一种自适应多端电流差动保护方法、装置及储存介质制造方法及图纸

一种自适应多端电流差动保护方法、装置及储存介质，能够在多端弱馈电源型配电网中准确识别保护区域内部故障和外部故障，具有较高的可靠性和灵敏性；并根据故障选取动作量、制动量及制动系数，构造自适应的多端电流差动保护动作判据，不需要为了整定保护定值而进行精确的短路电流计算，具有较好的自适应性和广泛的适用性。适用性。适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应多端电流差动保护方法、装置及储存介质


[0001]本专利技术属于电力系统及自动化
，涉及继电保护，特别涉及一种自适应多端电流差动保护方法、、装置及储存介质。

技术介绍

[0002]随着新能源的发展，大规模分布式电源多点T接接入的新型配电网正在广泛地建设。由于分布式电源具有故障电流幅值受限的特点，新型配电网呈现出一端强电源而其他端全部为分布式弱馈电源的情况，随着电力电子变压器的推广应用，甚至还会出现多端都是弱馈电源的场景。而多端弱馈电源型配电网对保护的可靠性、灵敏性提出了全新的要求，传统的配电网继电保护原理和方案已不再适用。随着通信技术的发展和一二次融合开关的广泛应用，多端差动保护成为了可行甚至优选的方案。
[0003]目前，适用于T接线路的三端差动保护在实际工程中得到了一定的应用，但应用场景多为两端强电源中间T接一个弱馈电源的系统，并不适用于一端强电源而其他端弱馈电源乃至多端都是弱馈电源的场景。现有的适用于多点T接输电线路的四端及以上的多端差动保护，其动作方程主要考虑的是如何消除长距离高压输电线路中分布电容电流对差动保护的影响，并不适用于线路距离短但多端为弱馈电源的配电网。现有的适用于一端强电源而其他端弱馈电源的有源配网多端差动保护，在新能源占比不断提高的多端弱馈电源型配电网中，保护动作的灵敏性和可靠性无法兼得。另外，在多端弱馈电源型配电网中，分布式电源多点接入使得配电网变成了一个高维非线性有源网络，传统基于线性网络分析的故障计算方法不再适用，必须要用迭代的方法来进行短路电流计算，而现有的迭代算法的收敛性和准确性还难以满足保护算法的需要，很难进行精确的保护定值整定计算，保护的灵敏性难以得到保证。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自适应多端电流差动保护方法、装置及储存介质，可在多端弱馈电源型配电网中准确识别保护区域内部故障和外部故障，具有较高的可靠性和灵敏性；同时，不需要为了整定保护定值而进行精确的短路电流计算，具有较好的自适应性和广泛的适用性。
[0005]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种自适应多端电流差动保护方法，包括：
[0007]分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性；
[0008]针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响；
[0009]基于多端差动保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器测量误差对差动电流的影响，分析保护区域外部发生故障时的最大差动电流；
[0010]针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域内部故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响；
[0011]以躲开保护区域外部发生故障时的最大差动电流为原则，构造自适应的多端电流差动保护动作判据；
[0012]分析保护区域内部故障时所提的自适应多端电流差动保护的动作特性。
[0013]而且，所述分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性具体为：
[0014]多端弱馈电源型配电网中，PET表示电力电子变压器，LD表示负荷，PV是光伏电站，ESS是储能电站，光伏和储能都属于逆变电源，其等效输出电流模型为：
[0015][0016]式中：U
pcc(1)
为当前并网点正序相电压有效值；
[0017]U
pcc(1).N
为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值；
[0018]I
DGm.N
为额定电流幅值；
[0019]P
ref.N
为额定有功参考值；
[0020]P
ref
为当前的有功参考值；
[0021]是输出电流；
[0022]i
d(1)
、i
q(1)
分别是输出电流正序分量的d、q轴分量；
[0023]为的相位；
[0024]由式(1)可知，逆变电源故障后输出电流幅值受限、相位受控，当P
ref
确定时，逆变电源等效成受并网点正序电压控制的正序电流源，在限流环节的作用下，无论是正常运行还是系统发生故障时，输出电流的幅值都不会超过1.2I
DGm.N
；逐渐呈现出弱馈电源特征的系统电源的输出故障电流有明显的减小，多点T接接入分布式电源的配电网逐渐演变成多端弱馈电源型配电网。
[0025]而且，所述分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性具体为：
[0026]多端弱馈电源型配电网中，CB为变压器出线断路器，FSW1～FSW3为分段开关，QSW1～QSWn+1为T接分支线路的分支开关，分别为分段开关FSW1、FSW2对应的电流相量，分别为分支开关QSW2～QSWn对应的电流相量；
[0027]用P表示一组多端差动保护所涉及到的电流相量集，由相邻的两个分段开关及其两者之间的所有T接线路分支开关对应的电流相量构成，选取P为：
[0028][0029]用相量表示集合P所含元素之和：
[0030][0031]用表示集合P中幅值最大的电流，
[0032][0033]用表示集合P中幅值次大的电流，
[0034][0035]而且，所述针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响具体为：
[0036]多端弱馈电源型配电网中，保护区域外部发生故障的位置共有三类，第一类位于分段开关FSW1上游处，第二类位于分段开关FSW2下游处，第三类位于分支开关下游处；其中：
[0037]第一类故障位置处发生故障时，和都由分布式电源提供，由式(1)可知，和的最大幅值为对应分布式电源额定电流的1.2倍，理论上为之和，其幅值远小于FSW1上游分布式电源输出故障电流叠加上系统等效电源输出的故障电流，此时对测量误差的影响可忽略不计；
[0038]第二类故障位置处发生故障时，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为之和，的幅值足以让电流互感器铁心工作处于饱和状态，的测量值与实际值之间的测量误差对测量误差的影响不可忽略；同时，的幅值不大，其测量误差较小，对测量误差的影响可忽略不计；而叠加了的其幅值不小，其测量误差对测量误差的影响也不可忽略，此时，必有一个是而另一个是且在分析电流互感器测量误差对测量误差的影响时仅需考虑的测量误差；
[0039]第三类故障位置处发生故障时，设为发生故障的分支线路对应分支开关的电流，其中i＝2,3,...,n，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，(除外)和都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，包括：分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性；针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响；基于多端差动保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器测量误差对差动电流的影响，分析保护区域外部发生故障时的最大差动电流；针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域内部故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响；以躲开保护区域外部发生故障时的最大差动电流为原则，构造自适应的多端电流差动保护动作判据；分析保护区域内部故障时所提的自适应多端电流差动保护的动作特性。2.根据权利要求1所述的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，所述分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性具体为：多端弱馈电源型配电网中，PET表示电力电子变压器，LD表示负荷，PV是光伏电站，ESS是储能电站，光伏和储能都属于逆变电源，其等效输出电流模型为：式中：U
pcc(1)
为当前并网点正序相电压有效值；U
pcc(1).N
为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值；I
DGm.N
为额定电流幅值；P
ref.N
为额定有功参考值；P
ref
为当前的有功参考值；是输出电流；i
d(1)
、i
q(1)
分别是输出电流正序分量的d、q轴分量；为的相位；由式(1)可知，逆变电源故障后输出电流幅值受限、相位受控，当P
ref
确定时，逆变电源等效成受并网点正序电压控制的正序电流源，在限流环节的作用下，无论是正常运行还是系统发生故障时，输出电流的幅值都不会超过1.2I
DGm.N
；逐渐呈现出弱馈电源特征的系
统电源的输出故障电流有明显的减小，多点T接接入分布式电源的配电网逐渐演变成多端弱馈电源型配电网。3.根据权利要求2所述的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，所述分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性具体为：多端弱馈电源型配电网中，CB为变压器出线断路器，FSW1～FSW3为分段开关，QSW1～QSWn+1为T接分支线路的分支开关，分别为分段开关FSW1、FSW2对应的电流相量，分别为分支开关QSW2～QSWn对应的电流相量；用P表示一组多端差动保护所涉及到的电流相量集，由相邻的两个分段开关及其两者之间的所有T接线路分支开关对应的电流相量构成，选取P为：用相量表示集合P所含元素之和：用表示集合P中幅值最大的电流，用表示集合P中幅值次大的电流，4.根据权利要求1所述的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，所述针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响具体为：多端弱馈电源型配电网中，保护区域外部发生故障的位置共有三类，第一类位于分段开关FSW1上游处，第二类位于分段开关FSW2下游处，第三类位于分支开关下游处；其中：第一类故障位置处发生故障时，和都由分布式电源提供，由式(1)可知，和的最大幅值为对应分布式电源额定电流的1.2倍，理论上为之和，其幅值远小于FSW1上游分布式电源输出故障电流叠加上系统等效电源输出的故障电流，此时对测量误差的影响可忽略不计；第二类故障位置处发生故障时，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为之和，的幅值足以让电流互感器铁心工作处于饱和状态，的测量值与实际值之间的测量误差对测量误差的影响不可忽略；同时，的幅值不大，其测量误差较小，对测量误差的影响可忽略不计；而叠加了的其幅值不小，其测量误差对测量误差的影响也不可忽略，此时，必有一个是而另一个是且在分析电流互感器测量误差对测量误差的影响时仅需考虑的测量误差；第三类故障位置处发生故障时，设为发生故障的分支线路对应分支开关的电流，其中i＝2,3,...,n，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，
(除外)和都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为(除外)和的和，与第二类故障类似，此时，必有一个是而另一个是在分析电流互感器测量误差对测量误差的影响时仅需考虑的测量误差；用ΔI
max1
、ΔI
max2
表示的幅值测量误差：I
max1.测
、I
max1.实
分别为幅值的测量值和实际值；I
max2.测
、I
max2.实
分别为幅值的测量值和实际值；电流互感器的幅误差不超过10％，角度误差不大于7
°
，在计及衰减非周期分量的影响时，的最大幅误差分别为Δ
max
I
max1
、Δ
max
I
max2
，具体如下：其中：0.1表示电流互感器的幅误差不超过10％；K
np
为非周期分量的影响系数，一般为1.5～2；用ΔI
Σ
表示的幅值误差：其中：分别为的测量值和实际值。5.根据权利要求1所述的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，所述基于多端差动保护区域外部不同位置发生故障时多端电流互感器测量误差对差动电流的影响，分析保护区域外部发生故障时的最大差动电流具体为：基于的测量误差，分析电流互感器测量误差对ΔI
Σ
的影响，保护区域外部发生故障时，表示即的实际值，表示即的实际值，表示满足α＝7
°
，表示电流互感器最大角度误差，以I
max1.实
‑
Δ
max
I
max1
、I
max1.实
+Δ
max
I
max1
、I
max2.实
‑
Δ
max
I
max2
、I
max2.实
+Δ
max
I
max2
为半径，以O为圆心画圆弧圆心角都为14
°
，围成的阴影区域S1表示存在测量误差的情况下的测量值末端可能位置的集合，围成的阴影区域S2表示的测量值末端可能位置的集合；阴影区域S1中，A1点和A2点到A点的距离最大，其距离为：阴影区域S1中，A3点和A4点到A点的距离次最大，其距离为：
阴影区域S2中，B1点和B2点到B点的距离最大，其距离为：阴影区域S2中，B3点和B4点到B点的距离次最大，其距离为：当末端在A1处，末端在B3处，并且恰好与同方向时；或者当末端在A2处，末端在B4处，并且恰好与同方向时，ΔI
Σ
可取得最大值，其最大幅值误差Δ
max
I
Σ
为：考虑到K
np
取值1.5～2时，满足：因此，可认为ΔI
Σ
满足：6.根据权利要求1所述的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于，所述针对分析多端弱馈电源型配电网中发生短路故障时多端电流的故障特性中集合对应的多端差动保护，分析保护区域内部故障时多端电流互感器误差对差动电流的影响具体为：多端弱馈电源型配电网中，保护区域内部k0处发生故障时，和都由分布式电源所提供，其电流幅值较小，其测量误差对测量误差的影响可忽略不计；由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，其幅值较大，有可能让电流互感器产生较大测量误差，其测量误差对测量误差的影响不可忽略；在保护区域内部发生故障时，的幅值很大，而此时必为且ΔI
Σ
仅受测量误差的影响。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博通，陈发辉，冀肖彤，肖繁，张婧，柳丹，熊平，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：