一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案制造技术

本发明专利技术公开了一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案，包括如下步骤：（1）建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型；（2）分析故障条件下分布式电源的故障特性及其对配电网电流保护的影响；（3）搭建主动配电网保护系统架构，根据断路器处故障电流方向，完成故障线路的定位；（4）利用分布式电源并网与配电网保护动作时间时序配合的主动配电网重合闸方案；该发明专利技术能够消除DG接入对配电网保护产生的影响，同时利用电流故障分量作为特征电气量，去除了负荷电流对于保护方案的影响，具有较高的可靠性。所提重合闸方案不改变配电网原有的保护配置，且不依靠通信网络，具有很强的经济优势和工程实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案所属领域本专利技术属于配电网保护
，具体涉及一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案。
技术介绍
分布式电源的概念产生于20世纪80年代，是指在配电系统中靠近用户侧引入的容量不大的电源。随着太阳能、风能等小型发电技术的日益成熟，越来越多的方案是利用分散的资源来满足小型用户的需求。我国的分布式电源发展总体状况并不落后，但是受到资源条件、政策标准及技术类型差异等方面的限制，在光伏发电、热电联产等领域的发展仍处于初期，规模较小。虽然风力发电在过去7年装机容量增长50倍，但由于我国风电产业发展速度过快，行业标准和电网规划相对滞后，风机不具备低电压穿越等技术能力，导致风机不能正常并网发电。虽然在西部地区如宁夏银川等地也兴建了许多基于太阳能光伏发电的示范基地，但是我国用电市场分布与太阳能能源分布并不能完全吻合。作为用电量较大的东部地区，土地价格较为昂贵，若建设集中式的大型地面电站，无疑将大大提高成本，不利于太阳能发电的大规模推广；而在太阳能蕴藏丰富的西部地区发展集中式电站，又会出现电力长途运输的损耗问题。因此，未来国家在进一步做好小水电发展的同时，将会重点推进光伏发电和热电联产等分布式电源技术的发展。传统配电网保护是按照配电网的辐射特性，遵循选择性原则，通过保护设备的配合实现故障区域的隔离，以达到最小的失电范围，保证供电可靠性。而分布式电源接入后，配电网的单向潮流特性变为双向潮流特性，传统保护整定配合的前提已不存在，传统的三段式电流保护不再有效。同时，配电网结构复杂，分支较多，且部分配电网区域的量测能力有限，当前已有保护方案的工程实用性不强。结合实际发展和当下需求，如何解决分布式电源接入带来的影响并应对配电网的复杂条件是急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中的问题，提供了一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案，能够满足分布式电源接入，对于量测能力匮乏的配电网区域，可以不改变原有的配电网保护配置，亦不借助任何通信方式，实现方案在工程实施上的可行性和经济性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种计及分布式电源并网与重合闸时序配合的主动配电网保护方案，包括如下步骤：S1，建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型，模型简化后，逆变器直流侧电压保持恒定；S2，分析故障条件下分布式电源的故障特性及其对配电网电流保护的影响，所述逆变型分布式电源的电流故障特性取决于逆变器的控制策略；S3，针对配电网量测能力优良的区域，采用集中式和分层式相结合的结构形式，搭建主动配电网保护系统架构，通过比较故障发生前后保护装置内电流方向，完成故障线路的定位；S4，针对配电网量测能力匮乏的区域，利用分布式电源并网与配电网保护动作时间时序配合的主动配电网重合闸方案。作为本专利技术的一种改进，所述步骤2进一步包括：S21，对恒功率控制方式下逆变型分布式电源进行故障特性分析，逆变器输出功率在dq坐标系下的公式为：其中，P、Q为IIDG输出的有功功率和无功功率；ugd、ugq为电网电压的d、q轴分量；id、iq为逆变器输出电流的d、q轴分量；将d轴定向于电网电压矢量时，有：其中，ug为电网电压矢量幅值；将上述两式联立求解，得到逆变器PQ控制参考电流为：其中，Pref、Qref为IIDG的有功功率参考值和无功功率参考值；id.ref、iq.ref为正常运行时有功电流参考值和无功电流参考值；无功参考电流iq.ref.f由采取的低电压穿越特性确定；考虑到分布式电源的逆变器功率元件过流能力有限，设最大输出电流imax为额定电流in的α(1.2≤α≤1.5)倍，即imax＝αin，于是有：其中，id.ref.f、iq.ref.f为故障时有功电流参考值和无功电流参考值；S22，分析故障条件下分布式电源对配电网电流保护的影响：所述分布式电源对于其下游的保护装置有助增作用，保护装置处电流值增大；所述分布式电源对于其上游的保护装置，会造成系统流经保护装置的电流值减小。作为本专利技术的一种改进，所述步骤S3中主动配电网保护系统架构由上至下依次包含中央处理单元、区域决策单元和本地保护单元三个层次，所述每个断路器处均设有一个本地保护单元，用来接收上级区域决策单元对于断路器下达的动作命令，进而对断路器进行分合闸控制；所述区域决策单元设置于配电网分区内，每个分区内设置一个，用来接收各断路器处本地保护单元提供的电流故障分量方向判断信息，通过矩阵运算锁定故障区段，并将跳闸命令下发至相应的本地保护单元，由本地保护单元控制相应的断路器跳闸，完成故障区段的定位和切除；所述配电网内设有一个中央处理单元进行总体调度控制。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S3中电流故障分量方向采用“方向+幅值”的双重判别方法，所述“方向”判别方法为：若故障后电流方向不变且幅值增大，则电流故障分量方向与故障前电流方向相同；若故障后电流方向改变或者电流方向不变且幅值减小，则电流故障分量方向与故障前电流方向相反；所述“幅值”判别方法为：当故障位于保护区段之内时，区段两端电流相位差为0°；当故障位于保护区段之外或无故障发生时，区段两端电流相位差为180°。作为本专利技术的又一种改进，所述步骤S3中故障线路的定位包括以下步骤：S31，以常开型联络开关为界对配电网进行分区处理，对区域内母线进行编号1～n，母线i与母线j之间均装设有2个断路器；S32，根据区域网络拓扑中的母线数量n，建立并存储n×n阶零矩阵；S33，根据电流故障分量方向判据，若断路器i-j处电流故障分量方向与故障前电流方向相同，则Aij＝1(i≠j)；若断路器j-i处电流故障分量方向与故障前电流方向相反或者断路器j-i处没有检测到故障电流，则Aij＝0(i≠j)。进而得到故障判断矩阵DF，其矩阵元素如下所示：S34，将Aij与Aji执行逻辑异或运算，若则可以判定母线i与母线j之间线路正常；若则可以判定故障点位于母线i与母线j之间。作为本专利技术的更进一步改进，所述步骤S4进一步包括：S41，故障检测：实时检测DG和配电网公共耦合点,电压，一旦检测到由于配网故障导致PCC电压降低，立即断开DG与配电网的连接。S42，配网保护动作逻辑：若故障发生在馈线，无选择性的切除该馈线，经过Td延时重合该馈线。S43，DG再并网动作逻辑：判断故障区域，若检测到故障发生在PCC断路器上游，则经Tm延时等待配电网重合闸后，检测PCC的电压，准备同期并网，若满足同期条件，则表明配电网故障为瞬时故障，故障已消除；或者配电网故障为永久性故障，但是DG位于配电网故障上游；无论何种情况，DG均进行同期并网操作；若始终不满足并网条件，则表明配电网故障为永久性故障，并且DG位于配电网故障下游，DG继续保持离网状态。与现有技术相比，本专利技术提出了一种计及区域量测能力的主动配电网保护方案，具有的有益效果是：(1)本专利技术通过联络开关以及断路器在配电网网络拓扑中的位置实现了对配电网的分区处理，降低了集中式控制的网络矩阵阶数，加快了算法的运算速度，提升了保护装置的执行效率；(2)本专利技术无需对断路器电流动作值进行整定，规避了分布式电源注入电流对于保护技术的影响，降低了分布式电源接入下配电网保护装置误动、拒动的可能性，提高了配电网故障条件下的安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及区域量测能力的主动配电网保护方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型，模型简化后，逆变器直流侧电压保持恒定；S2，分析故障条件下分布式电源的故障特性及其对配电网电流保护的影响，所述逆变型分布式电源的电流故障特性取决于逆变器的控制策略,所述步骤进一步包括：S21，对恒功率控制方式下逆变型分布式电源进行故障特性分析，逆变器输出功率在dq坐标系下的公式为：

【技术特征摘要】
1.一种计及区域量测能力的主动配电网保护方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型，模型简化后，逆变器直流侧电压保持恒定；S2，分析故障条件下分布式电源的故障特性及其对配电网电流保护的影响，所述逆变型分布式电源的电流故障特性取决于逆变器的控制策略,所述步骤进一步包括：S21，对恒功率控制方式下逆变型分布式电源进行故障特性分析，逆变器输出功率在dq坐标系下的公式为：其中，P、Q为IIDG输出的有功功率和无功功率；ugd、ugq为电网电压的d、q轴分量；id、iq为逆变器输出电流的d、q轴分量；将d轴定向于电网电压矢量时，有：其中，ug为电网电压矢量幅值；将上述两式联立求解，得到逆变器PQ控制参考电流为：其中，Pref、Qref为IIDG的有功功率参考值和无功功率参考值；id.ref、iq.ref为正常运行时有功电流参考值和无功电流参考值；考虑到分布式电源的逆变器功率元件过流能力有限，设最大输出电流imax为额定电流in的α倍，1.2≤α≤1.5,即imax＝αin，于是有：其中，id.ref.f、iq.ref.f为故障时有功电流参考值和无功电流参考值；iq.ref.f由分布式电源采取的低电压穿越策略决定；S22，分析故障条件下分布式电源对配电网电流保护的影响：所述分布式电源对于其下游的保护装置有助增作用，保护装置处电流值增大；所述分布式电源对于其上游的保护装置，会造成系统流经保护装置的电流值减小；S3，针对配电网量测能力优良的区域，采用集中式和分层式相结合的结构形式，搭建主动配电网保护系统架构，通过比较故障发生前后保护装置内电流方向，完成故障线路的定位；S4，针对配电网量测能力匮乏的区域，利用分布式电源并网与配电网保护动作时间时序配合的主动配电网重合闸方案。2.如权利要求1所述的一种计及区域量测能力的主动配电网保护方法，其特征在于所述步骤S3中主动配电网保护系统架构由上至下依次包含中央处理单元、区域决策单元和本地保护单元三个层次，所述本地保护单元安装于断路器处，用来接收上级区域决策单元对于断路器下达的动作命令，进而对断路器进行分合闸控制；所述区域决策单元设置于配电网分区内，每个分区内设置一个，用来接收各断路器处本地保护单元提供的电流故障分量方向判断信息，通过矩阵运算锁定故障区段，并将跳闸命令下发至相应的本地保护单元，由本地保护单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，汤拓，朱玛，闫志坤，杨才明，裘愉涛，金乃正，范文超，高仁栋，章立宗，李勇，刘永新，凌光，秦建松，张金鹏，寿铠，
申请(专利权)人：东南大学，国网浙江省电力公司绍兴供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32