一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，包括如下步骤：(1)建立电机型、半逆变型和逆变型三种主要类型的分布式电源短路故障特性分析模型；(2)根据三种类型分布式电源短路故障模型，分析T型接线为代表的多端线路在区内外故障时三端电流的幅相关系；(3)基于多端电流幅相关系，提出差动保护方案，设定多端电流差动保护的启动判据和复合动作判据；(4)利用基于光纤通道通讯的配电网多端信息同步技术，实现多端故障信息的同步传输。本发明专利技术够满足多端电源供电网络结构的保护要求，具备一定的可靠性与速动性。

A multi terminal differential protection method for active distribution network based on amplitude phase relationship

【技术实现步骤摘要】
一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法
本专利技术涉及配电网保护
，尤其是一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法。
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成熟，利用分散的资源来满足小型用户的需求。分布式发电技术具有诸多益处，但是，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。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，如何在分布式电源接入后仍能做到保护的正确配合是分布式发电保护的研究目标。随着分布式发电技术的不断发展，分布式电源在配电网中占的比重也越来越大。相应地，配电网的拓扑结构和潮流流向也日渐复杂，配电网由传统单向潮流的辐射状网络，逐渐发展为双向潮流的多端电源的有源配电网，T型和多端配电线路也逐渐出现在配电网中。作为主流的纵联保护策略，传统的双端电流差动保护策略难以适应这种多端电源供电的网络结构，存在较高的正常误动、故障拒动的风险。因此，有必要研究适应这种情况的多端电流差动的有源配电网保护策略。为适应大量DG的接入，国内外专家学者已针对相关配电网的保护展开大量研究工作，大多研究基于单端或双端保护，研究多端电流的配网保护较小，多端电流的保护主要在输电网络研究比较多。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，能够满足日渐复杂的配电网，实现保护区内的可靠动作和区外故障的可靠制动。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，包括如下步骤：(1)建立电机型、半逆变型和逆变型三种主要类型的分布式电源短路故障模型；根据建立的分布式电源故障模型，分析故障条件下各类分布式电源的故障特性及其对故障点短路电流幅值相位的影响；(2)根据不同类型分布式电源故障特性，分析以T型接线为代表的多端线路在区内外故障时三端电流的幅相关系；根据故障点和被保护区段间的不同位置关系，分析多端电流间幅相关系；(3)提出基于多端电流幅相关系的差动保护方案，设定多端电流差动保护的启动判据和复合动作判据；设定启动判据兼具区分部分区外故障的作用，复合动作判据为两个独立判据的逻辑与；(4)利用基于光纤通道通讯的配电网多端信息同步技术，实现同步端与参考端的信号同步；结合启动判据和复合动作判据，实现配电线路多端差动保护同步。优选的，步骤(1)具体为：(11)对电机型、半逆变型和逆变型分布式电源模型进行等效：电机型DG具有惯性，在发生短路故障时能够维持电动势不变，将其等效成电电压源串联端部电阻；半逆变型DG为双馈式感应发电机，在三相短路故障时，DG输出向故障点提供的短路电流包括工频稳态分量、工频暂态分量、转速频率暂态分量和直流暂态分量，其中，转速频率暂态分量忽略不记，并忽略定转子的漏抗；逆变型DG可等效为电流源并联阻抗；(12)对电机型、半逆变型和逆变型分布式电源模型进行故障特性分析：电机型DG的端部电阻与系统电源的等效阻抗相比较大，在故障瞬间，其短路电流达到6～10倍的额定电流，但小于系统提供的短路电流；故障前后，输出电压相位近似等于线路电压，其向短路点提供的短路电流与系统短路电流同相位；半逆变型DG的等效电压源故障前后不发生变化，与传统同步发电机类似，但其等效电压源大小与风场的风速等因素相关，难以保持恒定；逆变型DG的故障特性主要取决于所采用的低压穿越策略；短路故障时，逆变型DG具有低压穿越能力，向配网提供无功支持；根据逆变器的电力电子元件过流能力，确定逆变型DG向故障点提供的最大短路电流幅值、与系统短路电流之间的相位差。优选的，步骤(2)具体为：(21)针对双向潮流的多端电源供电的配电网，确定以T型接线多段线路为代表进行分析；(22)划分三端线路区段上故障点和被保护区段间的位置关系，位置关系包括故障点位于被保护区段内、被保护区段上游和下游；(23)根据故障点的不同位置，确定多端线路的有源配电网区段的端电流幅相关系；考虑区内DG为电机型、半逆变型和逆变型DG的极端情况，作出三端电流间的向量图，得出三端电流的幅相关系。优选的，步骤(3)具体为：(31)分析各端短路电流来源，比较其幅值大小，选取幅值较大者作为多端差动保护的启动信号；将另外两侧的短路电流进行标准化：利用ρ1，ρ2的幅值和相位特性来区别故障点是否位于保护区内部，其中IM为M侧流经的系统短路电流，Ip为P侧流经区内DG提供的电路电路，IN为N侧流经M侧和P侧的短路电流之总和；(32)多端保护系统检测相关信号启动保护系统；基于有源配电网故障分析，利用被保护区段中靠近系统侧M端的电流幅值作为保护启动信号：其中，IM为M侧流经的系统短路电流，IN为配网正常运行时的额定电流，k为灵敏度系数，依据三段式保护的过流保护特性，其值取1.3～1.5，以实现保护系统可靠启动；(33)在保护系统可靠启动的基础上，保护系统以M端参考端，将M端的电流分别和N端、P端的比较，形成两个独立的判据，即判据1和判据2：判据1:判据2:逻辑与连接两个独立判据形成综合动作判据，输出至跳闸信号，同时跳M，N和P端的断路器。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术提出的多端保护的动作判据，包括启动判据和复合动作判据，启动判据不仅可以用于启动保护，也可以用于区分故障点位于保护区上游的部分故障，兼具选择性，以保证速动性；(2)本专利技术所提判据中的动作判据为两个分判据的逻辑与，可以保证区内动作的可靠动作和区外故障的可靠制动；(3)本专利技术所提保护方案基于配电网的广域量测，较好地利用了线路和DG的量测信息，其整定值较为灵活，适应日渐复杂的配电网。附图说明图1为本专利技术的方法流程示意图。图2为本专利技术电机型分布式电源模型等效电路示意图。图3(a)为本专利技术半逆变型分布式电源模型等效电路示意图。图3(b)为本专利技术半逆变型分布式电源模型等效电路示意图。图4为本专利技术逆变型分布式电源模型等效电路示意图。图5为本专利技术多端线路的有源配电网故障点上游区段示意图。图6为本专利技术多端线路的有源配电网故障点上游区段电流间向量关系示意图。具体实施方式如图1所示，一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，包括如下步骤：(1)建立电机型、半逆变型和逆变型三种主要类型的分布式电源短路故障特性分析模型；根据建立的分布式电源故障模型，分析故障条件下各类分布式电源的故障特性及其对故障点短路电流幅值相位的影响；(2)根据不同类型分布式电源故障特性，分析以T型接线为代表的多端线路在区内外故障时三端电流的幅相关系；根据故障点和被保护区段间的不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)建立电机型、半逆变型和逆变型三种主要类型的分布式电源短路故障模型；根据建立的分布式电源故障模型，分析故障条件下各类分布式电源的故障特性及其对故障点短路电流幅值相位的影响；/n(2)根据不同类型分布式电源故障特性，分析以T型接线为代表的多端线路在区内外故障时三端电流的幅相关系；根据故障点和被保护区段间的不同位置关系，分析多端电流间幅相关系；/n(3)提出基于多端电流幅相关系的差动保护方案，设定多端电流差动保护的启动判据和复合动作判据；设定启动判据兼具区分部分区外故障的作用，复合动作判据为两个独立判据的逻辑与；/n(4)利用基于光纤通道通讯的配电网多端信息同步技术，实现同步端与参考端的信号同步；结合启动判据和复合动作判据，实现配电线路多端差动保护同步。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立电机型、半逆变型和逆变型三种主要类型的分布式电源短路故障模型；根据建立的分布式电源故障模型，分析故障条件下各类分布式电源的故障特性及其对故障点短路电流幅值相位的影响；
(2)根据不同类型分布式电源故障特性，分析以T型接线为代表的多端线路在区内外故障时三端电流的幅相关系；根据故障点和被保护区段间的不同位置关系，分析多端电流间幅相关系；
(3)提出基于多端电流幅相关系的差动保护方案，设定多端电流差动保护的启动判据和复合动作判据；设定启动判据兼具区分部分区外故障的作用，复合动作判据为两个独立判据的逻辑与；
(4)利用基于光纤通道通讯的配电网多端信息同步技术，实现同步端与参考端的信号同步；结合启动判据和复合动作判据，实现配电线路多端差动保护同步。


2.如权利要求1所述的基于幅相关系的有源配电网多端差动保护方法，其特征在于，步骤(1)具体为：
(11)对电机型、半逆变型和逆变型分布式电源模型进行等效：
电机型DG具有惯性，在发生短路故障时能够维持电动势不变，将其等效成电电压源串联端部电阻；
半逆变型DG为双馈式感应发电机，在三相短路故障时，DG输出向故障点提供的短路电流为三相短路包括工频稳态分量、工频暂态分量、转速频率暂态分量和直流暂态分量，其中，转速频率暂态分量忽略不记，并忽略定转子的漏抗；
逆变型DG可等效为电流源并联阻抗；
(12)对电机型、半逆变型和逆变型分布式电源模型进行故障特性分析：
电机型DG的端部电阻与系统电源的等效阻抗相比较大，在故障瞬间，其短路电流达到6～10倍的额定电流，但小于系统提供的短路电流；故障前后，输出电压相位近似等于线路电压，其向短路点提供的短路电流与系统短路电流同相位；
半逆变型DG的等效电压源故障前后不发生变化，与传统同步发电机类似，但其等效电压源大小与风场的风速等因素相关，难以保持恒定；
逆变型DG的故...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，陈佳铭，桑林卫，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32