一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法及装置。该方法能够有效解决因新能源电源大量并网带来的电力线路短路后故障特征不明显，而传统电流保护不能准确动作的难题。通过将线路短路故障后的新能源电源折算成同容量的传统发电机，进一步与原有传统发电机等效为一台传统发电机，计算出电源侧的等效内阻抗；通过线路短路故障后保护安装处测得的电压/电流量，计算出短路点侧的阻抗；进而利用原有传统发电机内电势，以及电源侧等效内阻抗和短路点侧阻抗的串联关系，计算出等效短路电流；最后，可参照常规分段式电流保护方法整定运行，判断出故障发生区间，进而有选择性地切除故障。该等效短路电流故障特征足够明显，能够解决大量新能源并网带来的故障区分度不够的问题，进而提升现有电流保护的性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法及装置，属于电力系统继电保护领域。

技术介绍

[0002]新能源发电在电力系统电源中的占比越来越高，电力系统电源侧呈现传统发电机和新能源电源并存的混合电源形态，发电侧新能源占比大幅提高也成为了新型电力系统的一个重要特征。
[0003]得益于传统发电机的材质与结构，电力线路发生短路故障后，其在短路电流达到自身额定值数十倍时仍能在短时间内持续运行，电源侧仅含原有传统发电机的传统电力系统在线路故障后故障特征足够明显，能够实现对故障位置的区分。
[0004]不同于传统发电机，新能源电源采用电力电子方式并网，为防止过大的短路电流损坏内部的电力电子器件，其内部的控制策略决定了其在线路短路故障后限幅输出，故障电流仅为额定电流的1.0
‑
2.0倍，且与端电压呈现强非线性关系。
[0005]大量新能源电源的并网，大幅降低了电网的短路电流水平，故障特征弱化，幅值降低后的短路电流难以再实现故障位置的区分，传统电流保护将会出现误动、拒动等情况，保护性能大幅降低，严重影响了电力系统的安全稳定运行。目前，工程上常采用仅修改电流保护动作整定值的方式，以期实现实测短路电流和电流保护动作整定值的配合。然而，这种方法仅适用于新能源比例较低的情况，在新能源比例较高时，仍难以实现故障位置的区分，电流保护的误动、拒动的情况仍会出现。
[0006]在此背景下，如何考虑利用现有保护装置的测量信息，恢复弱化后的故障特征，并配以适当的保护整定方法，实现故障的有选择性切除，成为了相关电力研究人员亟需解决的技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法及装置，有利于改善现有电流保护性能，保证电力系统的安全稳定运行。
[0008]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法，包括以下步骤：
[0010]获取电路信息；所述电路信息包括：故障前电压信号U1、故障前电流信号I1、原有传统发电机内电势E、原有传统发电机内阻抗Z
rM
、故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
；
[0011]基于所述电路信息，通过将线路短路故障后的新能源电源折算成同容量的传统发电机，并进一步和原有传统发电机等效为一台传统发电机，计算出电源侧等效内阻抗；
[0012]根据故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
，计算出短路点侧的阻抗；
[0013]根据原有传统发电机内电势、电源侧等效内阻抗和短路点侧阻抗，计算出等效短路电流；
[0014]根据等效短路电流，判断出故障发生区间。
[0015]进一步的，故障前电压信号U1、故障前电流信号I1通过在故障前的保护安装处测量获得；
[0016]所述故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
通过在故障后的保护安装处测量获得；
[0017]原有传统发电机内阻抗Z
rM
和短路故障前新能源电源输出电流I
DG1
由辨识得到；
[0018]原有传统发电机内电势E由原有传统发电机设备铭牌参数或经验获得。
[0019]进一步的，原有传统发电机内阻抗Z
rM
的辨识方法包括：
[0020]表示原有传统发电机内阻抗Z
rM
和故障前新能源电源输出电流I
DG1
两个参数设为待定，利用实测的故障前电压信号U1、故障前电流信号I1和经由经验或设备铭牌参数获得的表示原有传统发电机内电势E，线路上的正常电流可以表示为使得表示出来的计算正常电流和实测正常电流间的差值的绝对值最小，以此建立目标函数，并给待测参数以上下值约束，公式为：
[0021][0022]式中，I
DG1min
、I
DG1max
分别为故障前新能源电源输出电流的电流源的大小I
DG1
的最小值和最大值，即上下限约束；Z
rMmin
、Z
rMmax
分别为原有传统发电机内阻抗的阻抗值Z
rM
的最小值和最大值，即上下限约束；
[0023]通过内点法等求解最优问题的方法来求解上述问题，得到原有传统发电机内阻抗Z
rM
。
[0024]进一步的，计算出短路故障后电源侧的等效内阻抗的方法包括：
[0025]计算出原有传统发电机的发电容量S
M
：
[0026]式中，E为原有传统发电机内电势；Z
rM
为原有传统发电机内阻抗；U1为短路故障前保护安装处测得的电压值；
[0027]计算出短路故障后，新能源电源的输出电流I
DGk
：
[0028]式中，U
k
为故障后电压信号，I
k
为故障后流经短路点的短路电流；
[0029]电力线路短路后新能源电源输出容量S
DGk
应以故障前并网点电压计算(因故障后新能源电源根据内部控制策略和电压跌落直接控制输出电流的大小，故容量应以故障前并网点电压计算，而不是故障后并网点电压)：S
DGk
＝I
DGk
×
U1；
[0030]按照容量不变的原则，将新能源电源折算成同容量的传统发电机，折算后的内阻抗Z
rDG
：
[0031]新能源电源折算后的传统发电机和原有传统发电机呈并联关系，将新能源电源折算后的传统发电机和原有传统发电机等效为单个传统发电机，计算短路故障后电源侧等效阻抗Z
r
：Z
r
＝Z
rM
||Z
rDG
。
[0032]进一步的，根据故障后电压信号和故障后流经短路点的短路电流，计算出短路点侧的阻抗，包括：
[0033]获取电力系统发生短路故障后保护安装处的短路电压U
k
和流经短路点的短路电流I
k
；
[0034]计算出短路点侧的阻抗Z
k
：
[0035]进一步的，根据原有传统发电机内电势、电源侧等效内阻抗和短路点侧阻抗，计算出等效短路电流，包括：
[0036]电源侧等效阻抗Z和短路点侧阻抗Z
k
呈串联关系，利用原有传统发电机内 r
[0037]电势，计算出等效短路电流I
k
′
：
[0038]进一步的，根据等效短路电流，判断出故障发生区间，包括：
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电路信息；所述电路信息包括：故障前电压信号U1、故障前电流信号I1、原有传统发电机内电势E、原有传统发电机内阻抗Z
rM
、故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
；基于所述电路信息，通过将线路短路故障后的新能源电源折算成同容量的传统发电机，并进一步和原有传统发电机等效为一台传统发电机，计算出电源侧等效内阻抗；根据故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
，计算出短路点侧的阻抗；根据原有传统发电机内电势、电源侧等效内阻抗和短路点侧阻抗，计算出等效短路电流；根据等效短路电流，判断出故障发生区间。2.根据权利要求1所述的适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法，其特征在于，故障前电压信号U1、故障前电流信号I1通过在故障前的保护安装处测量获得；所述故障后电压信号U
k
和故障后流经短路点的短路电流I
k
通过在故障后的保护安装处测量获得；原有传统发电机内阻抗Z
rM
和短路故障前新能源电源输出电流I
DG1
由辨识得到；原有传统发电机内电势E由原有传统发电机设备铭牌参数或经验获得。3.根据权利要求2所述的适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法，其特征在于，原有传统发电机内阻抗Z
rM
的辨识方法包括：表示原有传统发电机内阻抗Z
rM
和故障前新能源电源输出电流I
DG1
两个参数设为待定，利用实测的故障前电压信号U1、故障前电流信号I1和经由经验或设备铭牌参数获得的表示原有传统发电机内电势E，线路上的正常电流可以表示为使得表示出来的计算正常电流和实测正常电流间的差值的绝对值最小，以此建立目标函数，并给待测参数以上下值约束，公式为：式中，I
DG1min
、I
DG1max
分别为故障前新能源电源输出电流的电流源的大小I
DG1
的最小值和最大值，即上下限约束；Z
rMmin
、Z
rMmax
分别为原有传统发电机内阻抗的阻抗值Z
rM
的最小值和最大值，即上下限约束；通过内点法等求解最优问题的方法来求解上述问题，得到原有传统发电机内阻抗Z
rM
。4.根据权利要求1所述的适用于高比例新能源电网的容量等效式电流保护方法，其特征在于，计算出短路故障后电源侧的等效内阻抗的方法包括：计算出原有传统发电机的发电容量S
M
：式中，E为原有传统发电机内电势；Z
rM
为原有传统发电机内阻抗；U1为短路故障前保护
安装处测得的电压值；计算出短路故障后，新能源电源的输出电流I
DGk
：式中，U
k

【专利技术属性】
技术研发人员：陈谦，张政伟，鞠平，陈杉桐，牛应灏，朱嘉傲，冯源，王姝莼，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：