CN110994569A - 一种多层级协同配电网保护策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层级协同保护策略，为含兆瓦级光伏电站配电网保护提供了新的优化方法。其由兆瓦级光伏电站接入配电网后对电流保护产生的影响分析，积化和差相量算法、多层级协同保护策略组成。本发明以提高电流差动保护的可靠性和灵敏度为目标，针对故障后的非周期衰减分量，提出积化和差相量算法，将含兆瓦级光伏的配电网分为中心层、区域层与***层，提出了多层级保护的反时限保护架构，建立多层级协同保护策略，实现故障智能准确切除。

Description

一种多层级协同配电网保护策略

技术领域

本发明涉及一种用于配电网继电保护技术领域的多层级协同配电网保护策略。

背景技术

现有技术中，技术人员从多角度分析了光伏电站的接入对配电网故障电流保护，整定方案和保护配置的影响，但是均未对兆瓦级光伏电站接入后，配电网的故障情况和保护配置进行探讨，对保护的逐级配合问题也研究较少。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种多层级协同配电网保护策略，它提供了一种基于多层级协同策略的含兆瓦级光伏电站配电网保护优化方法。

实现上述目的的一种技术方案是：一种多层级协同配电网保护策略，用于含兆瓦级光伏电站的配电网，其特征在于，由兆瓦级光伏电站接入配电网后对电流保护产生的影响分析、积化和差相量算法及多层级协同保护策略组成，

所述兆瓦级光伏电站接入配电网后对电流保护产生的影响分析，分为光伏电站接入下游线路的对下游电流保护影响和接入上游线路的对上游线路电流保护影响两个维度；对于所述对下游电流保护影响，其使最大短路电流增大，使电流保护I段和II段失去选择性，电流保护III段灵敏度提高，选择性不受影响；对于所述对上游线路电流保护影响，其使电流保护I段、II段和II I段保护失去方向性，需要避开最大反向电流；

所述积化和差相量算法，其作用在于减少由于兆瓦级光伏电站通过10kV馈线接入后，直衰减分量对相量计算的影响；

所述多层级协同保护策略，其包含有多层级协同保护方案，以故障点为中心，将保护划分为中心层、区域层和***层，不同层级在范围上存在重叠和交叉，设置有敏感程度和隔离要应。

本发明的一种多层级协同配电网保护策略，根据其所涉及的兆瓦级光伏电站的接入对电流保护的影响分析，兆瓦级光伏电站的产生的助增电流，有助于对反时限过电流保护动作，但是有可能造成电流速断保护的误动。由于线路潮流可能反向，造成反时限保护的反向误动作；根据本发明涉及的优化电流差动保护，采用积化和差相量差动保护，降低故障后非周期衰减分量对相量计算的影响，提高的差动保护的可靠性和灵敏度；根据本发明涉及的提出多层级协同差动保护策略，按照配电网的结构，将配网分为中心层、区域层与***层，依据不同层级保护之间的阶梯时限原则，提供了多层级主保护的反时限保护架构，多层保护算法能够有效协同各类保护，实现故障智能切除。

附图说明

图1为本发明的一种多层级协同配电网保护策略的差动保护示意图；

图2为本发明的一种多层级协同配电网保护策略基于积化和差相量法的差动保护示意图；

图3为本发明的一种多层级协同配电网保护策略涉及的配电网多层级协同保护策略示意图；

图4为本发明的一种多层级协同配电网保护策略涉及的光伏电站的配电网多层级协同反时限保护架构示意图；

图5为本发明的一种多层级协同配电网保护策略涉及的多层级协同保护算法流程示意图。

具体实施方式

为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：

请参阅图1，本发明涉及的差动保护示意图。

含兆瓦级光伏电站的配电网是由电阻和电感性元件组成的，由于电感中的电流量不能突变，为维持电感中的电流在短路的初瞬间不变就产生了直流分量，此直流分量按其流经回路的时间常数衰减。如式1示即为非周期分量的表达式：

i″(t)＝Ae^-t/τ＝A(1+(-t/τ)+o(t²)) (1)

式中，A表示直流幅值，由短路的起始条件决定；τ为直流分量的衰减时间常数，由线路参数决定。其中恒直流分量和时间t的一次分量为衰减直流分量的主要成份，忽略o(t²)的影响，只考虑前两项。

电力***中相量是利用采样点经离散傅氏算法(Discrete Fourier Transform，DFT)计算得到，DFT的计算如式2：

式2并不能消除衰减直流分量的影响。对于实部，累加的范围从0至N-1，余弦并不对称，如图1所示，因此，须对计算式中余弦部分进行移位半格，达到对称的效果，如图2。

然后利用积化和差式对DFT的虚部进行处理，如式4示：

类似于实部的处理方法，将余弦移位半格如式5：

综上，利用式8和式9可在很大程度上减小直衰减分量对相量计算的影响；特别是对于误差较慢的直流分量，改进的计算算法在一个周波后即可得精确度很高的相量结果。

请参阅图3，是本发明涉及的配电网多层级协同保护策略示意图。

以故障点为中心，将保护划分为中心层、区域层和***层，不同层级在范围上存在重叠和交叉，敏感程度和隔离要应需设置，从而有效应对含光伏电站的配电网灵活多变的运行方式，形成含光伏电站的配电网多层级协同保护。

(1)中心层保护(corelayer protection，CLP)以单条线路作为保护的基本单元，是含光伏电站的线路的主保护。中心层保护采用分布式结构，即对含光伏电站的线路均装设保护单元，

(2)区域层保护(regional layer protection，RLP)面向多线路相连组成的区域，保护范围可依照含光伏电站的配电网馈线支路进行划分。

(3)***层保护(systemlayer protection，SLP)面向含光伏电站的配电网的母线(图2中Bus1)和公共连接点(point of commonconnection，PCC)，并监测含光伏电站的配电网并网或孤岛运行方式，自适应调整保护***的配置参数。

请参阅图4，为本发明涉及的含光伏电站的配电网多层级协同反时限保护架构示意图。

保护***由“中心层主保护—区域层多级后备保护—***层并网保护”组成，其故障区域利用多层差动电流识别，保护动作时间与故障严重程度相关，且不同层级保护之间通过阶梯时限原则实现协同配合，总体呈现阶梯式反时限差动保护特性。对于配电网故障，在***层设计反时限低电压保护，兼顾含光伏电站的配电网故障隔离和低电压穿越能力。

请参阅图5，为本发明涉及的多层级协同保护算法流程示意图。

为实现含光伏电站的配电网多层级协同保护方案，根据图4所示的协同策略，基于积化和差相量差动保护保护原理设计多层级协同保护算法

1)中心层保护：

(1)保护判据可直接应用的积化和差相量差动保护动作方程。

(2)若保护动作执行后故障仍未切除，则监测相应断路器状态并发送至区域层保护单元。

2)区域层保护：

(1)根据区域内拓扑结构，划分全部积化和差相量差动保护环并确定保护等级，如图4所示。

(2)对积化和差相量差动保护环配置区域后备保护判据。

(3)相邻相量差动保护环可能存在重叠，为尽可能减少故障的影响范围，规定同级相量差动保护环，位于含光伏电站的弱馈侧的保护优先级高，如图4中差动保护5优先级高于差动保护4。

(4)当线路发生故障时，结合上级保护传回的断路器状态和差动保护环的优先级，确定预动作的差动保护保护。

3)***层保护：

(1)监测光伏电站并网点状态，判断含光伏电站的运行方式，据此设置保护***的参数整定值。为避开含光伏电站的配电网运行方式切换过程的暂态影响，保护整定值的切换可设置一定延时。

(2)母线保护结合光伏电站并网点并网保护算法。

由于本实施例采用分析了兆瓦级光伏电站的接入对电流保护的影响。1)当光伏电站下游线路发生故障时，光伏电站会向故障点提供助增电流，助增电流有助于对反时限过电流保护动作，但是却有可能造成电流速断保护的误动。2)光伏电站上游线路发生故障时，***和光伏电站之间线路由原本的单端电源供电，变为双端电源供电，线路潮流可能反向，可能失去方向性，引起反向误动。

由于本实施例采用积化和差相量算法，传统DFT算法受到衰减直流分量的影响，在一个周波的延时后，其结果仍处于衰减振荡的过程中，误差较大。而改进的积化和差相量算法在经过点后便趋于稳定，可以得到精确度很高的计算结果，能够更好地适用于保护方案。

由于本实施例采用新型相量差动保护保护，根据故障电流动作区域可知，保护灵敏性高，且能够有效识别经过渡电阻的区内故障，具有一定的抗过渡电阻能力。

由于本实施例采用多层级协同保护方案，故障后线路的差动电流迅速增大，远大于保护启动电流，且差动电流与制动电流之比，开关跳闸，保护正确动作。线路的主保护是其对应的中心层保护，并由区域层保护提供II级和III级后备保护，若故障仍未切除，则上游线路保护可作为线路的远后备保护。多层级主保护之间能够正确协同配合。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种多层级协同配电网保护策略，用于含兆瓦级光伏电站的配电网，其特征在于，由兆瓦级光伏电站接入配电网后对电流保护产生的影响分析、积化和差相量算法及多层级协同保护策略组成，

所述兆瓦级光伏电站接入配电网后对电流保护产生的影响分析，分为光伏电站接入下游线路的对下游电流保护影响和接入上游线路的对上游线路电流保护影响两个维度；对于所述对下游电流保护影响，其使最大短路电流增大，使电流保护I段和II段失去选择性，电流保护III段灵敏度提高，选择性不受影响；对于所述对上游线路电流保护影响，其使电流保护I段、II段和III段保护失去方向性，需要避开最大反向电流；

所述积化和差相量算法，其作用在于减少由于兆瓦级光伏电站通过10kV馈线接入后，直衰减分量对相量计算的影响；

所述多层级协同保护策略，其包含有多层级协同保护方案，以故障点为中心，将保护划分为中心层、区域层和***层，不同层级在范围上存在重叠和交叉，设置有敏感程度和隔离要应。

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