CN107591785A - 适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法及***，其根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据利用基尔霍夫电压定律计算出相应的新能源场站并网点侧等效阻抗，以等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较来执行新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的启动判定，在不调整保护整定阻抗值的情况下，能够实现对新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的有效控制，提升其保护动作的正确率，能够更好的实现新能源场站并网点侧的距离保护，有助于减少因距离保护继电器误动或拒动对电网及用户造成的损失。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电网保护技术领域，具体涉及一种适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法及***。
背景技术
继电保护是电力***安全运行的三道防线中的第一道防线，对电力***的可靠运行有重大意义。为了满足继电保护的特性，各线路距离保护的定值必须按保护的规程来设定，且各线路距离保护之间也需协调配合。
按照电网最新要求规范，含新能源场站的电力***发生故障时，新能源场站必须具有一定的低电压穿越能力。即在电网电压跌落时，新能源场站能像传统的火电、水电发电机一样不脱网运行，并且向电网提供一定的无功功率支持电网恢复，直到电网电压恢复。但新能源场站的并网，给传统的线路距离保护带来了巨大挑战。若线路距离保护仍按不考虑新能源发电装置来进行整定，则会导致保护的误动或拒动；若按照新能源发电的某一种运行方式即某一出力来进行距离保护的整定，则会由于新能源发电装置的等效阻抗随其出力数据的不同，而发生变化且不可控，从而仍然可能导致保护的误动或拒动。距离保护的误动或拒动，容易导致故障范围扩大，甚至引起大范围停电，对电网及用户造成严重的损失，可见对于含新能源场站电网的继电保护研究是十分必要的。
现有技术中，适用于新能源场站并网电网***的线路距离保护方法主要有两种，包括：一、根据发电装置额定出力数据，进行距离保护的整定，但是在发电装置出力数据发生变化时，则保护可能发生误动或拒动；二、根据实时的运行情况来调整保护整定阻抗值，虽然可以较好地满足保护的要求，但是在实际应用过程中，保护整定阻抗值是不能随意变动的，否则难以符合当前电网***继电保护的管理规程和运维体制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法及***，用于在不调整保护整定阻抗值的情况下，实现对新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的有效控制，提升其保护动作的正确率，以实现新能源场站并网点侧的距离保护。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护；该方法包括：
获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗；
将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
上述适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法中，具体而言，计算新能源场站并网点侧的等效阻抗的具体步骤包括：
当新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，判断所述接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障；
若为单相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数；
若为两相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。
上述适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法中，具体而言，将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动的具体步骤包括：
若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；
若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
适用于新能源场站并网电网***的距离保护***，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护；该***包括：
检测处理模块，用于获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗；
保护控制模块，用于将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
上述适用于新能源场站并网电网***的距离保护***中，具体而言，所述检测处理模块包括故障判断单元和检测计算单元；
所述故障判断单元用于在新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，判断所述接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障；
所述检测计算单元用于计算新能源场站并网点侧的等效阻抗；
若为单相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数；
若为两相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。
上述适用于新能源场站并网电网***的距离保护***中，具体而言，所述保护控制模块将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动的具体方式为：
若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；
若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提出的距离保护方法及***，是根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据利用基尔霍夫电压定律计算出相应的新能源场站并网点侧等效阻抗，以等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较来执行新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的启动判定，在不调整保护整定阻抗值的情况下，能够实现对新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的有效控制，提升其保护动作的正确率，能够更好的实现新能源场站并网点侧的距离保护，有助于减少因距离保护继电器误动或拒动对电网及用户造成的损失。
附图说明
图1为本发明适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法的流程图。
图2为新能源场站并网电网***的一种拓扑结构示意图。
图3为新能源场站并网电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生单相短路接地故障时的等值电路图。
图4为新能源场站并网点侧所在线路发生单相短路接地故障时新能源场站并网点侧的等效阻抗与保护整定阻抗值域范围的对比图。
图5为新能源场站并网电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生两相短路接地故障时的等值电路图。
图6为新能源场站并网点侧所在线路发生单相短路接地故障时新能源场站并网点侧的实测阻抗、等效阻抗与保护整定阻抗值域范围的对比图。
图7为本发明适用于新能源场站并网电网***的距离保护***构架结构示意图。
具体实施方式
针对新能源场站并网电网***的并网点侧距离保护继电器容易发生误动或拒动的问题，本发明提供了一种适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护。如图1所示，该方法具体包括：
步骤1)、获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗。
电网故障时变流型新能源场站实际运行特点，给出区内发生单相短路接地故障时，其并网点侧继电器可靠动作的测量阻抗计算公式。
按照电网最新要求规范，要求新能源场站具有低电压穿越能力，即在电网电压跌落时，新能源场站能像传统的火电、水电发电机一样不脱网运行，并且向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网电压恢复。由于新能源场站的接入，其故障特性不同于常规电源，所以部分原有的距离保护算法对于保证其并网点侧的距离保护继电器可靠动作已不再适用。在不调整保护整定阻抗值的情况下，若要提高保护动作的正确率，就需要根据电网故障时新能源场站的实际运行特点，计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗，以根据等效阻抗进行保护动作的判定。
并网点侧的故障类型主要包括单相短路接地故障和两相短路接地故障，两种故障类型的等效阻抗有所不同。因此，在新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，需要先判断接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障。
例如，图2示出了新能源场站并网电网***的一种拓扑结构，母线1，母线3和母线4分别为常规电源接入点，变流型新能源场站经一个三绕组升压变压器接入母线2，DS25和DS52分别为线路25两端的距离保护继电器，是具有四边形特性的阻抗继电器，本发明主要讨论新能源场站并网点侧的距离保护继电器DS25的动作特性。
假设，在时间t＝2s时，在线路25长度40％处发生单相短路接地故障，接地过渡电阻为10Ω，其等值电路图如图3所示，根据图3电路利用基尔霍夫电压定律(Kirchhoff'sVoltage Law，简写为KVL)列出方程：
其中，为新能源场站并网点侧的故障相电压。将等式两边同时除以得到单相短路接地故障时，新能源场站并网点侧的等效阻抗的计算公式如下：
式中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器DS25到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。这里的远端到故障点的故障相电流是指电网***中相对于故障点处远离新能源场站并网点侧的一端到故障点的故障相电流。经仿真验证，在不调整保护整定阻抗值的情况下，由此计算得到的单相短路接地故障时新能源场站并网点侧的等效阻抗落在保护整定阻抗值域四边形所包围的区域内，从而能够确保在单相短路接地故障时新能源场站并网点侧的距离保护继电器能够可靠的启动保护动作；如图4所示，当发生A相短路故障时，等效阻抗在保护整定阻抗值域四边形所包围的区域内，新能源场站并网点侧的距离保护继电器启动保护动作。图4中，R表示阻抗值的实部，X表示阻抗值的虚部。
公式(2)中，若令其中，可由新能源场站并网点侧的电流正序分量和电流零序分量表示，由于新能源场站的控制策略不会输出负序电流，所以此处忽略负序分量。在中，新能源场站并网点侧的电流正序分量是唯一受到新能源场站控制策略影响的分量，能源场站并网点侧的电流零序分量与远端到故障点的故障相电流均不受其控制策略的影响。由于新能源场站的控制策略限制最大不能超过1.5p.u.(p.u.是标幺值“per unit”的缩写；1p.u.＝220v)，与其他分量相比所占比例很小，因此在中对其分子分母相位差的影响很小，进而新能源场站的接入对此计算的影响也会很小，所以计算得到的等效阻抗的值更接近于真实值，这保证了继电器的可靠动作。此外，由于的存在，将的值限制在了一个合理的范围内，从而避免了等效阻抗的实部过大而引起新能源场站并网点侧的距离保护继电器的误动。
在上述分析的基础上，进一步对两相短路接地故障时新能源场站并网点侧的等效阻抗加以分析。在图2所示的新能源场站并网电网***中，当线路25处发生两相短路接地故障时，其等值电路如图5所示，其中，分别为新能源场站并网点侧的第一故障相电压和第二障相电压，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻。根据基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's Voltage Law，简写为KVL)列出方程：
将两个等式相加，等式两边再同时除以由此得到新的两相短路接地故障测量阻抗公式如下：
式中，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。与分析公式(2)类似，在公式(4)中，若令则的分母用序分量可表示为：
式中K的值与短路的两相有关，如果是BC相短路，则K为a2+a，其中a为旋转因子，a＝ej120°。等式右端第一项由于变流器输出电流的限制，其正序分量电流很小，所以零序分量起主导作用，使得式(5)电流的幅值和相位都更接近于
同理，的分子用序分量表示为：
与前述分析类似，式(6)中的影响可以忽略，和不受新能源场站控制***影响，其相位差很小，近似认为两者同相位。通常情况下的值很小，所以式(6)电流的相位与几乎一致。
假设，在t＝2s时，线路25长度40％处发生BC两相短路接地，Rg＝5Ω，Rph＝5Ω，采用传统距离保护算法测得新能源场站并网点侧的实际测量阻抗为ZBC，而采用本发明方法计算BC两相短路接地故障时新能源场站并网点侧的等效阻抗为二者的对比图如图6所示，图6中，R表示阻抗值的实部，X表示阻抗值的虚部。；通过图6可见，按传统距离保护算法所得到的新能源场站并网点侧实际测量阻抗ZBC已落在保护整定阻抗值域四边形区域外，能源场站并网点侧的距离保护继电器不能正常切除故障；而本发明方法计算得到的新能源场站并网点侧的等效阻抗为落在保护整定阻抗值域四边形所包围的区域内，保证了新能源场站并网点侧的距离保护继电器能够可靠地启动保护动作。
步骤2)、将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
该步骤的具体实施方式是：若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
基于上述的距离保护方法，本发明还相应的提供了适用于新能源场站并网电网***的距离保护***，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护；其***构架如图7所示，包括检测处理模块和保护控制模块；其中，检测处理模块用于获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗；保护控制模块用于将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
其中，检测处理模块包括故障判断单元和检测计算单元；故障判断单元用于在新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，判断所述接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障；检测计算单元则用于计算新能源场站并网点侧的等效阻抗：
若为单相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数；
若为两相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。
而保护控制模块将等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动的具体方式为：若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
综上所述，本发明提出的距离保护方法及***，是根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据利用基尔霍夫电压定律计算出相应的新能源场站并网点侧等效阻抗，以等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较来执行新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的启动判定，在不调整保护整定阻抗值的情况下，能够实现对新能源场站并网点侧距离保护继电器保护动作的有效控制，提升其保护动作的正确率，能够更好的实现新能源场站并网点侧的距离保护，有助于减少因距离保护继电器误动或拒动对电网及用户造成的损失。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法，其特征在于，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护；该方法包括：
获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗；
将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
2.根据权利要求1所述适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法，其特征在于，计算新能源场站并网点侧的等效阻抗的具体步骤包括：
当新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，判断所述接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障；
若为单相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数；
若为两相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。
3.根据权利要求1所述适用于新能源场站并网电网***的距离保护方法，其特征在于，将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动的具体步骤包括：
若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；
若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
4.适用于新能源场站并网电网***的距离保护***，其特征在于，用于在电网***中新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，控制新能源场站并网点侧的距离保护继电器执行保护动作，以实现新能源场站并网点侧的距离保护；该***包括：
检测处理模块，用于获取接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，并根据新能源场站并网点侧在接地故障发生时刻实测的运行电流和运行电压数据，利用基尔霍夫电压定律计算出新能源场站并网点侧的等效阻抗；
保护控制模块，用于将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动。
5.根据权利要求4所述适用于新能源场站并网电网***的距离保护***，其特征在于，所述检测处理模块包括故障判断单元和检测计算单元；
所述故障判断单元用于在新能源场站并网点侧所在线路发生接地故障时，判断所述接地故障为单相短路接地故障还是两相短路接地故障；
所述检测计算单元用于计算新能源场站并网点侧的等效阻抗；
若为单相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rg为接地过渡电阻，为新能源场站并网点侧到故障点的故障相电流，为远端到故障点的故障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数；
若为两相短路接地故障，按照如下公式计算新能源场站并网点侧的等效阻抗
其中，Zf为接地故障发生时刻新能源场站并网点侧的距离保护继电器到故障点的正序阻抗，Rph和Rg分别为两个故障相之间的过渡电阻和接地过渡电阻，和分别为新能源场站并网点侧到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，和分别为远端到故障点的第一故障相电流和第二障相电流，为新能源场站并网点侧的电流零序分量，K0为零序补偿系数。
6.根据权利要求4所述适用于新能源场站并网电网***的距离保护***，其特征在于，所述保护控制模块将所述等效阻抗与预设的保护整定阻抗值进行比较，并根据比较结果确定新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动或不启动的具体方式为：
若所述等效阻抗小于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作启动；
若所述等效阻抗大于或等于预设的保护整定阻抗值，则控制新能源场站并网点侧距离保护继电器的保护动作不启动。
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