CN109286202B - 大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法、装置和*** - Google Patents

大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法、装置和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法、装置和***，包括S1采集经联络线PQ两端保护1和保护2流过的电流，计算相应的电流相量；S2分别计算联络线两端电流相量的正序、负序和零序分量；S3分别计算***侧和逆变型电源侧的合成电流，以突出联络线两端负序电流差异；S4计算差动比值系数；S5分别计算三相中各相线的差动电流
Figure DDA0001747262890000011
S6设定保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，当满足Cdiff≤Krel，或
Figure DDA0001747262890000012
中任一条件，则判定为联络线区内故障；S7若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。本发明能够可靠区分区内、外故障和正常运行情况，克服传统电流差动保护低灵敏度的问题。

Description

大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法、装置和 ***
技术领域
本发明涉及电力***继电保护技术领域，特别是一种大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法、装置和***。
背景技术
以光伏电池、永磁直驱风力发电机为代表的逆变型电源(Inverter-interfacedgenerator,IIG)正大规模并入电网。与传统交流同步发电机组相比，逆变型电源主要由电力电子器件构成，一方面，这些电力电子器件耐过压和过流的能力较弱，另一方面，逆变型电源暂态响应时间短，具有非线性、强耦合的特点，其故障特性主要由故障期间的控制策略决定，这些灵活的故障控制策略导致逆变型电源的故障特性与传统电源的故障特性存在显著差异。以传统交流同步发电机故障特性为基础的电网故障分析方法、保护原理、保护整定方法均出现适应性问题。
继电保护作为电力***安全稳定运行的第一道防线，逆变型电源送出联络线保护性能的降低对电网安全构成了极大的威胁，保护性能恶化的问题也成为制约逆变型电源发展的关键性问题。
当前大规模逆变型电源送出联络线主要采用纵联距离保护和电流差动保护作为主保护。纵联距离保护通过联络线两端距离保护判断区内外故障，但是该保护不耐受过渡电阻，保护测量阻抗易受故障期间逆变型电源的故障电流特性影响，不能反映真实的故障距离。传统的电流差动保护对于区内外故障具有绝对的选择性，但是受大规模逆变型电源故障限流特性的影响，传统基于故障全电流的电流差动保护方案存在灵敏度不足的问题，对于联络线区内故障，保护可能拒动。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：基于正序分量控制策略下逆变型电源的故障电流特性，提出一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法，克服大规模逆变型电源故障限流特性下，逆变型电源联络线传统电流差动保护灵敏度低、保护可能存在区内故障拒动的问题，保障大规模逆变型电源的并网安全可靠运行。
本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法，电网包括母线P、母线Q以及母线P和母线Q之间的联络线PQ，逆变型电源通过主变压器连接至联络线PQ***侧的对侧，联络线PQ的***侧和逆变型电源侧分别设置保护1和保护2；
方法包括：
S1，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并计算相应的电流相量；
S2，基于S1得到的电流相量，分别计算经保护1和保护2流过联络线两端电流的正序、负序和零序分量；
S3，基于S2得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
S4，计算逆变型电源侧合成电流与***侧合成电流的比值，将其作为差动比值系数Cdiff；
S5，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000021
Figure BDA0001747262870000022
其中，
Figure BDA0001747262870000023
Figure BDA0001747262870000024
和
Figure BDA0001747262870000025
分别为联络线
Figure BDA0001747262870000026
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
S6，根据预设的保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000027
进行以下判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure BDA0001747262870000028
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障，或者***处于正常运行状态；
S7，根据S6的判断结果执行保护动作，若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
优选的，S1中，利用傅里叶算法计算流过联络线PQ两端的电流相量。傅里叶算法为现有技术。
优选的，S2中，基于S1得到的电流相量，利用对称分量法计算电流相量的正序、负序和零序分量。对称分量法为现有技术，对于流过保护1的电流相量
Figure BDA00017472628700000311
和流过保护2的电流相量
Figure BDA0001747262870000031
利用对称分量法可得流过保护1的电流即***侧电流各序分量为
Figure BDA0001747262870000032
和
Figure BDA0001747262870000033
流过保护2的电流即逆变型电源侧电流各序分量为
Figure BDA0001747262870000034
和
Figure BDA0001747262870000035
优选的，S3中，合成电流计算公式为：
Figure BDA0001747262870000036
其中，I为合成电流，
Figure BDA0001747262870000037
分别为电流正序、负序和零序分量，k为序电流缩放系数。此外，合成电流的计算过程中，也可采用其它算法分别对正序和零序电流进行缩小，以实现突出负序电流差异的目的。
优选的，基于式(1)的实施方式，S3中，序电流缩放系数k的取值范围为0.1-0.2，其值为经验值，可有效弱化正序电流分量和零序电流分量在故障全电流中的作用，突出联络线两端负序电流差异，提高差动比值系数判据的可靠性。
由式(1)，可得***侧合成电流为：
Figure BDA0001747262870000038
逆变型电源侧合成电流为：
Figure BDA0001747262870000039
优选的，S4中，差动比值系数Cdiff的计算公式为：
Figure BDA00017472628700000310
其中IIIG和Isys分别为逆变型电源侧和***侧的合成电流。
基于式(4)的差动比值系数计算方式，S6中，保护动作阈值Krel为1。
基于式(4)，更优选的，S6中，保护动作阈值Krel的取值范围为0.8-0.85。可使得保护逻辑判断结果更为可靠。
第二方面，本发明还公开一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护装置，电网包括母线P、母线Q以及母线P和母线Q之间的联络线PQ，逆变型电源通过主变压器连接至联络线PQ***侧的对侧，联络线PQ的***侧和逆变型电源侧分别设置保护1和保护2；
电流差动保护装置包括：
电流采集计算模块，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并计算相应的电流相量；
电流分量计算模块，基于已得到的电流相量，分别计算经保护1和保护2流过联络线两端电流的正序、负序和零序分量；
合成电流计算模块，基于已得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
差动比值系数计算模块，计算逆变型电源侧合成电流与***侧合成电流的比值，将其作为差动比值系数Cdiff；
差动电流计算模块，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000041
Figure BDA0001747262870000042
其中，
Figure BDA0001747262870000043
Figure BDA0001747262870000044
和
Figure BDA0001747262870000045
分别为联络线
Figure BDA0001747262870000046
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
保护逻辑判断模块，根据预设的保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000047
进行以下判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure BDA0001747262870000048
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障，或者***处于正常运行状态；
以及保护动作执行模块，根据保护逻辑判断结果执行保护动作：若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
第三方面，本发明还提供一种基于第一方面所述基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的***，其包括网络接口、存储器和处理器，其中：
网络接口用于***在与其它外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；
处理器用于在运行所述计算机程序指令时，执行第一方面任一项所述大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的步骤。
有益效果
1)本发明利用联络线区内、外故障情况下，联络线两端负序电流分量存在的差异，弱化正序电流分量和零序电流分量在故障全电流中的作用，可提高保护灵敏度，使得保护在不同运行方式、过渡电阻、故障位置、联络线长度下均能够正确动作，可确保大规模逆变型电源并网联络线的安全稳定运行；
2)本发明采用差动比值系数判据与传统电流差动保护判据相结合，形成了冗余的保护配置，更加提高了三相对称故障下保护动作的可靠性；
综上，本发明使得联络线保护能够可靠区分区内、外故障和正常运行情况，克服传统电流差动保护低灵敏度的问题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1所示为大规模逆变型电源接入电网结构示意图；
图2所示为本发明一种实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
参考图1所示，大规模逆变型电源接入电网的示意图如图1所示。电网包括母线P、母线Q以及母线P和母线Q之间的联络线PQ，逆变型电源通过升压主变压器连接至联络线PQ***侧的对侧，联络线PQ的***侧和逆变型电源侧分别设置保护1和保护2，构成联络线PQ的电流差动保护。电流正方向如图1中箭头所示，线路PQ上的故障应判为区内故障，线路PQ以外区域发生故障，则保护应判为区外故障。逆变型电源在故障期间采取正序分量控制策略。
实施例1
参考图2所示，本实施例为一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法，包括：
S1，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并利用傅里叶算法计算相应的电流相量
Figure BDA0001747262870000061
和
Figure BDA0001747262870000062
S2，基于S1得到的电流相量
Figure BDA0001747262870000063
和
Figure BDA0001747262870000064
分别利用对称分量法计算经保护1和保护2流过联络线两端电流的正序、负序和零序分量；其中保护1流过的电流即***侧电流各序分量为
Figure BDA0001747262870000065
Figure BDA0001747262870000066
和
Figure BDA0001747262870000067
保护2流过的电流即逆变型电源侧电流各序分量为
Figure BDA0001747262870000068
和
Figure BDA0001747262870000069
S3，基于S2得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
本实施例中，合成电流计算公式为：
Figure BDA00017472628700000610
其中，I为合成电流，
Figure BDA00017472628700000611
分别为电流正序、负序和零序分量，k为序电流缩放系数；
序电流缩放系数k取值范围为0.1-0.2，其值为经验值，可有效弱化正序电流分量和零序电流分量在故障全电流中的作用，突出联络线两端负序电流差异，提高差动比值系数判据的可靠性；
由式(1)，可得***侧合成电流为：
Figure BDA0001747262870000071
逆变型电源侧合成电流为：
Figure BDA0001747262870000072
S4，计算差动比值系数Cdiff为：
Figure BDA0001747262870000073
S5，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000074
Figure BDA0001747262870000075
其中，
Figure BDA0001747262870000076
Figure BDA0001747262870000077
和
Figure BDA0001747262870000078
分别为联络线
Figure BDA0001747262870000079
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
S6，设定保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure BDA00017472628700000710
进行保护逻辑判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure BDA00017472628700000711
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障，或者***处于正常运行状态；
保护动作阈值Krel可简单地设置成1，亦可在0.8-0.85之间进行取值，可使得保护逻辑的判断结果更为可靠。
S7，根据S6的判断结果执行保护动作，若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
本发明提出的基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法，利用联络线区内、外故障情况下，联络线两端负序电流分量存在的差异，弱化正序电流分量和零序电流分量在故障全电流中的作用，可提高保护灵敏度，使得保护在不同运行方式、过渡电阻、故障位置、联络线长度下均能够正确动作，可确保大规模逆变型电源并网联络线的安全稳定运行。
同时本发明采用差动比值系数判据与传统电流差动保护判据相结合，形成了冗余的保护配置，更加提高了三相对称故障下保护动作的可靠性。
实施例2
基于与实施例1同样的发明构思，本实施例为一种基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护装置，包括：
电流采集计算模块，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并计算相应的电流相量；
电流分量计算模块，基于已得到的电流相量，分别计算经保护1和保护2流过联络线两端电流的正序、负序和零序分量；
合成电流计算模块，基于已得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
合成电流计算公式可为：
Figure BDA0001747262870000081
其中，I为合成电流，
Figure BDA0001747262870000082
分别为电流正序、负序和零序分量，k为序电流缩放系数；序电流缩放系数k取值范围为0.1-0.2。
差动比值系数计算模块，计算逆变型电源侧合成电流与***侧合成电流的比值，将其作为差动比值系数Cdiff：
Figure BDA0001747262870000091
其中IIIG和Isys分别为逆变型电源侧和***侧的合成电流；
差动电流计算模块，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000092
Figure BDA0001747262870000093
其中，
Figure BDA0001747262870000094
Figure BDA0001747262870000095
和
Figure BDA0001747262870000096
分别为联络线
Figure BDA0001747262870000097
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
保护逻辑判断模块，根据预设的保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure BDA0001747262870000098
进行保护逻辑判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure BDA0001747262870000099
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障，或者***处于正常运行状态；
保护动作阈值Krel可简单地设置成1，亦可在0.8-0.85之间进行取值，可使得保护逻辑的判断结果更为可靠；
以及保护动作执行模块，根据保护逻辑判断结果执行保护动作：若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本实施例为一种基于第一方面所述基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的***，其包括网络接口、存储器和处理器，其中：
网络接口用于***在与其它外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；
处理器用于在运行所述计算机程序指令时，执行第一方面任一项所述基于负序分量的大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的步骤。
综上实施例，本发明充分利用区内故障期间正序分量控制下的逆变型电源联络线两端保护流过电流负序分量存在的显著差异，引入序电流缩放系数，分别计算联络线两端***侧和逆变型电源侧的合成电流，通过逆变型电源侧和***侧合成电流的比值构成本保护方法判别区内、外故障所需的差动比值系数。该系数对于区内、区外故障和正常运行情况具有良好的判断边界，保护动作可靠。由于本保护方法充分利用了联络线两侧电流负序分量之间的差异，克服了传统电流差动保护在逆变型电源故障限流特性影响下，区内故障时保护拒动的问题，大大提高了本保护方法的灵敏性，对确保大规模逆变型电源并网安全可靠运行，特别是对故障期间采取正序分量控制策略的逆变型电源并网联络线具有良好的应用前景。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法，电网包括母线P、母线Q以及母线P和母线Q之间的联络线PQ，逆变型电源通过主变压器连接至联络线PQ***侧的对侧；其特征是：联络线PQ的***侧和逆变型电源侧分别设置保护1和保护2；
方法包括：
S1，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并计算相应的电流相量；
S2，基于S1得到的电流相量，分别计算经保护1和保护2流过联络线PQ两端电流的正序、负序和零序分量；
S3，基于S2得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
S4，计算逆变型电源侧合成电流与***侧合成电流的比值，将其作为差动比值系数Cdiff；
S5，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure FDA0002404209030000011
Figure FDA0002404209030000012
其中，
Figure FDA0002404209030000013
Figure FDA0002404209030000014
和
Figure FDA0002404209030000015
分别为联络线
Figure FDA0002404209030000016
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
S6，根据预设的保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure FDA0002404209030000017
进行以下判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure FDA0002404209030000018
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障或者***处于正常运行状态；
S7，根据S6的判断结果执行保护动作，若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S1中，利用傅里叶算法计算流过联络线PQ两端的电流相量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S2中，基于S1得到的电流相量，利用对称分量法计算所述正序、负序和零序分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S3中，合成电流计算公式为：
Figure FDA0002404209030000021
其中，I为合成电流，
Figure FDA0002404209030000022
分别为电流正序、负序和零序分量，k为序电流缩放系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：序电流缩放系数k的取值范围为0.1-0.2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是：S4中，差动比值系数Cdiff的计算公式为：
Figure FDA0002404209030000023
其中IIIG和Isys分别为逆变型电源侧和***侧的合成电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：S6中，保护动作阈值Krel为1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是：S6中，保护动作阈值Krel的取值范围为0.8-0.85。
9.一种大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护装置，电网包括母线P、母线Q以及母线P和母线Q之间的联络线PQ，逆变型电源通过主变压器连接至联络线PQ***侧的对侧，联络线PQ的***侧和逆变型电源侧分别设置保护1和保护2；其特征是：电流差动保护装置包括：
电流采集计算模块，分别采集经保护1和保护2流过联络线PQ两端的电流，并计算相应的电流相量；
电流分量计算模块，基于已得到的电流相量，分别计算经保护1和保护2流过联络线两端电流的正序、负序和零序分量；
合成电流计算模块，基于已得到的***侧和逆变型电源侧的各序电流分量，按照预设的序电流缩放系数缩小其中的正序和零序电流，将缩小后的正序和零序电流，与负序电流相加，分别计算得到***侧和逆变型电源侧的合成电流；
差动比值系数计算模块，计算逆变型电源侧合成电流与***侧合成电流的比值，将其作为差动比值系数Cdiff；
差动电流计算模块，分别计算三相中联络线PQ上各相线的差动电流
Figure FDA0002404209030000031
Figure FDA0002404209030000032
其中，
Figure FDA0002404209030000033
Figure FDA0002404209030000034
和
Figure FDA0002404209030000035
分别为联络线
Figure FDA0002404209030000038
相上***侧和逆变型电源侧的电流相量；
保护逻辑判断模块，根据预设的保护动作阈值Krel以及分相电流差动保护整定值Iset，基于差动比值系数Cdiff以及各相线的差动电流
Figure FDA0002404209030000036
进行以下判断：
当满足Cdiff≤Krel，或
Figure FDA0002404209030000037
中任一条件，则判定为联络线区内故障，否则为联络线区外故障或者***处于正常运行状态；
以及保护动作执行模块，根据保护逻辑判断结果执行保护动作：若判断结果为联络线区内故障，则保护发出跳闸信号以将联络线故障区域从***中隔离出来。
10.一种基于权利要求1至8任一项所述大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的***，其特征是：包括网络接口、存储器和处理器，其中：
网络接口用于***在与其它外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
存储器用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；处理器用于在运行所述计算机程序指令时，执行权利要求1至8任一项所述大规模逆变型电源并网联络线电流差动保护方法的步骤。
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