含高渗透率分布式电源的配电网的自适应电流保护方法技术

本发明专利技术公开了一种含高渗透率分布式电源的配电网的自适应电流保护方法，该方法将分布式电源进行戴维南等效，通过采集分布式电源并网点的电流电压信息，利用故障时分布式电源并网点的故障电流电压分量，实时地计算分布式电源的等效阻抗，代入整定值计算公式，实时地计算出保护的整定值。本发明专利技术可以有效地消除由于分布式电源接入配电网对电流保护带来的影响，避免电流保护的保护范围随分布式电源的接入容量的变化而变化的情况，其对于高渗透率分布式电源接入的配电网情况下，保证电流保护的正确动作具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于配电网电流保护领域，具体涉及一种含高渗透率分布式电源的配电网 的自适应电流保护方法。
技术介绍
随着化石燃料储量的枯竭和全球能源需求的不断增长，可再生能源的地位不断上 升。分布式电源通过利用风电、太阳能等可再生能源，提高了清洁能源利用效率、解决了偏 远农村地区电力供应问题，已成为世界各国促进节能减排、应对气候变化的重要措施之一。 但分布式电源接入配电网会将改变电网原有的单电源、放射状结构特征，使配电网中各支 路的潮流不再是单方向的流动，直接改变系统中短路电流的方向和大小，对现有的过流继 电保护产生了严重的影响。 通常可以将配电系统中DG容量与负荷容量相除得到的百分值定义为DG的渗透 率，将故障时系统侧电源提供的短路电流与DG提供的短路电流相除得到的值定义为刚度 比。一般认为当DG渗透率大于10%，刚度比小于20时，就需要考虑DG的接入对配电网保 护的影响。 如图1所示的典型配电网结构中，系统电源Sl接于母线A处，向配电网辐射性供 电，分布式电源SDG接于母线B处，母线B、C、D、E上都接有大小为2MW的负荷。当线路BC 发生一个三相接地Kl故障时，系统电源Sl和分布式电源SDG都会向故障点提供故障短路 电流，保护4所检测到的故障电流增加，即分布式电源SDG对保护4起助增作用，有利于保 护装置动作，提高了保护4的灵敏度，但由于保护4处的故障电流增大，使保护4的保护范 围增大，有可能导致下级线路故障时，本线路保护误动，保护失去选择性。同样由于系统电 源Sl和分布式电源SDG都会向故障点提供故障短路电流，致使线路BC电流增加，抬高了母 线B的电压，从而减少了系统电源向故障点提供的短路电流，保护3所检测到的短路电流减 少，即分布式电源SDG对保护3起到了外汲作用，降低了保护3的灵敏度，甚至会引起保护 3的拒动。 如图1所示，对于保护4而言，若其电流保护按照DG接入后最大出力、系统最大运 行方式进行整定，则当在DG退出运行或出力减少情况下发生故障时，保护感受到的短路电 流会随着DG输出功率的减小而下降，从而导致保护范围缩小，保护灵敏度下降。当分布式 电源渗透率高的情况下，甚至会出现保护范围缩至0而失效。对于保护3而言，若其电流保 护按照DG接入后最大出力、系统最大运行方式进行整定，则当在DG退出运行或出力减少情 况下发生故障时，保护感受到的短路电流会随着DG输出功率的减小而增加，从而导致保护 范围增加，保护灵敏度提高。当分布式电源渗透率高的情况下，甚至会出现保护范围延伸直 线条线路，失去了选择性。 就过上述分析，现有的电流保护整定设定方法不能适用于高渗透率分布式电源接 入配电网的情况，可能造成电流保护的误动作和拒动，严重地影响到了电力系统的可靠性。 因此，针对高渗透率分布式电源接入配电网对电流保护的影响，专利技术一种考虑高渗透率分 布式电源接入配电网的自适应电流保护方法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含高渗透率分布式电源的配电网的自适应电流保护， 以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术能够实现含高渗透率分布式电源配电网系统故障 时，消除分布式电源输出波动对电流保护的影响，使电流保护整定值能自适应于分布式电 源的输出能力，正确动作，提高电流保护的可靠性。 为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案： ，包括以下步骤： 步骤1、当含高渗透率分布式电源的配电网发生故障时，分布式电源并网点能够检 测到突变量，此时采集分布式电源并网点处的电流互感器和电压互感器的A、B、C三相电压 和电流； 步骤2、对采集得到的A、B、C三相电压和电流进行滤波和傅里叶基频提取，得到A、 B、C三相电压和电流的采样值； 步骤3、通过检测到突变量前一周波的采样值以及检测到突变量后一周波的采样 值计算得到三相电压和电流的故障分量值； 步骤4、由三相电压和电流的故障分量值，经过相模变换解耦为电流和电压的正、 负、零序故障分量； 步骤5、利用电流和电压的正序故障分量计算由戴维南定理等效的分布式电源的 等效背侧阻抗； 步骤6、利用分布式电源的等效背侧阻抗实时的计算分布式电源接入点上下游相 邻保护处的整定值； 步骤7、将各保护处的整定值与保护安装处实际测量得到的电流值进行比较，当实 际值大于计算所得整定值时，保护动作跳闸，隔离故障段。 进一步地，步骤3中三相电压和电流的故障分量值的计算公式如下： 其中，^表示故障期间分布式电源流向分布式电压源并网点的故障电流，即检测 到突变量时，利用此时刻前一周波的数据进行傅里叶提取基频分量的向量值；表示正 常运行状态下流向分布式电压源并网点的负荷电流，即检测到突变量时，利用此时刻前一 周波的数据进行傅里叶提取基频分量的向量值；^表示三相电流的故障分量值，表示 故障期间的故障电压，即检测到突变量时，利用此时刻前一周波的数据进行傅里叶提取基 频分量的向量值；?ζ?,表示正常运行状态下的分布式电压源并网点的电压，即检测到突变 量时，利用此时刻前一周波的数据进行傅里叶提取基频分量的向量值；^表示分布式电压 源并网点电压的故障分量值。 进一步地，步骤4中由三相电压和电流的故障分量值，经过相模变换解耦为电流 和电压的正、负、零序故障分量的公式如下： 其中，a = e.ll2〇，a2= e .124?且满足 1+a+a2= 0，a 3= 1，/、" /职分别为 A、 B、C三相的故障分量电流向量；分别为A、B、C三相的故障分量电压向量； \ .、 Ig Ig "分别为正、负、零三序的故障分量电流向量；C/& Ug 分别为正、 、- > 、 、'+ 负、零三序的故障分量电压向量。 进一步地，步骤5中利用电流和电压的正序故障分量计算由戴维南定理等效的分 布式电源的等效背侧阻抗的公式如下： 其中，ZD(；为所要计算的等效背侧阻抗值；为正序故障分量电压向量值；I=为 正序故障分量电流向量值。 进一步地，步骤6中利用分布式电源的等效背侧阻抗实时的计算分布式电源接入 点上下游相邻保护处的整定值的方法为：将分布式电源等效背侧阻抗带入到整定值计算公 式中，实时的计算各保护处的整定值；其中整定值计算公式如下： 分布式电源并网点下游相邻保护的I段保护电流的整定值： 其中Zs为系统等效阻抗；Z up为分布式电源并网点上游所有线路的等效阻抗之和； Ζτ#1为分布式电源并网点下游保护所保护线路的阻抗；为等效电源的相电动势；ZD(；为 分布式电源等效背侧阻抗值；为电流I段可靠系数； 分布式电源并网点上游相邻保护的II段保护电流的整定值： 其中Zs为系统等效阻抗；Z±#1为分布式电源并网点上游保护所保护线路的阻抗； 为分布式电源并网点下游相邻保护的电流I段保护整定值；ZD(；为分布式电源等效背 侧阻抗值；为电流II段可靠系数； 将分布式电源等效背侧阻抗带入到整定值计算公式中： 分布式电源并网点下游相邻保护的I段保护电流的整定值： 其中Zs为系统等效阻抗；Z up为分布式电源并网点上游所有线路的等效阻抗之和； Ζτ#1为分布式电源并网点下游保护所保护线路的阻抗为等效电源的相电动势；为 电流I段可靠系数，zD(；为分布式电源背侧等效阻抗；为正序故障分量电压向量值； 为正序故障分量电流向量值。 分布式本文档来自技高网...

【技术保护点】
含高渗透率分布式电源的配电网的自适应电流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、当含高渗透率分布式电源的配电网发生故障时，分布式电源并网点能够检测到突变量，此时采集分布式电源并网点处的电流互感器和电压互感器的A、B、C三相电压和电流；步骤2、对采集得到的A、B、C三相电压和电流进行滤波和傅里叶基频提取，得到A、B、C三相电压和电流的采样值；步骤3、通过检测到突变量前一周波的采样值以及检测到突变量后一周波的采样值计算得到三相电压和电流的故障分量值；步骤4、由三相电压和电流的故障分量值，经过相模变换解耦为电流和电压的正、负、零序故障分量；步骤5、利用电流和电压的正序故障分量计算由戴维南定理等效的分布式电源的等效背侧阻抗；步骤6、利用分布式电源的等效背侧阻抗实时的计算分布式电源接入点上下游相邻保护处的整定值；步骤7、将各保护处的整定值与保护安装处实际测量得到的电流值进行比较，当实际值大于计算所得整定值时，保护动作跳闸，隔离故障段。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铭铭，雷响，荆骁睿，周宁，马建伟，焦在滨，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：河南;41