含高滲透率分布式電源的配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)電流保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種含高滲透率分布式電源的配電網(wǎng) 的自適應(yīng)電流保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石燃料儲量的枯竭和全球能源需求的不斷增長，可再生能源的地位不斷上 升。分布式電源通過利用風(fēng)電、太陽能等可再生能源，提高了清潔能源利用效率、解決了偏 遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)電力供應(yīng)問題，已成為世界各國促進(jìn)節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化的重要措施之一。 但分布式電源接入配電網(wǎng)會將改變電網(wǎng)原有的單電源、放射狀結(jié)構(gòu)特征，使配電網(wǎng)中各支 路的潮流不再是單方向的流動，直接改變系統(tǒng)中短路電流的方向和大小，對現(xiàn)有的過流繼 電保護(hù)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。
[0003] 通?？梢詫⑴潆娤到y(tǒng)中DG容量與負(fù)荷容量相除得到的百分值定義為DG的滲透 率，將故障時系統(tǒng)側(cè)電源提供的短路電流與DG提供的短路電流相除得到的值定義為剛度 比。一般認(rèn)為當(dāng)DG滲透率大于10%，剛度比小于20時，就需要考慮DG的接入對配電網(wǎng)保 護(hù)的影響。
[0004] 如圖1所示的典型配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)電源Sl接于母線A處，向配電網(wǎng)輻射性供 電，分布式電源SDG接于母線B處，母線B、C、D、E上都接有大小為2MW的負(fù)荷。當(dāng)線路BC 發(fā)生一個三相接地Kl故障時，系統(tǒng)電源Sl和分布式電源SDG都會向故障點(diǎn)提供故障短路 電流，保護(hù)4所檢測到的故障電流增加，即分布式電源SDG對保護(hù)4起助增作用，有利于保 護(hù)裝置動作，提高了保護(hù)4的靈敏度，但由于保護(hù)4處的故障電流增大，使保護(hù)4的保護(hù)范 圍增大，有可能導(dǎo)致下級線路故障時，本線路保護(hù)誤動，保護(hù)失去選擇性。同樣由于系統(tǒng)電 源Sl和分布式電源SDG都會向故障點(diǎn)提供故障短路電流，致使線路BC電流增加，抬高了母 線B的電壓，從而減少了系統(tǒng)電源向故障點(diǎn)提供的短路電流，保護(hù)3所檢測到的短路電流減 少，即分布式電源SDG對保護(hù)3起到了外汲作用，降低了保護(hù)3的靈敏度，甚至?xí)鸨Ｗo(hù) 3的拒動。
[0005] 如圖1所示，對于保護(hù)4而言，若其電流保護(hù)按照DG接入后最大出力、系統(tǒng)最大運(yùn) 行方式進(jìn)行整定，則當(dāng)在DG退出運(yùn)行或出力減少情況下發(fā)生故障時，保護(hù)感受到的短路電 流會隨著DG輸出功率的減小而下降，從而導(dǎo)致保護(hù)范圍縮小，保護(hù)靈敏度下降。當(dāng)分布式 電源滲透率高的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)保護(hù)范圍縮至0而失效。對于保護(hù)3而言，若其電流保 護(hù)按照DG接入后最大出力、系統(tǒng)最大運(yùn)行方式進(jìn)行整定，則當(dāng)在DG退出運(yùn)行或出力減少情 況下發(fā)生故障時，保護(hù)感受到的短路電流會隨著DG輸出功率的減小而增加，從而導(dǎo)致保護(hù) 范圍增加，保護(hù)靈敏度提高。當(dāng)分布式電源滲透率高的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)保護(hù)范圍延伸直 線條線路，失去了選擇性。
[0006] 就過上述分析，現(xiàn)有的電流保護(hù)整定設(shè)定方法不能適用于高滲透率分布式電源接 入配電網(wǎng)的情況，可能造成電流保護(hù)的誤動作和拒動，嚴(yán)重地影響到了電力系統(tǒng)的可靠性。 因此，針對高滲透率分布式電源接入配電網(wǎng)對電流保護(hù)的影響，發(fā)明一種考慮高滲透率分 布式電源接入配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種含高滲透率分布式電源的配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)， 以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)含高滲透率分布式電源配電網(wǎng)系統(tǒng)故障 時，消除分布式電源輸出波動對電流保護(hù)的影響，使電流保護(hù)整定值能自適應(yīng)于分布式電 源的輸出能力，正確動作，提高電流保護(hù)的可靠性。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] 含高滲透率分布式電源的配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1、當(dāng)含高滲透率分布式電源的配電網(wǎng)發(fā)生故障時，分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)能夠檢 測到突變量，此時采集分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)處的電流互感器和電壓互感器的A、B、C三相電壓 和電流；
[0011] 步驟2、對采集得到的A、B、C三相電壓和電流進(jìn)行濾波和傅里葉基頻提取，得到A、 B、C三相電壓和電流的采樣值；
[0012] 步驟3、通過檢測到突變量前一周波的采樣值以及檢測到突變量后一周波的采樣 值計(jì)算得到三相電壓和電流的故障分量值；
[0013] 步驟4、由三相電壓和電流的故障分量值，經(jīng)過相模變換解耦為電流和電壓的正、 負(fù)、零序故障分量；
[0014] 步驟5、利用電流和電壓的正序故障分量計(jì)算由戴維南定理等效的分布式電源的 等效背側(cè)阻抗；
[0015] 步驟6、利用分布式電源的等效背側(cè)阻抗實(shí)時的計(jì)算分布式電源接入點(diǎn)上下游相 鄰保護(hù)處的整定值；
[0016] 步驟7、將各保護(hù)處的整定值與保護(hù)安裝處實(shí)際測量得到的電流值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí) 際值大于計(jì)算所得整定值時，保護(hù)動作跳閘，隔離故障段。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟3中三相電壓和電流的故障分量值的計(jì)算公式如下：
[0020] 其中，^表示故障期間分布式電源流向分布式電壓源并網(wǎng)點(diǎn)的故障電流，即檢測 到突變量時，利用此時刻前一周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉提取基頻分量的向量值；表示正 常運(yùn)行狀態(tài)下流向分布式電壓源并網(wǎng)點(diǎn)的負(fù)荷電流，即檢測到突變量時，利用此時刻前一 周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉提取基頻分量的向量值；^表示三相電流的故障分量值，表示 故障期間的故障電壓，即檢測到突變量時，利用此時刻前一周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉提取基 頻分量的向量值；?ζ?,表示正常運(yùn)行狀態(tài)下的分布式電壓源并網(wǎng)點(diǎn)的電壓，即檢測到突變 量時，利用此時刻前一周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉提取基頻分量的向量值；^表示分布式電壓 源并網(wǎng)點(diǎn)電壓的故障分量值。
[0021] 進(jìn)一步地，步驟4中由三相電壓和電流的故障分量值，經(jīng)過相模變換解耦為電流 和電壓的正、負(fù)、零序故障分量的公式如下：
[0024] 其中，a = e.ll2〇，a2= e .124?且滿足 1+a+a2= 0，a 3= 1，/、" /職分別為 A、 B、C三相的故障分量電流向量；分別為A、B、C三相的故障分量電壓向量； \ .、 Ig Ig "分別為正、負(fù)、零三序的故障分量電流向量；C/& Ug 分別為正、 、- > 、 、'+ 負(fù)、零三序的故障分量電壓向量。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟5中利用電流和電壓的正序故障分量計(jì)算由戴維南定理等效的分 布式電源的等效背側(cè)阻抗的公式如下：
[0027] 其中，ZD(；為所要計(jì)算的等效背側(cè)阻抗值；為正序故障分量電壓向量值；I=為 正序故障分量電流向量值。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟6中利用分布式電源的等效背側(cè)阻抗實(shí)時的計(jì)算分布式電源接入 點(diǎn)上下游相鄰保護(hù)處的整定值的方法為：將分布式電源等效背側(cè)阻抗帶入到整定值計(jì)算公 式中，實(shí)時的計(jì)算各保護(hù)處的整定值；其中整定值計(jì)算公式如下：
[0029] 分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游相鄰保護(hù)的I段保護(hù)電流的整定值：
[0031] 其中Zs為系統(tǒng)等效阻抗；Z up為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游所有線路的等效阻抗之和； Ζτ#1為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游保護(hù)所保護(hù)線路的阻抗；為等效電源的相電動勢；ZD(；為 分布式電源等效背側(cè)阻抗值；為電流I段可靠系數(shù)；
[0032] 分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游相鄰保護(hù)的II段保護(hù)電流的整定值：
[0034] 其中Zs為系統(tǒng)等效阻抗；Z±#1為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游保護(hù)所保護(hù)線路的阻抗； 為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游相鄰保護(hù)的電流I段保護(hù)整定值；ZD(；為分布式電源等效背 側(cè)阻抗值；為電流II段可靠系數(shù)；
[0035] 將分布式電源等效背側(cè)阻抗帶入到整定值計(jì)算公式中：
[0036] 分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游相鄰保護(hù)的I段保護(hù)電流的整定值：
[0038] 其中Zs為系統(tǒng)等效阻抗；Z up為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游所有線路的等效阻抗之和； Ζτ#1為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游保護(hù)所保護(hù)線路的阻抗為等效電源的相電動勢；為 電流I段可靠系數(shù)，zD(；為分布式電源背側(cè)等效阻抗；為正序故障分量電壓向量值； 為正序故障分量電流向量值。
[0039] 分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游相鄰保護(hù)的II段保護(hù)電流的整定值：
[0041] 其中Zs為系統(tǒng)等效阻抗；Ζ±#1為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)上游保護(hù)所保護(hù)線路的阻抗； 為分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)下游相鄰保護(hù)的電流I段保護(hù)整定值；展1為電流II段可靠系 數(shù)；為正序故障分量電壓向量值；為正序故障分量電流向量值。
[0042] 進(jìn)一步地，取 L 2 ~L 3。
[0043] 進(jìn)一步地，取 I. 1 ~I. 2。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0045] 本發(fā)明方法消除由于分布式電源接入配電網(wǎng)對上游電流保護(hù)的助增作用，和對下 游保護(hù)的外汲作用；克服了由于分布式電源輸出波動對配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響，由于本發(fā) 明根據(jù)分布式電源的輸出能力，實(shí)時的計(jì)算分布式電源的背側(cè)等效阻抗，自適應(yīng)于分布式 電源輸出能力地修改電流保護(hù)整定值，所以自適應(yīng)電流保護(hù)方案不受故障類型、故障位置、 故障暫態(tài)變化和分布式電源滲透率的影響，主保護(hù)和后備保護(hù)都能正確動作，提高了繼電 保護(hù)可靠性，且保證了選擇性，對于不同類型的分布式電源都具有適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0046] 圖1典型配電網(wǎng)網(wǎng)架圖；
[0047] 圖2本發(fā)明的自適應(yīng)電流保護(hù)流程圖；
[0048] 圖3故障疊加網(wǎng)絡(luò)圖，其中（a)表示故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)；(b)表示正常狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)； (c)表示故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施過程作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0050] 本發(fā)明是一種高滲透率分布式電源接入配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法，具體包括 以下步驟：
[0051] 在如圖1所示的典型配電網(wǎng)系統(tǒng)中，將系統(tǒng)電源和分布式電源進(jìn)行戴維南等效為 理想電源串聯(lián)等效阻抗的形式，其中Sl為系統(tǒng)電源，Zs為系統(tǒng)等效阻抗；SD(；為分布式電源， Zds為分布式電源等效阻抗；線路AB、BC、CD、AD、DE都為輸電線，長度均為10km，其線路電阻 rl = 0· 138 Ω /km，線路電抗xl = 0· 369 Ω /km。母線B、D的負(fù)荷的額定功率為0· 95MVA，母 線C、E的負(fù)荷的額定功率為2MVA。
[0052] -、假設(shè)故障發(fā)生在線路BC上，當(dāng)故障發(fā)生時，分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)會檢測到突變 量，程序啟動。
[0053] 在如圖1所示采集分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)（母線B處）的電流互感器和電壓互感器的 A、B、C三相電壓和電流信息；
[0054] 二、對采集得到