进可再生能源的开发利用,分布式发电系统凭借其环保性和经济性优势发展迅速,光伏、风电等分布式电源在电网中的接入量大幅增加,渗透率越来越高。分布式电源(DG)的接入改变配电网故障电流的分布,可能会引起保护拒动或误动以及重合闸失败等问题,尤其是随着DG的渗透率不断升高,对配电网的保护和控制带来极大的挑战。在配电网所发生的故障中,大部分是瞬时性故障,重合闸作为提高电网供电可靠性的重要方法,能够快速实现故障线路切断,保证线路的正常运行。现有技术考虑在配电网发生故障的时候,DG并网断路器全部跳开使得DG全部退出运行,在所接入的分布式电源较少的情况下,可以采取切除DG的方式,但随着DG的渗透率越来越高,切除所有的DG会使配电网的稳定性受到极大的影响,并且不能充分利用清洁能源。
发明内容
本发明针对现有技术未考虑DG与故障发生处的相对位置不同对于DG低电压穿越失败脱网的不同影响、断路器与故障相对位置的不同以及计划孤岛运行策略对停电负荷以及DG脱网率的影响,提出一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,按照断路器与故障相对位置的不同采取对应的重合闸方案,能够显著降低DG的脱网率,提高电能的利用效率;同时实施计划孤岛能保障用户的持续供电,使重要负荷不受线路故障的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,对于故障位置的上游侧及相邻线路,进行重合闸与低电压穿越在时序上的配合,采用重合闸时间自适应策略,在减少DG脱网率的同时有效缩短重合闸时间;对于故障位置的下游侧,采用计划孤岛运行策略,在提高DG利用效益的同时保证负荷的可靠供电。
所述的重合闸时间自适应策略具体是指:测量DG接入点处的母线电压UPCC,根据电压跌落的情况确定断路器延时合闸时间,经预设延时后再进行重合闸操作。
所述的确定断路器延时合闸时间,通过以下方式得到:
1)在联络线两侧均设置带有重合闸设备的断路器,当发生故障后分别跳开系统侧和分布式电源侧的断路器;为不扩大停电范围,采用后加速保护有选择性地切除故障,当故障区域确定后,区域两端的断路器均跳开以隔离故障,经设定延时后系统侧先要进行重合闸操作;
2)从系统侧断路断开时刻开始计时,考虑到负荷侧保护的动作时间并留有一定的时间裕度,取重合闸的动作时间为1s,代入低电压穿越曲线得到对应的UPCC为0.3909Un,考虑一定的裕度,即当1s重合闸时,DG所连接母线处电压跌落值在0.45Un以上时,重合闸失败不会使DG低电压穿越失败从而退出运行;当电压跌落值在0.45Un以下时,延长重合闸的动作时间至TAR≥R2,T2为附图1低电压穿越曲线中的值,一般取R2=2s。
当电压一次降落时DG满足低电压穿越条件,则即使重合闸操作失败,母线电压二次跌落也不会导致DG脱网,DG能够一直保持并网运行的状态。
所述的低电压穿越条件具体为:
所述的重合闸操作,动作时间满足:TAR≥T保护11-T保护10+Ttt,其中:Ttt为故障点电弧熄灭时间、绝缘强度的恢复时间以及裕度时间之和;T保护11为DG侧保护动作与断路器动作的时间之和;T保护10为系统侧保护动作与断路器动作的时间之和;系统侧断路器重合动作时间整定为:其中:T2为一次低电压穿越过程完成时所需时间。
所述的计划孤岛运行策略是指:根据DG和负荷功率平衡原则给每一个DG划分计划孤岛区域,以期在配电网发生故障时,充分利用分布式电源供电能力,以保证最大数量的重要负荷安全运行,具体包括:计划孤岛不完整时的重合闸策略和计划孤岛完整时的重合闸策略。
所述的计划孤岛不完整时的重合闸策略是指:若线路发生故障,保护动作,线路两侧断路器均跳开,此时通过防孤岛保护切除故障下游DG;分布式电源接入电网的相关规定要求,非计划孤岛的分布式电源必须在馈线故障2s内从电网脱离。然后经过重合闸自适应延时TAR后,系统侧断路器重合闸动作。当所述故障为瞬时性故障时,则系统侧断路器重合成功,负荷侧断路器通过检测当与DG所连母线无电压且断路器近系统侧线路有电压时进行重合闸操作;当所述故障为永久性故障时,则系统侧断路器重合失败,再次跳开,负荷侧的重合闸不再动作。
所述的DG侧重合闸的动作时间整定为:TAR11=maxTAR,TAnti-Island;TAR11为DG侧断路器的合闸时间;TAR为系统侧断路器的合闸时间;TAnti-Isldnd为防孤岛保护的时间。当故障为瞬时性故障,两侧断路器均重合成功之后,DG逐步并网,此时负荷断电的时间比较短暂;当故障为永久性故障时,下游负荷失电区域可以通过闭合联络开关用负荷转供的方式来恢复供电,避免长时间的停电。
所述的计划孤岛完整时的重合闸策略是指:电网预先规划设计计划孤岛,当电网断电后,DG继续有计划地为一部分负荷供电,充分合理地利用电能,有效提高配电网的供电可靠性,减少因停电造成的经济损失,同时避免对电网的安全稳定产生不利影响。
技术效果
本发明通过分析DG与故障发生处的相对位置不同对于DG低电压穿越失败脱网的不同影响,采用考虑DG低电压穿越的有源配电网自适应重合闸策略,对于故障位置的上游侧及相邻线路,进行重合闸与低电压穿越在时序上的配合进行重合闸时间自适应策略控制;对于故障位置的下游侧进行计划孤岛运行策略控制。与现有技术相比,本发明在减少DG脱网率的同时有效缩短了重合闸时间,在提高DG利用效益的同时保证了负荷的可靠供电。
附图说明
图1为实施例低电压穿越条件要求示意图;
图2为实施例有源配电网系统结构示意图;
图3为本发明流程图;
图4为故障发生在距母线C 5km情况下DG3的Upcc变化示意图;
图5为故障发生在距母线C 2km情况下DG3的Upcc变化示意图。
具体实施方式
如图2所示,为本实施例有源配电网系统,包括:系统电源Es、分别与之相连的两条母线支路A-E以及FG,其中:分布式电源DG1-DG7分别设置于对应的母线A-G,每个母线、每个DG以及配电路线两侧均设有断路器1-22。
第五母线E和第七母线G之间设有常断联络开关KK。
所述的断路器1-22包括:设置于DG侧的并网断路器和设置于配电路线两侧的带有重合闸设备的断路器。
如图2所示,F1-F3为系统发生故障。
如图3所示,为本实施例涉及的一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,包括:
步骤1)获取故障位置;
步骤2)根据故障位置,保护可靠动作,跳开电网侧断路器X开始计时,跳开负荷侧断路器Y;
步骤3)当断路器不在故障点下游时,实时监测故障点上游侧或相邻线路各DG的Upcc,并当其小于0.2Un时相应DG的并网断路器跳闸后进入步骤5);当断路器在故障点下游时进入步骤4);
步骤4)当存在完整的计划孤岛区域且在保护X存储孤岛解列点所对应的断路器信息时,检测断路器X状态,当为开闸状态时,设置为孤岛解列点的断路器全部跳闸后进入步骤5);当不存在完整的计划孤岛区域时,设置在TAnti-Island时间内,DG并网断路器全部跳闸后进入步骤5);
步骤5)TAR秒后电网侧断路器X重合闸,当重合闸失败时,电网侧断路器X再次跳开;当重合闸成功且无计划孤岛时,TAR11秒后负荷侧断路器Y重合闸,当重合闸成功且有计划孤岛时,解列点断路器按照计划孤岛的控制依次合闸。
以图2中F1故障为例,保护动作,断路器10和11跳开,检测故障下游的计划孤岛是否完整,若完整就可以断开提前设置好的断路器,孤岛运行,保证负荷的供电。因为已经为每个DG均单独设置计划孤岛区域,如图2所示的区域A和区域B分别为DG4与DG5的计划孤岛区域,断开断路器13与14,区域A和区域B分别计划孤岛运行。然后经过重合闸自适应延时TAR后,系统侧断路器10重合闸动作。若为瞬时性故障,则断路器10重合成功,各孤岛区域根据正常运行时网络拓扑连接顺序恢复并网;若为永久性故障,则断路器10重合失败,再次跳开。
经过具体实际实验,在MATLAB/Simulink中按照图2搭建仿真模型,表1为系统仿真参数。
表1系统仿真参数
本实施例模拟在区段CD上发生永久性故障的情况,故障类型为三相短路,记录DG3的PCC处电压变化。如图4中曲线所示,在0.5s时故障发生,DG3的PCC处电压跌落至额定电压的45%以上,近电源侧断路器按照时间自适应重合闸策略1s后进行重合闸操作,由于是永久性故障,重合闸失败,电压二次下降,但依旧满足低电压穿越条件要求,DG3保持并网运行。
如图5中曲线所示,在0.5s时故障发生,DG3的PCC处电压跌落至额定电压的20%以上45%以下,近电源侧断路器按照时间自适应重合闸策略2s后进行重合闸操作,由于是永久性故障,重合闸失败,电压二次下降,但依旧满足低电压穿越条件要求,DG3保持并网运行。
与现有技术相比,本方法根据断路器与故障相对位置的不同分情况提出不同的重合闸策略,对于故障位置的上游侧及相邻线路,进行重合闸与低电压穿越在时序上的配合,提出了重合闸时间自适应策略;对于故障位置的下游侧,提出了计划孤岛运行策略。采用本发明明显减少失电负荷量,缩短停电时间,并且降低DG脱网率。
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 (10)

1.一种考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,对于故障位置的上游侧及相邻线路,进行重合闸与低电压穿越在时序上的配合,采用重合闸时间自适应策略,在减少DG脱网率的同时有效缩短重合闸时间;对于故障位置的下游侧,采用计划孤岛运行策略,在提高DG利用效益的同时保证负荷的可靠供电。
2.根据权利要求1所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的重合闸时间自适应策略具体是指:测量DG接入点处的母线电压UPCC,根据电压跌落的情况确定断路器延时合闸时间,经预设延时后再进行重合闸操作。
3.根据权利要求1所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的确定断路器延时合闸时间,通过以下方式得到:
1)在联络线两侧均设置带有重合闸设备的断路器,当发生故障后分别跳开系统侧和分布式电源侧的断路器;为不扩大停电范围,采用后加速保护有选择性地切除故障,当故障区域确定后,区域两端的断路器均跳开以隔离故障,经设定延时后系统侧先要进行重合闸操作;
2)从系统侧断路断开时刻开始计时,考虑到负荷侧保护的动作时间并留有一定的时间裕度,取重合闸的动作时间为1s,代入低电压穿越曲线得到对应的UPCC为0.3909Un,当1s重合闸时,DG所连接母线处电压跌落值在0.45Un以上时,重合闸失败不会使DG低电压穿越失败从而退出运行;当电压跌落值在0.45Un以下时,延长重合闸的动作时间至TAR≥T2
4.根据权利要求1所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,满足低电压穿越的条件具体为:
5.根据权利要求1所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的重合闸操作,动作时间满足:TAR≥T保护11-T保护10+Ttt,其中:Ttt为故障点电弧熄灭时间、绝缘强度的恢复时间以及裕度时间之和;T保护11为DG侧保护动作与断路器动作的时间之和;T保护10为系统侧保护动作与断路器动作的时间之和;系统侧断路器重合动作时间整定为:其中:T2为一次低电压穿越过程完成时所需时间。
6.根据权利要求1所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的计划孤岛运行策略是指:根据DG和负荷功率平衡原则给每一个DG划分计划孤岛区域,以期在配电网发生故障时,充分利用分布式电源供电能力,以保证最大数量的重要负荷安全运行,具体包括:计划孤岛不完整时的重合闸策略和计划孤岛完整时的重合闸策略。
7.根据权利要求6所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的计划孤岛不完整时的重合闸策略是指:若线路发生故障,保护动作,线路两侧断路器均跳开,此时通过防孤岛保护切除故障下游DG;分布式电源接入电网的相关规定要求,非计划孤岛的分布式电源必须在馈线故障2s内从电网脱离,然后经过重合闸自适应延时TAR后,系统侧断路器重合闸动作,当所述故障为瞬时性故障时,则系统侧断路器重合成功,负荷侧断路器通过检测当与DG所连母线无电压且断路器近系统侧线路有电压时进行重合闸操作;当所述故障为永久性故障时,则系统侧断路器重合失败,再次跳开,负荷侧的重合闸不再动作。
8.根据权利要求7所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,DG侧重合闸的动作时间整定为:TAR11=maxTAR,TAnti-Island;TAR11为DG侧断路器的合闸时间;TAR为系统侧断路器的合闸时间;TAnti-Island为防孤岛保护的时间;当故障为瞬时性故障,两侧断路器均重合成功之后,DG逐步并网,此时负荷断电的时间比较短暂;当故障为永久性故障时,下游负荷失电区域可以通过闭合联络开关用负荷转供的方式来恢复供电,避免长时间的停电。
9.根据权利要求6所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,所述的计划孤岛完整时的重合闸策略是指:电网预先规划设计计划孤岛,当电网断电后,DG继续有计划地为一部分负荷供电,充分合理地利用电能,有效提高配电网的供电可靠性,减少因停电造成的经济损失,同时避免对电网的安全稳定产生不利影响。
10.根据权利要求1-9中任一所述的考虑DG低电压穿越特性的配电网自适应重合闸方法,其特征是,具体包括:
步骤1)获取故障位置;
步骤2)根据故障位置,保护可靠动作,跳开电网侧断路器X开始计时,跳开负荷侧断路器Y;
步骤3)当断路器不在故障点下游时,实时监测故障点上游侧或相邻线路各DG的Upcc,并当其小于0.2Un时相应DG的并网断路器跳闸后进入步骤5);当断路器在故障点下游时进入步骤4);
步骤4)当存在完整的计划孤岛区域且在保护X存储孤岛解列点所对应的断路器信息时,检测断路器X状态,当为开闸状态时,设置为孤岛解列点的断路器全部跳闸后进入步骤5);当不存在完整的计划孤岛区域时,设置在TAnti-Island时间内,DG并网断路器全部跳闸后进入步骤5);
步骤5)TAR秒后电网侧断路器X重合闸,当重合闸失败时,电网侧断路器X再次跳开;当重合闸成功且无计划孤岛时,TAR11秒后负荷侧断路器Y重合闸,当重合闸成功且有计划孤岛时,解列点断路器按照计划孤岛的控制依次合闸。
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CN116979478A (zh) * 2023-09-25 2023-10-31 广东电网有限责任公司中山供电局 一种基于改进防孤岛保护策略的重合闸控制方法和系统

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CN116979478A (zh) * 2023-09-25 2023-10-31 广东电网有限责任公司中山供电局 一种基于改进防孤岛保护策略的重合闸控制方法和系统
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