一種含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)算法，屬配電網(wǎng)繼電保護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問(wèn)題的日益突出，可再生能源被越來(lái)越重視；同時(shí)隨 著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，用電需求迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，集中供電系統(tǒng)在遇到重大 事故時(shí)，可能造成電網(wǎng)設(shè)施的重大破壞。既能充分利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源，又能在 電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生重大故障時(shí)保證重要用戶不受影響的分布式發(fā)電技術(shù)逐步發(fā)展起來(lái)。
[0003] 分布式發(fā)電一般指為滿足終端用戶的特殊需求、接在用戶側(cè)附近的小型發(fā)電系 統(tǒng)，容量通常為幾十千瓦至幾十兆瓦。一般采用清潔或可再生能源發(fā)電，如天然氣、太陽(yáng)能、 生物質(zhì)能、風(fēng)能（小規(guī)模風(fēng)電）等。分布式電源具有資源和環(huán)境友好，供電靈活、可靠等優(yōu) 點(diǎn)，但大量分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制帶來(lái)影響，而在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)， 也會(huì)對(duì)與其相連的分布式電源帶來(lái)影響。
[0004] 分布式電源通常接入配電網(wǎng)，由于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)并未考慮分布式電源的接 入，其并網(wǎng)運(yùn)行必然會(huì)對(duì)配電網(wǎng)正常運(yùn)行帶來(lái)一些影響。分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)原有繼 電保護(hù)裝置的影響是其中一個(gè)很重要的問(wèn)題。我國(guó)的中低壓配電網(wǎng)主要是不接地、或經(jīng)消 弧線圈接地系統(tǒng)，為單電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)。在并入分布式電源后，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本 變化，變?yōu)殡p電源甚至多電源網(wǎng)絡(luò)。潮流不再單向地從變電站母線流向負(fù)荷，配電網(wǎng)的根本 性變化使得原有保護(hù)系統(tǒng)，包括保護(hù)算法、定值、保護(hù)之間的配合、以及保護(hù)與重合閘之間 的配合關(guān)系都可能受到影響。分布式電源的加入使得配電線路故障電流的大小和方向產(chǎn)生 變化，其并網(wǎng)位置及其容量不同對(duì)故障電流的影響也有差別，可能引起配電網(wǎng)保護(hù)的拒動(dòng) 或誤動(dòng)。
[0005] 現(xiàn)有分布式電源接入配電網(wǎng)對(duì)原有保護(hù)的影響歸納如下：
[0006] 1)當(dāng)分布式電源在保護(hù)上游，保護(hù)下游發(fā)生故障時(shí)，由于分布式電源的助增作用， 流過(guò)保護(hù)的故障電流增大，增大的幅度受分布式電源容量及故障位置影響。對(duì)于電流保護(hù) 而言，保護(hù)安裝處故障電流變大，可能使得本線路的電流速斷保護(hù)越級(jí)動(dòng)作，失去選擇性。
[0007] 2)當(dāng)分布式電源在保護(hù)上游，分布式電源上游或分布式電源與保護(hù)裝置之間發(fā)生 故障時(shí)，由于由分布式電源引起的故障電流不流經(jīng)保護(hù)裝置，分布式電源的并入對(duì)本線路 保護(hù)沒(méi)有影響。同樣地，當(dāng)分布式電源在保護(hù)下游，分布式電源與保護(hù)裝置之間發(fā)生故障 時(shí)，分布式電源的并入對(duì)本線路保護(hù)沒(méi)有影響。
[0008] 3)當(dāng)分布式電源在保護(hù)下游，保護(hù)上游線路發(fā)生故障時(shí)，分布式電源產(chǎn)生的故障 電流會(huì)逆向流過(guò)保護(hù)裝置，可能引起本線路保護(hù)誤動(dòng)，失去選擇性。
[0009] 4)當(dāng)分布式電源在保護(hù)下游，分布式電源下游線路發(fā)生故障時(shí)，由于分布式電源 的分流效應(yīng)，流過(guò)保護(hù)的故障電流減小，根據(jù)分布式電源接入位置的不同，可能引起本線路 電流主保護(hù)或后備保護(hù)拒動(dòng)。
[0010] 由上述分析可以知道，在分布式電源接入配電網(wǎng)時(shí)，原有的保護(hù)在方向性、選擇性 以及靈敏度校驗(yàn)上可能不再滿足要求，分布式電源并網(wǎng)的位置和容量大小不同對(duì)配電網(wǎng)保 護(hù)裝置的影響也不同。此外，由于分布式電源并入電網(wǎng)存在不確定性，保護(hù)整定值需要根據(jù) 情況進(jìn)行調(diào)整，因此原有配電網(wǎng)繼電保護(hù)的配置方法也需要改進(jìn)。
[0011] 本發(fā)明考慮到分布式電源并網(wǎng)使得配電網(wǎng)傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法和繼電保護(hù)模式 難以滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行需要，提出一種針對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)的保護(hù)新算法。該新算 法考慮分布式電源接入配電網(wǎng)的位置、容量，引入線路增流和分流補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)分布式電源 產(chǎn)生的故障電流進(jìn)行補(bǔ)償，并通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的綜合阻抗，根據(jù)配電網(wǎng)當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行方式 和故障狀態(tài)，自適應(yīng)地改變保護(hù)定值，使保護(hù)裝置滿足選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性的 要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是，為了解決分布式電源并網(wǎng)使得配電網(wǎng)傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法和繼 電保護(hù)模式難以滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行需要的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種含分布式電源的配電網(wǎng)保 護(hù)算法。
[0013] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)算法，所述算法考慮 分布式電源接入配電網(wǎng)的位置、容量，引入線路增流補(bǔ)償系數(shù)和分流補(bǔ)償系數(shù)，對(duì)分布式電 源產(chǎn)生的故障電流進(jìn)行補(bǔ)償，并通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)的綜合阻抗，根據(jù)配電網(wǎng)當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行方 式和故障狀態(tài)，自適應(yīng)地改變整定定值，使保護(hù)裝置滿足選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性 的要求；所述算法通過(guò)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。
[0014] 本發(fā)明中的整定定值按照下式計(jì)算：
[0015]
[0016] 其中，Kd為故障類型系數(shù)，Kk為可靠系數(shù)，Zsi為計(jì)及了分布式電源助增效應(yīng)的系 統(tǒng)等效阻抗，Z u為計(jì)及了分布式電源分流效應(yīng)的線路等效阻抗；UfS故障發(fā)生前故障點(diǎn)電 壓；
[0017]
[0018] 其中，4為線路阻抗，Kl為線路分流補(bǔ)償系數(shù)；Z g為分布式電源等效阻抗，K g為線 路增流補(bǔ)償系數(shù)；ZS為電源側(cè)綜合阻抗；
[0019]
[0020] 由上式可以看出，當(dāng)線路沒(méi)有接入分布式電源時(shí)補(bǔ)償系數(shù)為1。
[0021] 本發(fā)明引入線路增流補(bǔ)償系數(shù)Kg和線路分流補(bǔ)償系數(shù)I對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的作用 有：
[0022] 1)當(dāng)保護(hù)在DG上游時(shí)，線路分流補(bǔ)償系數(shù)補(bǔ)償了因DG接入導(dǎo)致流經(jīng)保護(hù)電流減 小的部分，避免了由此產(chǎn)生的保護(hù)可能拒動(dòng)的問(wèn)題；
[0023] 2)當(dāng)保護(hù)在DG下游時(shí)，由線路助增電流補(bǔ)償系數(shù)補(bǔ)償了因DG接入而增加的電流， 避免了由此產(chǎn)生的該保護(hù)可能誤動(dòng)問(wèn)題；
[0024] 3)在無(wú)DG加入時(shí)，補(bǔ)償系數(shù)為1，即線路分流補(bǔ)償系數(shù)和線路分流補(bǔ)償系數(shù)均為 1，不改變?cè)瓉?lái)的保護(hù)配合。
[0025] 要實(shí)現(xiàn)本發(fā)明算法，保護(hù)裝置需作如下改進(jìn)：
[0026] (1)在保護(hù)裝置中增加電流方向元件，規(guī)定由公用電網(wǎng)指向負(fù)荷側(cè)為正方向，只有 正方向電流達(dá)到整定值才能引起保護(hù)裝置動(dòng)作；這可以避免線路保護(hù)裝置下游接入分布式 電源后，在故障發(fā)生時(shí)分布式電源產(chǎn)生的逆向電流引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作；
[0027] (2)應(yīng)在分布式電源出口處安裝電壓互感器CT和電流互感器PT，并且將測(cè)量的電 壓電流值上傳給保護(hù)裝置；
[0028] (3)參數(shù)設(shè)置中，增加補(bǔ)償系數(shù)KJPKs，這兩個(gè)系數(shù)由系統(tǒng)電源側(cè)綜合阻抗&和 分布式電源等效阻抗Z g決定，BP
[0029] 所述算法按照以下流程實(shí)現(xiàn)整個(gè)保護(hù)過(guò)程：
[0030] (1)檢測(cè)相間電流方向?yàn)檎较颍ㄓ呻娋W(wǎng)側(cè)流向負(fù)荷側(cè)），且變化量△ I是否大于 啟動(dòng)值A(chǔ) Izd，如果大于，則啟動(dòng)保護(hù)進(jìn)入下一步（2);否則，保護(hù)不啟動(dòng)；
[0031] (2)實(shí)時(shí)測(cè)量保護(hù)安裝處的電壓電流值，根據(jù)檢測(cè)到的電流確定故障類型是兩相 相間短路還是三相短路，如果是兩相短路則賦值=#/2，三相短路則賦值Kd= 1 ;可靠 系數(shù)Kk由內(nèi)部程序自動(dòng)賦值；
[0032] (3)故障發(fā)生時(shí)測(cè)量到的保護(hù)裝置安裝處的電流電壓值1^、Inig，計(jì)算接入分布式 電源后的公用電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合阻抗Z s= -UnigZlnig，分布式電源發(fā)電機(jī)等效阻抗Zg已知。根 據(jù)分布式電源的位置和電流I g，以及流經(jīng)保護(hù)裝置的電流，求得保護(hù)與故障點(diǎn)之間的電流， 可以求得這段線路的阻抗4，根據(jù)線路的阻抗4以及故障前的電壓電流值，可以求得故障 發(fā)生前的故障點(diǎn)電壓U f;
[0033] (4)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，如果分布式電源位于保護(hù)裝置下游，計(jì)算線路分流補(bǔ)償系數(shù)& =1+Z s/Zg，如果分布式電源位于保護(hù)上游，則計(jì)算線路增流補(bǔ)償系數(shù)
[0034] (5)分別計(jì)算計(jì)及了分布式電源助增效應(yīng)的系統(tǒng)等效阻抗Zsi= KgZs，和計(jì)及了分 布式電源分流效應(yīng)的線路等效阻抗Zu=
[0035] (6)利用以上數(shù)據(jù)求得自適應(yīng)保護(hù)的電流定值
：
[0036] (7)最后判斷流過(guò)保護(hù)的相間實(shí)時(shí)電流I多12：)是否成立，如成立，保護(hù)裝置經(jīng)過(guò) 延時(shí)動(dòng)作，跳閘開(kāi)關(guān)，否則，返回步驟（2)。
[0037] 本發(fā)明的算法與傳統(tǒng)配電網(wǎng)電流保護(hù)原理不同，傳統(tǒng)整定值是在配電網(wǎng)某個(gè)運(yùn)行 方式下提前設(shè)定的，而所述算法的保護(hù)定值具有自適應(yīng)，電流保護(hù)的整定值是根據(jù)配電網(wǎng) 運(yùn)行情況隨時(shí)算出來(lái)的，計(jì)算步驟參考圖5,使得保護(hù)裝置更加靈活；另外，由于補(bǔ)償系數(shù) 的影響，使用新算法的保護(hù)裝置的電流速斷保護(hù)范圍變得更大。
[0038] 本發(fā)明的有益效果是，所述算法考慮了分布式電源接入電網(wǎng)的位置，不管電源接 在何處，都能夠補(bǔ)償其影響；配電網(wǎng)原有電流保護(hù)整定值是在配電網(wǎng)某個(gè)運(yùn)行方式下提前 設(shè)定的，而配電網(wǎng)自適應(yīng)故障電流保護(hù)的整定值是根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行情況，隨時(shí)算出來(lái)的，使 得保護(hù)裝置更加靈活；另外，由于補(bǔ)償系數(shù)的影響，使用新的保護(hù)算法的保護(hù)裝置的電流速 斷保護(hù)范圍變得更大。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行電路（分布式電源的分流效應(yīng)）；
[0040] 圖2為故障附加狀態(tài)圖（分布式電源的分流效應(yīng)）；
[0041] 圖3為分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行電路（分布式電源的增流效應(yīng)）；
[0042] 圖4為故障附加狀態(tài)圖（分布式電源的增流效應(yīng)）；
[0043] 圖5為繼電保護(hù)裝置自適應(yīng)新算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明【具體實(shí)施方式】如下：
[0045] -種針對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)的保護(hù)算法，包括以下主要內(nèi)容：
[0046] 以含有分布式電源的配電網(wǎng)圖為例，其中圖1中分布式電源DG位于保護(hù)CB后方， 圖2為圖1的故障附加狀態(tài)圖，圖3中DG位于保護(hù)CB前方母線A上，圖4為圖3的故障附 加狀態(tài)圖。保護(hù)后方的F點(diǎn)發(fā)生三相金屬短路故障，假設(shè)分布式電源加入前后，Zs、4、Uf 不變。其中，Zs為母線A處系統(tǒng)等值阻抗，Z g為分布式電源等效阻抗，Z AF段線路阻抗， Zu為F點(diǎn)至負(fù)荷間線路阻抗，Z R為負(fù)荷阻抗，U F為故障發(fā)生前故障點(diǎn)電壓。
[0047] 忽略圖2和圖4中的Zg，得到分布式電源DG接入前，流過(guò)保護(hù)的電流I# :
[0048]
[0049] 從圖2可以看出，分布式電