一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法及系统，配电网各开关分别安装保护终端，保护终端具备定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护功能，工频电流保护和主动探测电流保护分别从正反两个方向按照时间级差逐级配合，完成配电网故障的隔离。保护终端具备故障自愈功能，通过检测主动探测信号电压的变化判断故障是否已隔离，若故障已隔离，闭合电源联络开关，恢复非故障区段的供电。探测信号由配电网中孤岛运行的分布式电源主动注入。利用了电力系统中分布式电源弹性可控的特性，在不需要通信的情况下，就地精准隔离故障区段，并且快速恢复非故障区域的供电，缩小故障停电范围，减少停电时间，提升配电网供电可靠性。电可靠性。电可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法及系统


[0001]本专利技术属于电力系统继电保护
，具体涉及一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法及系统。

技术介绍

[0002]我国配电网正在由传统的无源配电网转变为含高比例分布式电源的配电网，其故障处置面临新的挑战。
[0003]高比例分布式电源接入配电网将会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，这将直接改变系统中短路电流的方向和大小，对现有的以工频过流保护为主的保护配置产生严重的影响。由于分布式电源的助增或分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大或减小，它将改变保护的保护范围和灵敏度，若抬高过流保护定值，由于分布式电源提供的工频电流受限（小于1.2倍额定电流），分布式电源侧的保护可能拒动；若降低过流保护定值，由于分布式电源提供助增电流，电网侧的保护可能误动。另外，馈线自动化系统通过过流信号的检测来定位故障区段，由于分布式电源的大量接入，故障点两侧都有可能检测到过流信号，导致现有方法失效。

技术实现思路

[0004]配电网的新特性在给故障处置带来挑战的同时，也给配电网继电保护的进步带来了新机遇。新型配电网与传统配电网的一个重要区别在于，大量分布式电源、储能等设备通过变流器（电力电子设备）并入电网，而这些变流器本身具有高可控性。在电力电子设备通流能力允许的范围内，通过设计附加控制策略，使得电力电子装备在故障时注入常规故障状态下含量较少或没有的特征信号，保护装置识别特征信号即可完成故障的识别、定位进而实现故障的准确隔离和快速恢复，在解决分布式电源接入带来的新问题的基础上，也将有效解决配电网故障处置技术一直以来存在的顽疾，化不利条件为有利条件。
[0005]针对分布式电源大量接入配电网给故障处置带来的问题，本专利技术提出一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，通过分布式电源主动注入探测信号，实现了无通信条件下的配电网故障隔离与供电恢复，提升了供电可靠性。
[0006]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法：配电网各开关分别安装保护终端，所述保护终端具备定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护功能，所述工频电流保护和主动探测电流保护分别从正反两个方向按照时间级差逐级配合，完成配电网故障的隔离；所述保护终端具备故障自愈功能，通过检测主动探测信号电压的变化判断故障是否已隔离，若故障已隔离，则闭合电源联络开关，恢复非故障区段的供电；故障处理方法包括：
①
故障点上游的保护终端检测到工频电流超过设定门槛Iset1，由延时短的保护终端经延时t1跳闸切除故障；
②
故障切除后，分布式电源检测到孤岛运行状态，则改变控制策略，由电流源控制转变为电压源控制，主动注入探测信号S1；
③
故障点下游的保护终端检测到主动探测信号电流大于门槛Iset2，由延时短的保护终端经延时t2跳闸隔离故障；
④
故障隔离后，联络开关处的保护终端检测到主动探测信号电压变化，根据主动探测信号电压变化判断故障是否已隔离，响应于判定故障已隔离，经延时t3闭合开关，恢复非故障区段的供电。
[0007]所述定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护的时间级差逐级配合方法为：工频电流保护从正方向（母线流向线路）逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越长；主动探测电流保护从反方向（线路流向母线）逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越短。
[0008]所述分布式电源主动注入的探测信号为以下波形的一种或多种组合：二分频正弦波、三分频正弦波、大于250Hz的高次谐波、间谐波、脉冲方波。
[0009]所述分布式电源注入探测信号的开始时间和持续时间均可设定，开始时间为分布式电源检测到孤岛运行状态后，再经设定延时后开始注入；持续时间由定值设定。
[0010]所述分布式电源注入探测信号的时刻由设定的初相角决定，为0~360
°
的角度，一般设定为0
°
。
[0011]根据主动探测信号电压变化判断故障是否已隔离，包括：保护终端采集主动探测电压信号并计算其对称程度，当主动探测电压由不对称变为对称时，则判断故障已隔离完成；其中电压不对称的条件为：其中电压对称的条件为：式中：分别为主动探测电压信号的正序、零序、负序分量，
为不对称门槛；为主动探测电压正序分量门槛，为工频电压正序分量，为主动探测电压与工频电压正序分量的比值门槛。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法：配电网各开关分别安装保护终端，所述保护终端具备定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护功能，所述工频电流保护和主动探测电流保护分别从正反两个方向按照时间级差逐级配合，完成配电网故障的隔离；所述保护终端具备故障自愈功能，通过检测主动探测信号电压的变化判断故障是否已隔离，若故障已隔离，则闭合电源联络开关，恢复非故障区段的供电；故障处理方法包括：
①
故障点上游的保护终端检测到工频电流超过设定门槛Iset1，由延时短的保护终端经延时t1跳闸切除故障；
②
故障切除后，分布式电源检测到孤岛运行状态，则改变控制策略，由电流源控制转变为电压源控制，主动注入探测信号S1；
③
故障点下游的保护终端检测到主动探测电流大于门槛Iset2，由延时短的保护终端经延时t2跳闸隔离故障；
④
故障隔离后，孤岛运行的分布式电源主动注入探测信号S2；
⑤
响应于联络开关处的保护终端检测到主动探测信号由S1变为S2，判定故障已隔离，经延时t3闭合开关，恢复非故障区段的供电。
[0013]所述定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护的时间级差逐级配合方法为：工频电流保护从正方向（母线流向线路）逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越长；主动探测电流保护从反方向（线路流向母线）逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越短。
[0014]所述分布式电源主动注入的探测信号为以下波形的一种或多种组合：二分频正弦波、三分频正弦波、大于250Hz的高次谐波、间谐波、脉冲方波；所述分布式电源注入探测信号的开始时间和持续时间均可设定，开始时间为分布式电源检测到孤岛运行状态后，再经设定延时后开始注入；持续时间由定值设定。
[0015]所述分布式电源注入探测信号的时刻由设定的初相角决定，为0~360
°
的角度，一般设定为0
°
。
[0016]所述分布式电源注入的探测信号S1与探测信号S2为不同的波形。
[0017]作为第一方面、第二方面的优选方案，所述分布式电源注入的探测信号具有间歇性，即注入一段时间Tz后，则暂停注入一段时间Tn，如此循环往复。
[0018]这种情况下所述主动探测电流保护的动作条件包括：
①
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于，配电网各开关分别安装保护终端；所述保护终端具备定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护功能，所述工频电流保护和主动探测电流保护分别从正反两个方向按照时间级差逐级配合，完成配电网故障的隔离；所述保护终端具备故障自愈功能，通过检测主动探测信号电压的变化判断故障是否已隔离，若故障已隔离，则闭合电源联络开关，恢复非故障区段的供电；故障处理方法包括：
①
故障点上游的保护终端检测到工频电流超过设定门槛Iset1，由延时短的保护终端经延时t1跳闸切除故障；
②
故障切除后，分布式电源检测到孤岛运行状态，则改变控制策略，由电流源控制转变为电压源控制，主动注入探测信号S1；
③
故障点下游的保护终端检测到主动探测信号电流大于门槛Iset2，由延时短的保护终端经延时t2跳闸隔离故障；
④
故障隔离后，联络开关处的保护终端检测到主动探测信号电压变化，根据主动探测信号电压变化判断故障是否已隔离，响应于判定故障已隔离，经延时t3闭合开关，恢复非故障区段的供电。2.根据权利要求1所述的一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于：所述定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护的时间级差逐级配合方法为：工频电流保护从正方向逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越长；主动探测电流保护从反方向逐级配合，即越靠近电源侧的保护终端动作时间越短，其中所述正方向为母线流向线路，所述反方向为线路流向母线。3.根据权利要求1所述的一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于：分布式电源主动注入的探测信号为以下波形的一种或多种组合：二分频正弦波、三分频正弦波、大于250Hz的高次谐波、间谐波、脉冲方波；和/或，所述分布式电源注入探测信号的开始时间和持续时间均可设定，开始时间为分布式电源检测到孤岛运行状态后，再经设定延时后开始注入；持续时间由定值设定；和/或，所述分布式电源注入探测信号的时刻由设定的初相角决定，为0~360
°
的角度。4.根据权利要求1所述的一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于：分布式电源注入的探测信号具有间歇性，即注入一段时间Tz后，则暂停注入一段时间Tn，如此循环往复。5.根据权利要求4所述的一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于：所述主动探测电流保护的动作条件包括：
①
检测到所述的主动探测信号，且信号电流大于保护设定电流门槛；
②
检测到的主动探测信号满足所述的间歇性特征；
③
主动探测信号时间持续时间大于保护设定延时门槛；
④
主动探测电流与工频电流的比值大于设定门槛。6.根据权利要求1所述的一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于：根据主动探测信号电压变化判断故障是否已隔离，包括：
保护终端采集主动探测电压信号并计算其对称程度，当主动探测电压由不对称变为对称时，则判断故障已隔离完成；其中电压不对称的条件为：其中电压对称的条件为：式中：分别为主动探测电压信号的正序、零序、负序分量，为不对称门槛；为主动探测电压正序分量门槛，为工频电压正序分量，为主动探测电压与工频电压正序分量的比值门槛。7.一种主动探测式的配电网故障隔离与自愈方法，其特征在于，配电网各开关分别安装保护终端，所述保护终端具备定时限工频电流保护和定时限主动探测电流保护功能，所述工频电流保护和主动探测电流保护分别从正反两个方向按照时间级差逐级配合，完成配电网故障的隔离；所述保护终端具备故障自愈功能，通过检测主动探测信号电压的变化判断故障是否已隔离，若故障已隔离，则闭合联络开关，恢复非故障区段的供电；故障处理方法包括：
①
故障点上游的保护终端检测到工频电流超过设定门槛Iset1，由延时短的保护终端经延时t1跳闸切除故障；
②
故障切除后，分布式电源检测到孤岛运行状态，则改变控制策略，由电流源控制转变为电压源控制，主动注入探测信号S1；
③
故障点下游的保护终端检测到主动探测信号电流大于门槛Iset2，由延时短的保护终端经延时t2跳闸隔离故障；
④
故障隔离后，孤岛运行的分布式电源主动注入探测信号S2；
⑤<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兵，陈福锋，李玉平，陈栋，齐以年，张玮，薛明军，
申请(专利权)人：南京国电南自电网自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：