本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域，具體涉及一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)故障區(qū)間定位是實現(xiàn)故障區(qū)段有效隔離和快速恢復(fù)供電的前提，對于保證供電質(zhì)量和提高系統(tǒng)可靠性具有重要作用。隨著越來越多的分布式電源接入中低壓配電網(wǎng)，配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化，由單電源系統(tǒng)變成多電源系統(tǒng)，快速故障定位將更加復(fù)雜。此外，由于分布式電源具有靈活方便的控制模式，若能有效隔離故障區(qū)段，可以利用分布式電源向其他健全區(qū)域繼續(xù)供電，減小停電范圍。

目前，接入中低壓配電網(wǎng)的分布式電源多為光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的逆變型dg(inverter-interfaceddistributedgenerator，iidg)。隨著iidg滲透率和并網(wǎng)容量的不斷增大，為防止iidg大規(guī)模脫網(wǎng)對電網(wǎng)的正常運行帶來影響，光伏電站和風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定中對iidg提出了低電壓穿越的要求。即使在配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況，iidg仍并網(wǎng)運行，且輸出更多的無功電流支撐電壓。在故障情況下，iidg輸出電流與iidg的容量、當(dāng)前出力、故障類型和故障位置有關(guān)，這將導(dǎo)致傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障定位方法不再適用。尤其是當(dāng)iidg分散接入饋線時，即使iidg可以等效為壓控電流源，然而其并網(wǎng)點電壓并不能容易獲得，因此故障電流分布的求解也就存在困難。因此，如何利用盡可能少的故障信息，準確判斷故障發(fā)生位置，實現(xiàn)快速故障隔離，是保證配電網(wǎng)安全可靠運行的關(guān)鍵因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，該方法有效解決了多個分布式電源t接于線路時的繼電保護問題，且本方法不受分布式電源接入數(shù)量、接入位置、故障類型以及過渡電阻的影響，具有較強的適用性和工程實用性。

本發(fā)明的目的可以通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，所述方法包括以下步驟：

1)繼電保護裝置上電；

2)初始化線路參數(shù)；

3)獲取分布式電源的有功參考功率pref,j和無功參考功率qref,j，其中，j為第j個分布式電源，j＝1、2、3……n，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)；

4)母線m和母線n處的繼電保護裝置分別對母線m、母線n的三相電壓和三相電流進行采樣、變換，得到母線m的正序電壓相量和母線m的正序電流相量母線n的正序電壓相量和母線n的正序電流相量

5)假設(shè)線路正常運行，分別從母線m處和母線n處計算各個公共聯(lián)接點pcc點的正序電壓和的值；

6)根據(jù)繼電保護裝置獲取的各pcc點的參考功率和計算所得的母線m處和母線n處pcc點正序電壓和以及各分布式電源的控制策略，計算各分布式電源的輸出電流從而進一步計算下一個分布式電源的公共聯(lián)接點電壓；

7)根據(jù)從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓與步驟4)測得的母線m的電壓向量計算母線m側(cè)的比較電壓絕對值同樣地，根據(jù)從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓與步驟4)測得的母線n的電壓向量計算母線n側(cè)的比較電壓絕對值

8)判斷母線m側(cè)的比較電壓絕對值是否大于m側(cè)的比較電壓整定值或母線n側(cè)的比較電壓絕對值是否大于n側(cè)的比較電壓整定值若是，則判斷為饋線區(qū)內(nèi)故障，啟動保護動作，同時啟動故障定位算法，否則，則表明區(qū)內(nèi)無故障，返回步驟5)；

9)根據(jù)分布式電源接入點的位置對饋線進行分區(qū)，分為n+1個區(qū)段，每個區(qū)段的阻抗分別為z1、z2、z3……zn+1，從區(qū)段1開始，假設(shè)第k個區(qū)段發(fā)生故障，計算故障點離區(qū)段首端的pcc點的測量阻抗z'k和測量距離百分比l'k％，若0％<l'k％<100％，則故障發(fā)生在區(qū)段k，否則，假設(shè)第k+1個區(qū)段發(fā)生故障，計算其測量距離百分比。

優(yōu)選的，步驟5)中，所述由母線m處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點正序電壓的計算方式為：

其中，zm為第m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流計算值，為母線m的正序電壓向量，為母線m的正序電流相量，k表示所要計算分布式電源并網(wǎng)點電壓的第k個pcc點；

所述由母線n處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點正序電壓的計算公式為：

其中，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，k表示所要計算分布式電源并網(wǎng)點電壓的第k個pcc點，為第j個分布式電源的輸出電流計算值，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量。

優(yōu)選的，步驟6)中，各分布式電源的輸出電流的計算公式為：

式中，為線路正常運行時公共聯(lián)接點的正序電壓有效值，為分布式電源并網(wǎng)點的實際正序電壓，pref,j、qref,j為分布式電源的有功參考功率和無功參考功率，imax為分布式電源最大輸出電流，δ為公共聯(lián)接點正序電壓a相軸線與d軸的夾角，id表示d軸電流，iq表示q軸電流，i為虛部符號。

優(yōu)選的，步驟7)中，從母線n側(cè)推導(dǎo)母線m處的正序電壓的計算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量；

從母線m側(cè)推導(dǎo)母線n處的正序電壓的計算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，為母線m的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量。

優(yōu)選的，步驟8)中，所述母線m側(cè)比較電壓整定值的計算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線m側(cè)的區(qū)外故障時m側(cè)母線比較電壓的大小；

所述母線n側(cè)比較電壓整定值的計算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線n側(cè)的區(qū)外故障時n側(cè)母線比較電壓的大小。

優(yōu)選的，步驟8)中，所述母線m側(cè)的比較電壓絕對值的計算公式為：

所述母線n側(cè)的比較電壓絕對值的計算公式為：

其中，為母線m的正序電壓相量，為母線n的正序電壓相量，為從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓，為從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓。

優(yōu)選的，步驟9)中，測量阻抗z'k的計算公式為：

式中，

其中，為母線m的正序電壓相量，為母線n的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量，為母線n的正序電流相量，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗。

優(yōu)選的，步驟9)中，測量距離百分比l'k％的計算公式為：

優(yōu)選的，步驟9)中，根據(jù)分布式電源接入點的位置對饋線進行分區(qū)，分為n+1個區(qū)段，每個區(qū)段的阻抗分別為z1、z2、z3……zn+1，z1為母線m與第一個公共聯(lián)接點pcc1之間的線路阻抗，zn+1為母線n與第n個公共聯(lián)接點pccn之間的線路阻抗，zj為第j-1個公共聯(lián)接點pccj-1與第j個公共聯(lián)接點pccj之間的線路阻抗。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明利用分布式電源的故障等值模型，通過推導(dǎo)分布式電源的并網(wǎng)點電壓即可實現(xiàn)對分布式電源輸出電流的求解。

2、本發(fā)明通過假設(shè)所保護饋線正常運行，從而利用兩端電壓互相推導(dǎo)的結(jié)果與實際測量電壓的比較，判斷饋線內(nèi)部是否發(fā)生故障，作為故障定位的啟動判據(jù)。

3、本發(fā)明通過假設(shè)不同區(qū)段故障進行一一求解，當(dāng)求解所得的故障距離滿足假設(shè)條件即可判斷該假設(shè)區(qū)段為實際故障區(qū)段，從而實現(xiàn)含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位。

4、本發(fā)明考慮了多個分布式電源t接于線路的情況，并通過兩端電壓電流測量值計算故障距離，有效解決了多個分布式電源t接于線路時的故障定位問題，且本方法不受分布式電源接入數(shù)量、接入位置、故障類型以及過渡電阻的影響，具有較強的適用性和工程實用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法的配電網(wǎng)單線圖。

圖2為本發(fā)明一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例：

本實施例以圖1所示的10kv中性點不接地簡單配電網(wǎng)為例，系統(tǒng)基準容量為500mva，基準電壓為10.5kv，系統(tǒng)阻抗值為xs＝0.126ω。線路均為架空線路，其線路參數(shù)為x1＝0.347ω/km，r1＝0.27ω/km。饋線1有4個逆變型分布式電源接入，將饋線分為4個區(qū)段，各區(qū)段的長度分別為0.8km，1km，2km，3km；饋線2只有一個逆變型分布式電源接入，其長度為4km。iidg1～iidg5的容量分別為2mw，2mw，1mw，1.5mw和1.2mw，正常運行時各iidg的出力分別為1.8mw，1.5mw，1mw，1.5mw和1.2mw。負荷1為7mw，負荷2為4mw，功率因數(shù)均為0.9。

利用pscad/emtdc仿真軟件對系統(tǒng)進行仿真分析，饋線內(nèi)部故障判據(jù)中，krel為1.2，和分別為0.3638和0.3684。因此，饋線內(nèi)部故障的判別判據(jù)為

本實施例提供了一種含多t接逆變型分布式電源配電網(wǎng)的故障定位方法，該方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟：

步驟一、繼電保護裝置上電；

步驟二、初始化線路參數(shù)：各個分布式電源之間的線路阻抗分別為z1＝0.216+i0.2776、z2＝0.27+i0.347、z3＝0.54+i0.694、z4＝0.81+i1.041和z5＝1.08+i1.388，其中z1為母線m與第一個公共連接點pcc1之間的線路阻抗，z2為第一個公共連接點pcc1與第二個公共連接點pcc2之間的線路阻抗；

步驟三、獲取每個分布式電源的實際功率pdg,j，其中，j為第j個分布式電源，j＝1、2、3……n，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，各個分布式電源實際功率分別為：1.8mw，1.5mw，1mw，1.5mw和1.2mw；

步驟四、母線m和母線n處的繼電保護裝置分別對母線m、母線n的三相電壓和三相電流進行采樣、變換，得到母線m的正序電壓相量和母線m的正序電流相量母線n的正序電壓相量和母線n的正序電流相量

步驟五、假設(shè)線路正常運行，分別從母線m處和母線n處計算各個公共聯(lián)接點pcc點的正序電壓和的值；

所述由母線m處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點正序電壓的計算方式為：

其中，zm為第m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流計算值，為母線m的正序電壓向量，為母線m的正序電流相量，k表示所要計算分布式電源并網(wǎng)點電壓的第k個pcc點；

所述由母線n處的測量電壓、電流推導(dǎo)所得的pcc點正序電壓的計算公式為：

其中，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，k表示所要計算分布式電源并網(wǎng)點電壓的第k個pcc點，為第j個分布式電源的輸出電流計算值，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量。

步驟六、根據(jù)繼電保護裝置獲取的各pcc點的參考功率和計算所得的母線m處和母線n處pcc點正序電壓和以及各分布式電源的控制策略，計算各分布式電源的輸出電流從而進一步計算下一個分布式電源的公共聯(lián)接點電壓；

其中，各分布式電源的輸出電流的計算公式為：

式中，為線路正常運行時公共聯(lián)接點的正序電壓有效值，為分布式電源并網(wǎng)點的實際正序電壓，pref,j、qref,j為分布式電源的有功參考功率和無功參考功率，imax為分布式電源最大輸出電流，δ為公共聯(lián)接點正序電壓a相軸線與d軸的夾角，id表示d軸電流，iq表示q軸電流，i為虛部符號。

步驟七、根據(jù)從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓與步驟四測得的母線m的電壓向量計算母線m側(cè)的比較電壓絕對值同樣地，根據(jù)從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓與步驟四測得的母線n的電壓向量計算母線n側(cè)的比較電壓絕對值

其中，從母線n側(cè)推導(dǎo)母線m處的正序電壓的計算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，zn+1-m為第n+1-m個區(qū)段的線路阻抗，為第j個分布式電源的輸出電流，為母線n的正序電壓相量，為母線n的正序電流相量；

從母線m側(cè)推導(dǎo)母線n處的正序電壓的計算公式為：

此處，n為t接在線路mn上的分布式電源的個數(shù)，j表示第j個分布式電源，m表示第m個區(qū)段，為第j個分布式電源的輸出電流，zm為第m段線路的線路阻抗，為母線m的正序電壓相量，為母線m的正序電流相量。

步驟八、判斷母線m側(cè)的比較電壓絕對值是否大于m側(cè)的比較電壓整定值或母線n側(cè)的比較電壓絕對值是否大于n側(cè)的比較電壓整定值若是，則判斷為饋線區(qū)內(nèi)故障，啟動保護動作，同時啟動故障定位算法，否則，則表明區(qū)內(nèi)無故障，返回步驟五；

其中，所述母線m側(cè)比較電壓整定值的計算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線m側(cè)的區(qū)外故障時m側(cè)母線比較電壓的大??；

所述母線n側(cè)比較電壓整定值的計算公式為：

式中為發(fā)生最靠近母線n側(cè)的區(qū)外故障時n側(cè)母線比較電壓的大小。

所述母線m側(cè)的比較電壓絕對值的計算公式為：

所述母線n側(cè)的比較電壓絕對值的計算公式為：

其中，為母線m的電壓相量，為母線n的電壓相量，為從母線n側(cè)推導(dǎo)所得的母線m處的正序電壓，為從母線m側(cè)推導(dǎo)所得的母線n處的正序電壓。

步驟九、根據(jù)分布式電源接入點的位置對饋線進行分區(qū)，可分為區(qū)段1，2，……，n+1，各區(qū)段的線路阻抗分別為：z1＝0.216+i0.2776、z2＝0.27+i0.347、z3＝0.54+i0.694、z4＝0.81+i1.041和z5＝1.08+i1.388。從區(qū)段1開始，假設(shè)第k個區(qū)段發(fā)生故障，計算故障點離區(qū)段首端pcc點的測量阻抗z'k和測量距離百分比l'k％，若0％<l'k％<100％，則故障發(fā)生在區(qū)段k，否則，假設(shè)第k+1個區(qū)段發(fā)生故障，計算其測量距離百分比。

測量阻抗z'k的計算公式為：

式中

測量距離百分比l'k％的計算公式為：

表1給出了區(qū)段l1～l5故障所得的比較電壓大小，由表可知，當(dāng)故障發(fā)生在饋線內(nèi)部l1～l4時，比較電壓的值都很大；而但故障發(fā)生在饋線外部l5時，比較電壓的值則非常小，因此比較電壓的大小可以區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障。

表1

表2給出了在饋線不同區(qū)段中點設(shè)置不同故障類型時故障定位計算結(jié)果，由表2可知，只有當(dāng)假設(shè)條件與實際故障情況一致時，其計算結(jié)果才滿足假設(shè)條件，且故障定位準確。若故障點在假設(shè)故障發(fā)生區(qū)段的上游時，則其測量距離百分比將表現(xiàn)為負值；若故障點在假設(shè)故障發(fā)生區(qū)段的下游時，則測量距離將超過假設(shè)區(qū)段的長度，其測量距離百分比也就超過100％。

表2

表3給出了同一區(qū)段不同故障位置故障定位計算結(jié)果，由表可知，當(dāng)故障發(fā)生在區(qū)段l2的0％、25％、50％、75％和100％時，其計算結(jié)果與實際情況一致。

表3

表4進一步給出了區(qū)段l2不同過渡電阻故障定位計算結(jié)果，由表可知，故障定位算法并不受過渡電阻影響，其故障定位結(jié)果仍能正確反映故障位置。

表4

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實施例，但本發(fā)明專利的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護范圍。