CN112018735A - 含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及*** - Google Patents

含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于电力***继电保护领域，提供了一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及***。其中，含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，包括获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率；根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。

Description

含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及***
技术领域
本发明属于电力***继电保护领域，尤其涉及一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着能源与环境危机的不断扩大，以可再生能源与清洁能源为主要形式的分布式电源规模快速增加，渗透率不断提高，使得配电网单电源网络转变为具有双向潮流的多电源网络，导致传统配电网的三段式电流保护失去选择性。为克服分布式电源接入带来的保护误动或拒动问题，在故障发生时，通常将故障及非故障区域的分布式电源无差别切除，严重限制了分布式电源的应用，同时影响电网的稳定运行。
国内外学者进而提出了多种新型保护原理，主要分为三类：基于本地信息改进传统过电流保护的新原理；结合分布式电源故障特征的自适应保护原理；基于通信网络采用双点或多点信息的新型保护原理。基于本地信息的改进原理存在保护延时以及协调配合困难的问题，且随着渗透率的增加，问题愈加严重；根据故障特征设置的保护原理仅能有效作用于某一种类型的分布式电源，无法适用不同类型的分布式电源；基于多点信息的保护原理对通信要求较高，现场条件在短期内无法满足。电流差动保护为等双点信息保护原理对故障线路具有良好的选择性，但对数据同步要求较高，现有配电网配置同样难以满足要求。
综上所述，现有的配电网保护方法不适用于含高渗透率分布式电源配电网，无法实现可靠切除现场线路故障的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法及***，其拟利用线路两端的有功功率差动量作为主判据，能够可靠识别故障区段，并有效降低保护对双端数据同步的要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法。
一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，包括：
获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率；
根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
本发明的第二个方面提供一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护***。
一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护***，包括：
功率计算模块，其用于获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率；
保护判定模块，其用于根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件；克服了传统配电网的三段式电流保护在分布式电源接入后存在误动或拒动的缺陷，无需在故障发生后使分布式电源离网，有益于分布式电源的进一步应用。
本发明利用线路的双端信息进行故障识别，不受分布式电源渗透率提高的影响，能够在不同故障类型、不同过渡电阻等条件下可靠识别故障，且当发生线路端部的金属性故障时，不受电压跌落的影响，可有效识别故障发生。
本发明使用功率量作为故障识别的依据，对线路两端数据的同步要求低，抗同步误差能力强，适用于现有配电网的通信条件。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的故障识别流程示意图；
图2为本发明实施例的功率差动保护应用示意图；
图3为本发明实施例中的配电网线路结构示意图；
图4为本发明实例的A相差动功率及制动功率示意图；
图5为本发明实例的B相差动功率及制动功率示意图；
图6为本发明实例的C相差动功率及制动功率示意图；
图7为本发明实例在双端数据非同步条件下的差动功率及制动功率示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
参照图1，本实施例的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，包括：
步骤1：获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率。
附图3为10kV含高渗透率分布式电源配电网的示意图，含A～E共5条线路。G1为***侧电源，DG为分布式电源，T1为变压器，CB为断路器。在本实施例中，分布式电源渗透率为30％，Line E中点处发生BC相间故障。
在具体实施中，Line E两侧保护分别实时采集本侧的电压及电流采样值，电流参考方向以母线流向线路为正。
两侧母线流向线路的有功功率PMj、PNj的计算如式(1)所示。
Figure BDA0002629378730000051
其中，下标j表示线路的相别，分为A、B、C三相，UMj与UNj分别表示母线两侧电压，IMj与INj分别表示两侧母线流向线路的电流。
具体地，线路两侧保护采用傅里叶算法分相计算Bus5侧电压相量值
Figure BDA0002629378730000052
Figure BDA0002629378730000053
及电流相量值
Figure BDA0002629378730000054
Bus6侧电压相量值
Figure BDA0002629378730000055
及电流相量值
Figure BDA0002629378730000056
根据式(2)计算母线流向线路的有功功率，并经通信网络传输有功功率及电流幅值至对侧保护，如图2所示。
Figure BDA0002629378730000057
步骤2：根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
在具体实施中，当电压幅值高于设定阈值时，选择主判据：若差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
当电压幅值跌落并低于或等于设定阈值时，选择辅助判据：若配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
具体地，取电压阈值为0.4Urated。由于U5A、U5B、U5C以及U6A、U6B、U6C均高于设定阈值，故使用功率差动保护主判据进行故障识别。
当发生线路始末端的低过渡电阻故障时，母线电压跌落至0附近，需使用辅助判据进行判别。
即UMj>(0.2～0.5)Urated或UNj>(0.2～0.5)Urated时，选取功率差动主判据进行判别，否则选取辅助判据。其中，Urated表示当前母线的额定相电压值。
差动有功功率Pdj及制动有功功率Presj如式(3)所示可得，当满足式(4)时，则判定线路发生故障。
Figure BDA0002629378730000061
Figure BDA0002629378730000062
其中，Pset为最低门槛值，取值为5％～10％的线路负荷。
当电流幅值满足IMj<(0.3～0.6)INj或INj<(0.3～0.6)IMj时，则判定线路发生故障。
在其他实施例中，两侧母线流向线路的电流差异值也可选择其他数值。
例如：取Presj＝0.4(|P5j|+|P6j|)，则差动功率以及制动功率如附图4-图6所示，在t＝1s发生故障后，PdA＝0.01MW，PresA＝0.34MW，PdB＝0.91MW，PresB＝0.48MW，PdC＝0.78MW，PresC＝0.41MW，即B相及C相差动功率大于制动功率，满足主判据，故保护跳闸，切除故障线路。
就本实施例而言，当线路双端数据存在1/4、1/2以及3/4周波的同步误差时，差动功率及制动功率如附图7所示，在故障发生后，差动功率仍大于制动功率，保护可靠跳闸。
本实施例根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件；克服了传统配电网的三段式电流保护在分布式电源接入后存在误动或拒动的缺陷，无需在故障发生后使分布式电源离网，有益于分布式电源的进一步应用。
实施例二
本实施例提供了一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护***，其包括：
(1)功率计算模块，其用于获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率。
附图3为10kV含高渗透率分布式电源配电网的示意图，含A～E共5条线路。G1为***侧电源，DG为分布式电源，T1为变压器，CB为断路器。在本实施例中，分布式电源渗透率为30％，Line E中点处发生BC相间故障。
在具体实施中，Line E两侧保护分别实时采集本侧的电压及电流采样值，电流参考方向以母线流向线路为正。
两侧母线流向线路的有功功率PMj、PNj的计算如式(1)所示。
Figure BDA0002629378730000081
其中，下标j表示线路的相别，分为A、B、C三相，UMj与UNj分别表示母线两侧电压，IMj与INj分别表示两侧母线流向线路的电流。
具体地，线路两侧保护采用傅里叶算法分相计算Bus5侧电压相量值
Figure BDA0002629378730000082
Figure BDA0002629378730000083
及电流相量值
Figure BDA0002629378730000084
Bus6侧电压相量值
Figure BDA0002629378730000085
及电流相量值
Figure BDA0002629378730000086
根据式(2)计算母线流向线路的有功功率，并经通信网络传输有功功率及电流幅值至对侧保护。
Figure BDA0002629378730000087
(2)保护判定模块，其用于根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
在具体实施中，当电压幅值高于设定阈值时，选择主判据：若差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
当电压幅值跌落并低于或等于设定阈值时，选择辅助判据：若配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
具体地，取电压阈值为0.4Urated，由于U5A、U5B、U5C以及U6A、U6B、U6C均高于设定阈值，故使用功率差动保护主判据进行故障识别。
当发生线路始末端的低过渡电阻故障时，母线电压跌落至0附近，需使用辅助判据进行判别。
即UMj>(0.2～0.5)Urated或UNj>(0.2～0.5)Urated时，选取功率差动主判据进行判别，否则选取辅助判据。其中，Urated表示当前母线的额定相电压值。
差动有功功率Pdj及制动有功功率Presj如式(3)所示可得，当满足式(4)时，则判定线路发生故障。
Figure BDA0002629378730000091
Figure BDA0002629378730000092
其中，Pset为最低门槛值，取值为5％～10％的线路负荷。
当电流幅值满足IMj<(0.3～0.6)INj或INj<(0.3～0.6)IMj时，则判定线路发生故障。
在其他实施例中，两侧母线流向线路的电流差异值也可选择其他数值。
例如：取Presj＝0.4(|P5j|+|P6j|)，则差动功率以及制动功率如附图4、5、6所示，在t＝1s发生故障后，PdA＝0.01MW，PresA＝0.34MW，PdB＝0.91MW，PresB＝0.48MW，PdC＝0.78MW，PresC＝0.41MW，即B相及C相差动功率大于制动功率，满足主判据，故保护跳闸，切除故障线路。
就本实施例而言，当线路双端数据存在1/4、1/2以及3/4周波的同步误差时，差动功率及制动功率如附图7所示，在故障发生后，差动功率仍大于制动功率，保护可靠跳闸。
本实施例根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件；克服了传统配电网的三段式电流保护在分布式电源接入后存在误动或拒动的缺陷，无需在故障发生后使分布式电源离网，有益于分布式电源的进一步应用。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
本实施例根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件；克服了传统配电网的三段式电流保护在分布式电源接入后存在误动或拒动的缺陷，无需在故障发生后使分布式电源离网，有益于分布式电源的进一步应用。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
本实施例根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件；克服了传统配电网的三段式电流保护在分布式电源接入后存在误动或拒动的缺陷，无需在故障发生后使分布式电源离网，有益于分布式电源的进一步应用。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，包括：
获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率；
根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
2.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，当电压幅值高于设定阈值时，选择主判据。
3.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，若差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
4.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，当电压幅值跌落并低于或等于设定阈值时，选择辅助判据。
5.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，若配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件，则判定本段线路发生故障并发出跳闸命令。
6.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，电流参考方向以母线流向线路为正。
7.如权利要求1所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法，其特征在于，当发生线路始末端的低过渡电阻故障时，母线电压跌落至0附近，使用辅助判据进行判别。
8.一种含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护***，其特征在于，包括：
功率计算模块，其用于获取配电线路两侧的电压及电流，分相计算配电线路两侧电压及电流的相量值、母线流向线路的有功功率、差动有功功率及制动有功功率；
保护判定模块，其用于根据母线电压跌落情况选择主辅判据，判定本段线路故障及保护情况；其中，主判据为差动有功功率均大于制动有功功率及最低门槛值；辅助判据为配电线路两侧电流幅值差异满足设定条件。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的含高渗透率分布式电源配电网的功率差动保护方法中的步骤。
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