CN113848425A - 一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，基于不同接地方式下单相断线故障的中性点电压和零序电流特性构建了以中性点电压偏移量与相电流变化量作为断线保护判据，以序电流变化量作为故障选线判据。与现有的相电压、线电压的幅值与相位进行故障判别的方法相比不受***结构、负荷阻抗分布情况的影响，与小波变化法相比不受信号噪声的影响。本发明的保护判别方法设置简单，能够可靠识别单相断线故障的发生并区分单相断线和其他不对称短路故障，准确选择故障线路，不受故障位置、负荷分布和***不对称的影响，具有较高的灵敏度和可靠性。

Description

一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法

技术领域

本发明属于电力***继电保护方法技术领域，具体涉及一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法。

背景技术

目前，随着分布式电源接入，现代配电网的网络结构日益复杂，单相断线的故障概率随之增加。同时在电网电力电子化的趋势下，对电能的可靠性要求愈加提高。而断线故障往往伴随着电源侧电压的升高，容易导致分布式电源并网变流器内的电力电子器件超过容限阈值并造成器件损坏。因此，单相断线保护的意义显得日益重要。

现有的断线故障判别方法存在以下几点不足：其一，部分方法受负荷阻抗的分配影响较大，尤其对于公里数长、跨度较大的风电场以及面积分布较广的光伏电站的各支路馈线上的负荷普遍存不平衡性，以及负荷直接受天气等外界因素的影响也导致负荷的变化存在不确定性。在极端的情况下可能会导致各馈线支路的负荷差异较大以至于判别方法的不适用。其次，国内的风电场主变中性点的接地方式存在较大差异，部分方法不能同时适用于多种接地***。此外，部分方法也无法有效区分断线故障与短路故障之间的差异，不能为配电网隐患缺陷的查找、分析提供有利的帮助。例如：基于相电压、线电压的幅值与相位进行故障判别的方法仅适用于不接地***，同时当断线故障伴随电源侧接地时，在特定范围内会出现故障相电压大于非故障相电压，保护的可靠性不高。基于小波变化的单相断线故障判别的方法易受现场环境噪声等电磁干扰的影响。同时基于正序暂态分量小波变换模极大值进行故障选线的方法也受制于现场的CT配置方案，在仅有A、C两相CT时，当B相发生断线故障时难以判别。

综上所述，断线故障严重影响分布式配电网***的可靠运行，严重威胁新能源并网变流器电力电子器件安全运行，现有的方法在虽具有一定的可靠性和灵敏度，但不具备广泛的适用性，同时易受负荷阻抗以及环境噪声等因素的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，解决了现有方法不具备广泛的适用性、同时易受负荷阻抗以及环境噪声影响的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，包括以下步骤：

步骤1、确定分布式电源配电网***接地方式，即中性点不接地、中性点经小电阻接地、中性点经消弧线圈接地三种接地方式；

步骤2、根据三种接地方式确定***正常运行下的对地电容分布不平衡度；

步骤3、确定***各馈线支路中对地电容最大的支路，并确定该支路对地电容的三相值，即C_maxA、C_maxB、C_maxC；

步骤4、根据步骤2确定的不平衡度确定正常运行下的中性点电压U_unb；

步骤5、根据步骤3确定的对地电容三相值确定断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax；

步骤6、将正常运行下的中性点电压U_unb、断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax输入断线故障判别逻辑，判断线路状态是否满足断线故障条件；将当前时刻的母线相电流I_p(t)、前一个周期母线相电流I_p(t-T)输入闭锁判别逻辑；若满足断线故障判别条件且不闭锁条件，则启动元件动作，进入步骤7故障选线；若满足断线故障判别条件且满足闭锁条件则启动元件制动；若不满足断线故障判别条件则启动元件制动；

步骤7、计算所有馈线支路的正序电流变化幅值与负序电流变化幅值之比k_i，根据故障选线逻辑判断故障发生所在馈线。

本发明的特点还在于，

步骤1中确定分布式电源配电网***接地方式即确定风电场或光伏电站的主变中性点接地方式。

步骤2中确定的对地电容分布不平衡度包括：

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

其中，C_∑是***对地总电容，

是所有支路各相对地电容；α为旋转因子，j为复数表示符号，ω为***角频率，R_d为接地电阻，L_p为消弧线圈电感。

步骤4中确定的正常运行下的中性点电压U_unb包括：

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

其中，E_A为***正常运行的相电压U_P，K_kel为可靠系数。

步骤5中确定的断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax包括：

中性点不接地***的中性点电压偏移为：

中性点经小电阻接地***的中性点电压偏移为：

中性点经消弧线圈接地***的中性点电压偏移为：

其中，x＝d/Li为故障点到母线距离d与故障馈线长度Li，p为消弧线圈的过补偿度。

步骤6中的断线故障判别逻辑为：

K_kelU_unb<U₀<U_0bfmax

式中，U₀为故障发生时刻***中性点电压；

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

步骤6中的闭锁判别逻辑为：

I_p(t)-I_p(t-T)≤0

其中I_p(t)为故障当前时刻母线相电流的样本值，I_p(t-T)为前一个周期母线相电流的样本值，T为周期。

步骤7中的故障选线逻辑为：

其中：令

为故障馈线出口正序电流变化幅值与负序电流变化幅值之比；K_comp为补偿系数。

本发明的有益效果是：本发明一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，基于不同接地方式下单相断线故障的中性点电压和零序电流特性构建了以中性点电压偏移量与相电流变化量作为断线保护判据，以序电流变化量作为故障选线判据。与现有的相电压、线电压的幅值与相位进行故障判别的方法相比不受***结构、负荷阻抗分布情况的影响，与小波变化法相比不受信号噪声的影响。

附图说明

图1是中性点不接地***的电路连接关系示意图；

图2是中性点经小电阻接地***的电路连接关系示意图；

图3是中性点经消弧线圈接地***的电路连接关系示意图；

图4是本发明步骤6中的单相断线故障判断逻辑图；

图5是本发明步骤7中的单相断线等效复合序网图；

图6是本发明步骤7中的单相断线故障选线逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，以图1～图3配电网***为例，忽略线路阻抗和对地分布电导有(不接地***

)：

考虑正常运行时三相电容的不对称性，中性点不接地***的中性点不平衡电压可按如下公式计算；

中性点经小电阻接地***的中性点不平衡电压可按如下公式计算；

中性点经消弧线圈接地***的中性点不平衡电压可按如下公式计算；

其中，C_∑是***对地总电容，

是所有支路各相对地电容，α为旋转因子，α＝e^j120°,α²＝e^j240°；j为复数表示符号，ω是***角频率＝2πf，R_d为接地电阻，L_p为消弧线圈电感。

考虑断线故障时，中性点不接地***的中性点电压偏移可按如下公式计算：

中性点经小电阻接地***的中性点电压偏移可按如下公式计算：

中性点经消弧线圈接地***的中性点电压偏移可按如下公式计算：

其中：x＝d/Li为故障点到母线距离d与故障馈线长度Li，E_A为***正常运行的相电压U_P，p为消弧线圈的过补偿度。

1、断线故障中性点电压判别式如下

K_kelU_unb<U₀<U_0bfmax

式中，K_kel为可靠系数，可取1.1；U₀为故障发生时刻***中性点电压；

中性点不接地***即：

中性点经小电阻接地***即：

中性点经消弧线圈接地***即：

2、一些短路故障也会导致中性电压偏移。然而，单相断线故障不会引起母线相电流的上升。这里选择母线相电流变化作为闭锁判据，区分单相断线故障和其他短路故障。

其他不对称故障电流闭锁判别式即：

I_p(t)-I_p(t-T)≤0

其中I_p(t)为故障当前时刻母线相电流的样本值，I_p(t-T)为前一个周期母线相电流的样本值，T为

如图4所示。

3、根据图5单相断线故障下的等效复合序网图可以得到故障馈线断线前后的断口正负序电流变化量如下：

非故障馈线正负序电流变化量如下：

由上式可知，单相断线前后故障相馈线的正、负序电流变化相等，比值近似为1；非故障馈线的正、负序电流变化之比小于1。由于接地方式的差异只影响零序阻抗，正序电流和负序电流的变化量的与零序阻抗无关，所以此选线方式适用于各种接地方式。

如图6所示，断线故障选线判别式即：

其中：令

为故障馈线出口正序电流变化幅值与负序电流变化幅值之比；K_comp为补偿系数，考虑到信号噪声的影响，一般取0.2，输出比值0.8<k_i<1.2的所在支路作为故障支路。

通过上述方式，本发明一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，基于不同接地方式下单相断线故障的中性点电压和零序电流特性构建了以中性点电压偏移量与相电流变化量作为断线保护判据，以序电流变化量作为故障选线判据。与现有的相电压、线电压的幅值与相位进行故障判别的方法相比不受***结构、负荷阻抗分布情况的影响，与小波变化法相比不受信号噪声的影响。本发明的保护判别方法设置简单，能够可靠识别单相断线故障的发生并区分单相断线和其他不对称短路故障，准确选择故障线路，不受故障位置、负荷分布和***不对称的影响，具有较高的灵敏度和可靠性。现阶段随着风电场、光伏电站的装机容量不断增大，配电网的电容也越来越大；同时相比于传统的架空输电线路，地埋电缆的离地间隙更近，介电常数也更大，对地电容也更大，所以在配电网不断扩容和地埋电缆广泛应用的双重作用下，单相断线故障的中性电压特性越来越强，可以保证该方法的灵敏度。

Claims (8)

1.一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定分布式电源配电网***接地方式，即中性点不接地、中性点经小电阻接地、中性点经消弧线圈接地三种接地方式；

步骤2、根据三种接地方式确定***正常运行下的对地电容分布不平衡度；

步骤3、确定***各馈线支路中对地电容最大的支路，并确定该支路对地电容的三相值，即C_maxA、C_maxB、C_maxC；

步骤4、根据步骤2确定的不平衡度确定正常运行下的中性点电压U_unb；

步骤5、根据步骤3确定的对地电容三相值确定断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax；

步骤6、将正常运行下的中性点电压U_unb、断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax输入断线故障判别逻辑，判断线路状态是否满足断线故障条件；将当前时刻的母线相电流I_p(t)、前一个周期母线相电流I_p(t-T)输入闭锁判别逻辑；若满足断线故障判别条件且不闭锁条件，则启动元件动作，进入步骤7故障选线；若满足断线故障判别条件且满足闭锁条件则启动元件制动；若不满足断线故障判别条件则启动元件制动；

步骤7、计算所有馈线支路的正序电流变化幅值与负序电流变化幅值之比k_i，根据故障选线逻辑判断故障发生所在馈线。

2.如权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤1中确定分布式电源配电网***接地方式即确定风电场或光伏电站的主变中性点接地方式。

3.如权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤2中确定的对地电容分布不平衡度包括：

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

其中，C_∑是***对地总电容，

是所有支路各相对地电容；α为旋转因子，j为复数表示符号，ω为***角频率，R_d为接地电阻，L_p为消弧线圈电感。

4.如权利要求3所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤4中确定的正常运行下的中性点电压U_unb包括：

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

其中，E_A为***正常运行的相电压U_P，K_kel为可靠系数。

5.如权利要求4所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤5中确定的断线故障时中性点最大偏移电压U_0bfmax包括：

中性点不接地***的中性点电压偏移为：

中性点经小电阻接地***的中性点电压偏移为：

中性点经消弧线圈接地***的中性点电压偏移为：

其中，x＝d/Li为故障点到母线距离d与故障馈线长度Li，p为消弧线圈的过补偿度。

6.如权利要求5所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤6中的断线故障判别逻辑为：

K_kelU_unb<U₀<U_0bfmax

式中，U₀为故障发生时刻***中性点电压；

中性点不接地***为：

中性点经小电阻接地***为：

中性点经消弧线圈接地***为：

7.如权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤6中的闭锁判别逻辑为：

I_p(t)-I_p(t-T)≤0

其中I_p(t)为故障当前时刻母线相电流的样本值，I_p(t-T)为前一个周期母线相电流的样本值，T为周期。

8.如权利要求1所述的一种基于分布式电源的配电网单相断线故障判别方法，其特征在于，所述步骤7中的故障选线逻辑为：

其中：令

为故障馈线出口正序电流变化幅值与负序电流变化幅值之比；K_comp为补偿系数。

Images