CN105186450B - 可动态改变继电器参数的继电保护装置 - Google Patents

可动态改变继电器参数的继电保护装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了提供一种可动态改变继电器参数的继电保护装置，要解决的技术问题是使新能源接入的分布式电网稳定安全运行。本发明在连接有分布式发电机和同步发电机的发电***中，设有发电机状态信息采集器，继电保护总机，可在线动态改变参数的继电保护装置；发电机状态信息采集器与继电保护总机采用通信线路1通信，继电保护总机与可在线动态改变参数的继电保护装置采用通信线路2通信。本发明与现有技术相比，可以动态的监视分布式发电机的运行状态，并根据分布式发电机的运行状态，动态改变发电***内继电保护装置的整定值，解决由于新能源接入发电***引起的继电保护装置失效、误动作，提高发电***的稳定性和安全性，提高电网***的稳定性。

Description

可动态改变继电器参数的继电保护装置
技术领域
本发明涉及一种电力***继电保护装置，特别是一种有可再生能源接入电力***的继电保护装置。
技术背景
随着能源问题的日益严重，新能源的开发利用已经开始受到了人们的重视。我国已经开始逐步开发利用各种新能源，如风能发电、地热能发电、太阳能发电等。各种新能源接入电网称之为分布式电网会改变网络的拓扑结构，加之新能源的随机性，容量等参数的改变，使得功率、潮流分布变得复杂。在这种情况下，电网的各种继电保护装置会失效、误动作，甚至可能出现保护的死区。现有技术还没有一种较好的解决方案,因此非常有必要提出一种继电保护装置来解决这一问题,使具有新能源接入的分布式电网能稳定安全的运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种可动态改变继电器参数的继电保护装置，要解决的技术问题是使具有新能源接入的分布式电网稳定安全运行。
本发明采用以下技术方案:一种可动态改变继电器参数的继电保护装置,在连接有分布式发电机和同步发电机的发电***中，设有发电机状态信息采集器，继电保护总机，可在线动态改变参数的继电保护装置；所述发电机状态信息采集器与继电保护总机采用通信线路1通信，继电保护总机与可在线动态改变参数的继电保护装置采用通信线路2通信；
所述发电机状态信息采集器采集分布式发电机在时间间隔内的运行状态信息，传递给继电保护总机；
所述继电保护总机用于判断分布式发电机的运行状态是否改变，分布式发电机的运行状态发生改变，继电保护总机利用获得的运行状态信息，计算出在该运行状态下，各可在线动态改变参数的继电保护装置上保护的整定值，传递给可在线动态改变参数的继电保护装置；
所述可在线动态改变参数的继电保护装置根据继电保护总机的指令改变可在线动态改变参数的继电保护装置的整定值参数。
本发明的分布式发电机为风力发电机、地热能发电机、太阳能发电机、朝夕能发电机和/或由电力电子设备接入的蓄电池具有随机性的电力源发电机。
本发明的运行状态信息是分布式发电机出口侧的运行状态：发电容量、阻抗值、出口电压、出口电流、是否接入发电***，转换为数字信号后的信息。
本发明的时间间隔为：0＜时间间隔≤2s。
本发明的分布式发电机的运行状态没有改变，则不改变可在线动态改变参数的继电保护装置上的整定值。
本发明的整定值为电流保护整定值和电压整定保护值。
本发明的可在线动态改变参数的继电保护装置，分别连接在分布式发电机与母线之间，同步发电机与母线之间，母线与母线之间，负载与母线之间，采用有分布式发电机和同步发电机的发电***与电网***之间。
本发明的通信线路采用无线局域网或生成树协议，按网络通信协议TCP/IP通信。
本发明的继电保护总机根据接收到的运行状态信息，判断分布式发电机的运行状态是否改变，将接收到的运行状态信息与上一时刻的运行状态信息进行比较，两者之差的结果小于上一时刻运行状态信息值的1％，或两者之差的结果连续变化，其累计值大于未变化时刻运行状态信息值的1％，则认为分布式发电机及其发电***的运行状态没有改变。
本发明的电流保护整定值的计算式为：其中，K为故障类型系数，对于三相短路K＝1，两相短路E为发电***的等效电动势，Zs为可在线动态改变参数的继电保护装置安装处到背后***的等效阻抗，ZL为被保护线路全长阻抗，α为保护范围；
所述发电***的相电压保护的计算式为：其中，ZL1和ZL2为与保护范围有关的线路阻抗，Krel＝1.2或1.3为可靠系数，ZS.max为发电***最小运行方式下的***阻抗，其为两相短路时的***阻抗。
本发明与现有技术相比，可以动态的监视分布式发电机的运行状态，并根据分布式发电机的运行状态，动态改变发电***内继电保护装置的整定值，解决由于新能源接入发电***引起的继电保护装置失效、误动作，提高发电***的稳定性和安全性，最终提高电网***的稳定性。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，本发明的可动态改变继电器参数的继电保护装置，在连接有分布式发电机和同步发电机的发电***(发电***)中，设有发电机状态信息采集器S1......Sn，继电保护总机，可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6，通信线路。
发电机状态信息采集器S1......Sn连接在分布式发电机的出口侧与母线之间，如图1中的母线A上连接有分布式发电机S1。n为分布式发电机的数量。分布式发电机为风力发电机、地热能发电机、太阳能发电机、朝夕能发电机和/或由电力电子设备接入的蓄电池等具有随机性的电力源发电机。发电机状态信息采集器采集分布式发电机在一定的时间间隔内的运行状态信息，通过通信线路1传递给继电保护总机。运行状态信息是分布式发电机出口侧的运行状态：发电容量、阻抗值、出口电压、出口电流、是否接入发电***，转换为数字信号后的信息，用于通信线路1传递和继电保护总机计算。时间间隔的取值不应该取值过大，过大的时间间隔不能准确的获得分布式发电机的运行状态，从而不能获得有效的继电保护整定值，时间间隔也不应该取值过小，过小的时间间隔会使可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6的参数频繁切换，不仅会使可在线动态改变参数的继电保护装置损耗增加，而且会引起发电***的不稳定，因此,本实施例的时间间隔取值为大于0至2s(0＜时间间隔≤2s)。
继电保护总机采用深圳市控汇科技有限公司的kh-ipc610型工控机(4U)，用于判断分布式发电机的运行状态是否改变。如果分布式发电机的运行状态没有改变，则不改变可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6上的整定值，并结束该次时间间隔内的采集分布式发电机的运行状态信息和控制过程。如果分布式发电机的运行状态发生改变，则由继电保护总机利用获得的运行状态信息，计算出在该运行状态下，各可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6上保护的整定值，通过通信线路2分别传递给可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6。整定值为电流保护整定值和电压整定保护值。
可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6，分别连接在分布式发电机与母线之间，同步发电机与母线之间，母线与母线之间，负载与母线之间，采用有分布式发电机和同步发电机的发电***与电网***之间。可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6根据通信线路2上传递来的整定值动态改变其整定值，即根据继电保护总机的指令改变可在线动态改变参数的继电保护装置的整定值参数，并结束该次时间间隔内的采集分布式发电机的运行状态信息和控制过程。
通信线路为通信线路1和通信线路2，通信线路1用于实现发电机状态信息采集器与继电保护总机通信，通信线路2用于实现继电保护总机与可在线动态改变参数的继电保护装置通信。通信线路采用无线局域网WLAN或生成树协议STP，按网络通信协议TCP/IP通信。发电机状态信息采集器将采集到的分布式发电机在一定的时间间隔内的运行状态信息传递给继电保护总机，继电保护总机将控制信号分别发送到可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6。
如图2所示,本发明的可动态改变继电器参数的继电保护装置，工作流程包括以下步骤：
一、发电机状态信息采集器按0＜时间间隔≤2s，测量采集分布式发电机出口侧的运行状态，获得发电机出口侧的发电容量、阻抗值、出口电压、出口电流和是否接入发电***，将测量采集到的值转换为数字信号,得到运行状态信息，将运行状态信息发送到继电保护总机。
二、继电保护总机根据接收到的运行状态信息，判断分布式发电机的运行状态是否改变，将接收到的运行状态信息与上一时刻的运行状态信息进行比较，两者之差的结果小于上一时刻运行状态信息值的1％，则认为分布式发电机及其发电***的运行状态没有改变。
若两者之差的结果连续变化，其累计值大于未变化时刻运行状态信息值的1％，则认为分布式发电机及其发电***运行状态发生改变。
如果分布式发电机的运行状态没有改变，则结束本次采集分布式发电机的运行状态信息和控制过程。
如果分布式发电机的运行状态发生改变，继电保护总机利用获得的运行状态信息计算出在该运行状态下，各个可在线动态改变参数的继电保护装置BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6上保护的整定值，分别传递给可在线动态改变参数的继电保护装置。
整定值的计算过程与发电***的拓扑结构运行状态有关，根据发电***的不同，发电***的电流保护整定值的计算式为：其中，I为电流保护的整定值，K为故障类型系数，对于三相短路K＝1，两相短路E为发电***的等效电动势，可提前整定也可以通过公式，E＝出口电压+发电功率(发电容量)/出口电压×Zs来计算，其中，发电容量/出口电压可以直接使用出口电流代替，即E＝出口电压+出口电流×Zs。Zs为可在线动态改变参数的继电保护装置安装处到背后***(发电机到保护安装处BRK1、BRK2、BRK3、BRK4、BRK5和BRK6)的等效阻抗，在计算Zs时，采用故障分量法计算获取，即将故障前一两个周波的电压和电流存储下来，然后与故障后的电压和电流相减作为故障分量相除来求取。ZL为被保护线路全长阻抗，如BRK1处正方向保护的ZL为BRK1到分布式发电机间的阻抗。K,α可按照相应的实际情况依据公知技术的手册获得，然后列写其中,K′rel＝1.2或1.3为可靠系数，Zs.min为Zs的最小值。
发电***的相电压保护整定值的计算式为：其中，U为电压保护的整定值，ZL1和ZL2为与保护范围有关的线路阻抗，Krel＝1.2或1.3为可靠系数，ZS.max为发电***最小运行方式下的***阻抗，其为两相短路时的***阻抗。
以BRK2的保护整定值为例，继电保护总机根据收集到的BRK2的出口电压和出口电流，基于故障分量法计算得到发电机到保护安装处BRK2的等效阻抗Zs，然后根据公式E＝出口电压+出口电流×Zs得到发电机到保护安装处BRK2的等效电动势，然后可以基于前述方式计算得到BRK2的电流和电压保护整定值，下发到BRK2处的可在线动态改变参数的继电保护装置。
三、可在线动态改变参数的继电保护装置收到继电保护总机传输来的整定值，改变其整定值，重新设定继电保护装置的整定值为当前整定值。
本发明的发电机状态信息采集器可以动态监视分布式发电机的运行状态，继电保护总机根据分布式发电机的运行状态，判断分布式发电机的运行状态是否改变，利用获得的运行状态信息计算出在当前运行状态下，各个可在线动态改变参数的继电保护装置上保护的整定值，分别传递给可在线动态改变参数的继电保护装置，重新设定继电保护装置的整定值。实现了在线动态改变发电***内继电保护装置的整定值，解决了由于新能源接入发电***引起的继电保护装置失效、误动作的技术问题，提高了发电***的稳定性和安全性，最终提高电网***的稳定性。
本实施例中，继电保护总机采用标准工业控制机PLC，采用通用PLC程序语言实现。

Claims (9)

1.一种可动态改变继电器参数的继电保护装置,在连接有分布式发电机和同步发电机的发电***中，设有发电机状态信息采集器，继电保护总机，可在线动态改变参数的继电保护装置；所述发电机状态信息采集器与继电保护总机采用通信线路1通信，继电保护总机与可在线动态改变参数的继电保护装置采用通信线路2通信，其特征在于:所述可在线动态改变参数的继电保护装置，分别连接在分布式发电机与母线之间，同步发电机与母线之间，母线与母线之间，负载与母线之间，采用有分布式发电机和同步发电机的发电***与电网***之间；
所述发电机状态信息采集器采集分布式发电机在时间间隔内的运行状态信息，传递给继电保护总机；
所述继电保护总机用于判断分布式发电机的运行状态是否改变，分布式发电机的运行状态发生改变，继电保护总机利用获得的运行状态信息，计算出在该运行状态下，各可在线动态改变参数的继电保护装置上保护的整定值，传递给可在线动态改变参数的继电保护装置；
所述可在线动态改变参数的继电保护装置根据继电保护总机的指令改变可在线动态改变参数的继电保护装置的整定值参数。
2.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述分布式发电机为风力发电机、地热能发电机、太阳能发电机、潮汐能发电机和/或由电力电子设备接入的蓄电池具有随机性的电力源发电机。
3.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述运行状态信息是分布式发电机出口侧的运行状态：发电容量、阻抗值、出口电压、出口电流、是否接入发电***，转换为数字信号后的信息。
4.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述时间间隔为：0＜时间间隔≤2s。
5.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述分布式发电机的运行状态没有改变，则不改变可在线动态改变参数的继电保护装置上的整定值。
6.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述整定值为电流保护整定值和电压保护整定值。
7.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述通信线路1和通信线路2采用无线局域网或生成树协议，按网络通信协议TCP/IP通信。
8.根据权利要求1所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述继电保护总机根据接收到的运行状态信息，判断分布式发电机的运行状态是否改变，将接收到的运行状态信息与上一时刻的运行状态信息进行比较，两者之差的结果小于上一时刻运行状态信息值的1％，则认为分布式发电机及其发电***的运行状态没有改变；若两者之差的结果连续变化，其累计值大于未变化时刻运行状态信息值的1％，则认为分布式发电机及其发电***的运行状态发生改变。
9.根据权利要求6所述的可动态改变继电器参数的继电保护装置,其特征在于:所述电流保护整定值的计算式为：其中，K为故障类型系数，对于三相短路K＝1，两相短路E为发电***的等效电动势，Zs为可在线动态改变参数的继电保护装置安装处到背后***的等效阻抗，ZL为被保护线路全长阻抗，α为保护范围；
所述发电***的相电压保护整定值的计算式为：其中，ZL1和ZL2为与保护范围有关的线路阻抗，Krel＝1.2或1.3为可靠系数，ZS.max为发电***最小运行方式下的***阻抗，其为两相短路时的***阻抗。
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