基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法。该算法步骤为：利用保护装置测量线路两端电压与电流；计算故障前和故障后首末两端的测量阻抗，计算测量阻抗的模值与相角，并且提取故障后一个周期的测量阻抗，计算测量阻抗的模值与相角；计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量，针对两种情况：一种是上游电网向负载提供电流，另一种是下游逆变型分布式电源向上游电网回馈电能，分别分析故障区间与非故障区间在故障后测量阻抗的模值和相角的变化；进行模值判据与相角判据的判定，并进行参数整定；进行故障判断，若同时满足两个判据，则启动保护装置。本发明专利技术可以有效地识别区内和区外故障，针对不同故障选择不同的保护策略。

Line protection algorithm for AC microgrid based on impedance variation at both ends of line

The invention discloses an AC microgrid line protection algorithm based on measuring impedance changes at both ends of the line. The steps of the algorithm are as follows: measuring the voltage and current at both ends of the line with protective devices; calculating the measured impedance before and after fault, calculating the modulus and phase angle of the measured impedance, extracting the measured impedance in one period after fault, calculating the modulus and phase angle of the measured impedance; calculating the change of the measured impedance after fault. The variation of the magnitude and the phase angle can be divided into two cases: one is that the upstream grid provides current to the load, the other is that the downstream inverter-type distributed generation feeds back the energy to the upstream grid. The changes of the impedance and the phase angle between the fault section and the non-fault section are analyzed respectively, and the criterion of the modulus and the phase angle are carried out. Determine, and set the parameters; fault diagnosis, if two criteria are met at the same time, then start the protection device. The invention can effectively identify internal and external faults and select different protection strategies for different faults.

【技术实现步骤摘要】
基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法
本专利技术涉及电力系统继电保护
，特别是一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法。
技术介绍
分布式发电技术通过在配电网中建立独立的发电单元，利用功率控制器与外网进行功率交换，以保证重要负荷的供电可靠性。通过美国加州大停电事故，人们意识到小范围孤立电网在满足功率平衡的条件下，能够小规模稳定运行。至此，引发了电力学者对微电网的研究热潮。微电网是由分布式电源、储能装置以及负荷组成的一个区域性小型电力网络，结合能量控制系统，能够很好地解决分布式电源的随机性与波动性等固有缺陷，是目前分布式发电最有效的利用途径。目前微电网中的分布式电源通常是采用逆变器接口进行并网的逆变型分布式电源，当微电网内部发生故障时，为了保护电力电子器件不受损坏，逆变器的限流模块通常将逆变型分布式电源提供的短路电流限制在2倍额定电流以内。微电网不同的运行方式以及逆变型分布式电源灵活的并网位置，使得网内线路存在双向潮流的情况，这些特点导致传统配网中常用的过流保护难以直接运用到微电网当中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，能够满足微电网复杂故障特性且保证微电网安全稳定运行。解决本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，包括以下步骤：步骤1、利用保护装置测量线路两端电压与电流；步骤2、计算故障前和故障后线路首末两端的测量阻抗；步骤3、计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量；步骤4、进行模值判据与相角判据的判定，并进行参数整定；步骤5、若同时满足两个判据，则启动保护装置。进一步地，步骤2所述的计算故障前和故障后线路首末两端的测量阻抗，保护装置利用快速FFT变换，提取监测量，计算测量阻抗的模值与相角，并且提取故障后一个周期的测量阻抗，计算测量阻抗的模值与相角，测量阻抗Z计算公式为：其中，为母线上的测量电压，为母线上的测量电流。进一步地，步骤3所述的计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量，具体如下：针对系统故障后线路潮流方向的两种情况：一种是上游电网向负载提供电流，另一种是下游逆变型分布式电源向上游电网回馈电能，分别分析故障区间M、N1与非故障区间M、N2在故障后测量阻抗的模值和相角的变化；M为左侧母线，N1、N2为右侧母线；故障区间M、N1，上游电网向负载供电时，M、N1侧保护装置在故障后测量阻抗模值和相角的变化关系分别为：式中，|ΔZM|＝||ZM|-|Z'M||为M侧保护装置测量阻抗的模值变化量，ΔθZM为M侧保护装置在故障前和故障后测量阻抗的相角之差，|ΔZN1|＝||ZN1|-|Z'N1||为N1侧保护装置测量阻抗的模值变化量，ΔθZN1为N1侧保护装置在故障前和故障后测量阻抗的相角之差；ZM为故障前M侧保护装置测量阻抗、Z'M为故障后M侧保护装置测量阻抗、ZN1为故障前N1侧保护装置测量阻抗、Z'N1为故障后N1侧保护装置测量阻抗、θZM为故障前M侧保护装置测量阻抗的相角、θ'ZM为故障后M侧保护装置测量阻抗的相角、θZN1为故障前N1侧保护装置测量阻抗的相角、θ'ZN1为故障后N1侧保护装置测量阻抗的相角；故障区间M、N1，逆变型分布式电源向上游电网回馈电能时，M、N1侧保护装置在故障后测量阻抗模值和相角的变化关系分别为：非故障区间M、N2，上游电网向负载供电时，M、N2侧保护装置在故障后测量阻抗模值和相角的变化关系分别为：式中，|ΔZN2|＝||ZN2|-|Z'N2||为N2侧保护装置测量阻抗的模值变化量，ΔθZN2为N2侧保护装置在故障前后测量阻抗的相角之差；θZN2为故障前N2侧保护装置测量阻抗的相角、θ'ZN2为故障后N2侧保护装置测量阻抗的相角；非故障区间M、N2，逆变型分布式电源向上游电网回馈电能时，M、N2侧保护装置在故障后测量阻抗模值和相角的变化关系分别为：进一步地，步骤4所述的进行模值判据与相角判据的判定，并进行参数整定，具体如下：模值判据：故障区域M、N1两端保护装置的测量阻抗模值变化量|ΔZ|在故障后均显著上升，并超过设定的阀值|ZFA|，即：ΔZM为M侧保护装置测量阻抗的变化量、ΔZN为N侧包含N1、N2保护装置测量阻抗的变化量；其中阀值|ZFA|整定区间的计算公式为：式中，为系统正常运行时，保护装置测量阻抗的模值；Ki为逆变型分布式电源的短路过电流系数；为系统正常运行时，保护装置测量电压；为系统正常运行时，保护装置测量电流；Znormal为系统正常运行时，保护装置测量阻抗；Ki为逆变型分布式电源的短路过电流系数；相角判据：在故障发生后，故障区域M、N1两端保护装置的测量阻抗相角变化量|ΔθZ|，其中一端取值范围为0°±θL的情况下，另一端取值范围必定为180°±θL，其中灵敏度闭锁角θL的计算公式为：θL＝δTA+δPD+δL(8)式中，δTA为CT将电流从一次侧传到二次侧时产生的角度误差，δPD是保护装置的测量和计算误差，δL为裕量角。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)克服了微电网故障电流小而使得传统过流保护无法直接运行于微电网的情况，能够满足微电网复杂故障特性，保证微电网安全稳定运行；(2)采用故障前后测量阻抗相角的变化作为保护的辅助判据，可以有效地识别区内和区外故障，从而保证保护的选择性。附图说明图1是中压交流微电网的结构示意图。图2是并网微电网的结构示意图。图3是故障前和故障后测量阻抗变化向量图，其中(a)为M侧测量阻抗变化向量图，(b)N1侧测量阻抗变化向量图。图4是本专利技术基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法的流程图。图5是并网状态下区内f1点A相接地故障下仿真波形图。图6是并网状态下区外f2点A相接地故障下仿真波形图。具体实施方式本专利技术提出一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法。该方法针对微电网不同的运行方式以及逆变型分布式电源灵活的并网位置，使得网内线路存在双向潮流的情况，研究了满足微电网复杂故障特性的交流微电网线路保护问题。一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，首先建立了典型的中压交流微电网系统模型，通过序分量法分析并网状态和孤岛状态下微电网的故障特性，并仿真验证理论分析。由于系统故障后线路潮流方向会出现两种情况，分别分析故障区间与非故障区间在故障后测量阻抗模值和相角的变化并进行分析总结，针对故障后故障区间与非故障区间测量阻抗变化特点的不同，提出测量阻抗的模值判据与相角判据并进行参数整定，若同时满足两个判据，则保护装置动作，实现了满足微电网复杂故障特性的交流微电网线路保护。结合图1，本专利技术提出的基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，具体步骤如下：步骤1、利用保护装置测量线路两端电压与电流。步骤2、计算故障前和故障后首末两端的测量阻抗。线路首末两端测量阻抗计算公式为：其中，为母线上的测量电压，为母线上的测量电流。保护装置利用快速FFT变换，提取监测量，计算测量阻抗的模值与相角，并且提取故障后一个周期的测量电压电流，利用测量阻抗公式进行计算，同样通过快速FFT变换提取监测量，得到故障后测量阻抗的模值与相角。步骤3、计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量。结合图2，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用保护装置测量线路两端电压与电流；步骤2、计算故障前和故障后线路首末两端的测量阻抗；步骤3、计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量；步骤4、进行模值判据与相角判据的判定，并进行参数整定；步骤5、若同时满足两个判据，则启动保护装置。

【技术特征摘要】
1.一种基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用保护装置测量线路两端电压与电流；步骤2、计算故障前和故障后线路首末两端的测量阻抗；步骤3、计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量；步骤4、进行模值判据与相角判据的判定，并进行参数整定；步骤5、若同时满足两个判据，则启动保护装置。2.根据权利要求1所述的基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，其特征在于，步骤2所述的计算故障前和故障后线路首末两端的测量阻抗，保护装置利用快速FFT变换，提取监测量，计算测量阻抗的模值与相角，并且提取故障后一个周期的测量阻抗，计算测量阻抗的模值与相角，测量阻抗Z计算公式为：其中，为母线上的测量电压，为母线上的测量电流。3.根据权利要求1所述的基于线路两端测量阻抗变化的交流微电网线路保护算法，其特征在于，步骤3所述的计算故障后测量阻抗的变化量与相角的变化量，具体如下：针对系统故障后线路潮流方向的两种情况：一种是上游电网向负载提供电流，另一种是下游逆变型分布式电源向上游电网回馈电能，分别分析故障区间M、N1与非故障区间M、N2在故障后测量阻抗的模值和相角的变化；M为左侧母线，N1、N2为右侧母线；故障区间M、N1，上游电网向负载供电时，M、N1侧保护装置在故障后测量阻抗模值和相角的变化关系分别为：式中，|ΔZM|＝||ZM|-|Z'M||为M侧保护装置测量阻抗的模值变化量，ΔθZM为M侧保护装置在故障前和故障后测量阻抗的相角之差，|ΔZN1|＝||ZN1|-|Z'N1||为N1侧保护装置测量阻抗的模值变化量，ΔθZN1为N1侧保护装置在故障前和故障后测量阻抗的相角之差；ZM为故障前M侧保护装置测量阻抗、Z'M为故障后M侧保护装置测量阻抗、ZN1为故障前N1侧保护装置测量阻抗、Z'N1为故障后N1侧保护装置测量阻抗、θZM为故障前M侧保护装置测量阻抗的相角、θ'ZM为故障后M侧保护装置测量阻抗的相角、...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂杉杉，卜京，郑文哲，焦永辉，殷明慧，谢云云，姚娟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32