一种逆变型dg准入容量计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种逆变型DG准入容量计算方法，该方法首先定义了三种运行状态：当故障情况下并网点电压的跌落程度不同时，具有低电压穿越能力的IBDG存在三种运行状态，将这三种运行状态分别定义为恒功率态，中间态，恒流态；并将IBDG等效为压控电流源，当IBDG下游区域和相邻馈线各条线路末端发生三相短路故障时，根据等效电路图和节点电压法，得到系统电势和并网点电压之间关系的表达式，通过忽略IBDG并网点电压和系统电势之间的相角差，得到流过线路的短路电流近似计算公式；然后进行IBDG准入容量计算。本发明可以得到能够满足保护选择性和灵敏性要求的、更加准确的IBDG准入容量。
【专利说明】一种逆变型DG准入容量计算方法 所属【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统配电网保护与控制领域，涉及一种计及配电网电流保护整定 原则的逆变型DG准入容量计算方法。
【背景技术】
[0002] 分布式电源（distributed generation, DG)是一种新兴的电力能源，包括光伏发 电系统、风力发电系统、微型燃气轮机发电系统、小水电等。分布式发电技术具有环保、经济 等一系列优点，能够很好地满足人们对电力安全稳定和经济环保的要求，已引起广泛关注， 并逐渐得到推广和发展。
[0003] 传统的中低压配电网大多是向负荷单方向供电的辐射状网络，其保护没有考虑网 络中有DG接入的情况，通常配置为三段式电流保护。当DG接入到配电网后，配电网变成了 具有双端或者多端电源的网络。DG的接入改变了配电网的故障电流分布以及配电网原有保 护配置的基础条件，对配电网短路电流的影响表现为助增电流、外汲电流和反向电流，配电 网原有的三段式电流保护将可能误动作或者拒动作。因此，基于配电网原有三段式保护约 束的DG准入容量研究对评估DG接入对保护的影响以及保护方案配置等具有重要意义。
[0004] 针对光伏发电系统、永磁直驱式风机和微型燃气轮机等逆变型 DG(inverter_based distributed generation, IBDG)的故障特性和小水电等同步机型 DG 的故障特性相比存在很大差异的情况，本发明提出了一种计及配电网电流保护整定原则的 IBDG准入容量计算方法。该方法能够在IBDG的运行状态和容量均为未知量的情况下，通过 不断假设、校验和修正IBDG的运行状态，逐渐逼近能够保证保护选择性和灵敏性的、更加 准确的IBDG准入容量。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于在IBDG容量和运行状态均为未知量的情况下，提供一种计及 配电网电流保护整定原则的IBDG准入容量计算方法。该方法通过不断假设、校验和修正 IBDG的运行状态，从而选择恰当IBDG运行状态下的短路电流计算公式，得到能够满足保护 选择性和灵敏性要求的、更加准确的IBDG准入容量。本发明的技术方案如下：
[0006] -种逆变型DG准入容量计算方法，该方法首先定义了三种运行状态：当故障情况 下并网点电压的跌落程度不同时，具有低电压穿越能力的IBDG存在三种运行状态，将这三 种运行状态分别定义为恒功率态，即并网点电压大于〇.9p. U.，只输出有功电流；中间态， 即并网点电压大于〇.3p.u.且小于0.9p.u.，输出的无功电流随并网点电压变化而变化；恒 流态，即并网点电压小于〇.3p.u.，输出的无功电流为1.2倍的额定电流；同时，将IBDG等 效为压控电流源，当IBDG下游区域和相邻馈线各条线路末端发生三相短路故障时，根据等 效电路图和节点电压法，得到系统电势和并网点电压之间关系的表达式，通过忽略IBDG并 网点电压和系统电势之间的相角差，且近似认为系统阻抗和线路阻抗的阻抗角相等，得到 流过线路的短路电流近似计算公式；然后，再按照下述步骤进行IBDG准入容量计算：
[0007] 第1步：首先按照IBDG运行于中间态时的短路电流近似计算公式计算保护灵敏性 约束下IBDG容量P1，并转入第2步；
[0008] 第2步：在正常状况下，IBDG运行于恒功率态；因此，将第1步中得到的IBDG容量 P1，代入到IBDG运行于恒功率态时的并网点电压公式中，判断IBDG下游线路和相邻馈线保 护所在线路末端发生三相故障时并网点电压是否存在大于0. 9p. u.的情况；若不存在，则 不满足IBDG恒功率运行的条件，转入第3步；否则，对相关保护按照IBDG运行于恒功率态 时的短路电流公式进行重新整定和灵敏性校验，并计算得到修正后的IBDG容量P2 ;将计算 得到的IBDG容量P2,再次代入到相关线路末端发生三相短路且IBDG运行于恒功率态时的 并网点电压公式中；若并网点电压大于0. 9p. u.，则计算过程结束，P2为保护灵敏性约束下 的IBDG容量；否则，不断增大IBDG的容量至P3,使得并网点电压等于0. 9p. u.，P3为保护 灵敏性约束下的IBDG容量；
[0009] 第3步：恒流态是中间态的一种特殊情况，故将P1代入到IBDG运行于中间态时的 并网点电压计算公式中，判断IBDG下游线路和相邻馈线保护末端三相故障时并网点电压 是否存在小于0. 3pu的情况；若不存在，则判断校验结果和假设前提吻合，计算过程结束， P1为保护灵敏性约束下的IBDG容量；否则，对相关保护按照IBDG运行于恒流态时的短路 电流近似计算公式进行重新整定和灵敏性校验，并计算得到修正后的IBDG容量P4 ;将P4 再次代入到相关线路末端发生三相短路且IBDG运行于中间态时的并网点电压公式中进行 校验；若并网点电压小于0. 3p. u.，则判断校验结果和假设前提吻合，P4为保护灵敏性约束 下的IBDG容量；否则，减小IBDG的容量至P5,使得并网点电压恰好等于0. 3p. u.，此时P5 为保护灵敏性约束下的IBDG容量；
[0010] 第4步：利用IBDG能够提供的最大反向电流即1. 2倍的额定电流小于IBDG上游 线路保护的整定值，计算得到保护选择性约束下的IBDG容量P6 ;
[0011] 第5步：将保护灵敏性约束下的IBDG容量和保护选择性约束下的IBDG容量P6进 行比较，取其较小值即为计及配电网电流保护整定原则的IBDG准入容量。
[0012] 本发明与现有技术相比，提出了一种计及配电网电流保护整定原则的逆变型DG 准入容量计算方法，该方法所能产生的积极效果是：首先，在IBDG运行状态和容量均为未 知量的情况下，本发明通过不断假设、校验和修正IBDG运行状态，选择恰当IBDG运行状态 下的短路电流计算公式，能够得到满足保护选择性和灵敏性要求的、更加准确的IBDG准入 容量，避免了按照IBDG输出电流为其最大值即IBDG运行于恒流态时的短路电流计算公式 得到的IBDG准入容量最为保守的问题；其次，本发明对评估MDG接入配电网后对原有电流 保护的影响以及保护方案配置等具有重要意义，当接入配电网的IBDG的容量小于准入容 量估算值时，依然可以配置原有三段式保护，能够保证保护的选择性和灵敏性，否则，需对 保护配置方案进行改进。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为含IBDG的10kV配电网系统结构图；
[0014] 图2为IBDG下游发生三相短路故障时的等效电路图；
[0015] 图3为配电网原有保护约束下的IBDG准入容量估算方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 下面将结合实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。
[0017] 图1是含IBDG的10kV配电网系统拓扑图。其中IBDG接在馈线1上的B母线处， 保护1为IBDG上游线路保护，保护2和保护3为IBDG下游线路保护，保护4和保护5为相 邻馈线保护。下面首先给出IBDG的短路计算模型及含IBDG配电网的短路电流近似计算公 式，然后分析IBDG接入对配电网原有保护的影响以及配电网原有保护对IBDG容量的约束， 最后介绍配电网电流保护整定计算原则约束下的IBDG准入容量计算方法。
[0018] 1. IBDG的短路计算模型及含IBDG配电网的短路电流近似计算公式
[0019] 根据国家标准《光伏发电站接入电力系统技术规定（GB19964-2012)》，在低电压穿 越期间，光伏电站需要能够根据并网点电压跌落程度输出一定的无功，以支撑并网点电压。 光伏电站注入电力系统的动态无功电流I sq应实时跟踪并网点电压变化，并应满足：
【权利要求】
1. 一种逆变型DG准入容量计算方法，该方法首先定义了三种运行状态：当故障情况下 并网点电压的跌落程度不同时，具有低电压穿越能力的IBDG存在三种运行状态，将这三种 运行状态分别定义为恒功率态，即并网点电压大于〇. 9p. u.，只输出有功电流；中间态，即 并网点电压大于0. 3p. u.且小于0. 9p. u.，输出的无功电流随并网点电压变化而变化；恒流 态，即并网点电压小于〇. 3p. u.，输出的无功电流为1. 2倍的额定电流；同时，将IBDG等效 为压控电流源，当IBDG下游区域和相邻馈线各条线路末端发生三相短路故障时，根据等效 电路图和节点电压法，得到系统电势和并网点电压之间关系的表达式，通过忽略IBDG并网 点电压和系统电势之间的相角差，且近似认为系统阻抗和线路阻抗的阻抗角相等，得到流 过线路的短路电流近似计算公式；然后，再按照下述步骤进行IBDG准入容量计算： 第1步：首先按照IBDG运行于中间态时的短路电流近似计算公式计算保护灵敏性约束 下IBDG容量P1，并转入第2步； 第2步：在正常状况下，IBDG运行于恒功率态；因此，将第1步中得到的IBDG容量P1， 代入到IBDG运行于恒功率态时的并网点电压公式中，判断IBDG下游线路和相邻馈线保护 所在线路末端发生三相故障时并网点电压是否存在大于0. 9p. u.的情况；若不存在，则不 满足IBDG恒功率运行的条件，转入第3步；否则，对相关保护按照IBDG运行于恒功率态时 的短路电流公式进行重新整定和灵敏性校验，并计算得到修正后的IBDG容量P2 ;将计算得 到的IBDG容量P2,再次代入到相关线路末端发生三相短路且IBDG运行于恒功率态时的并 网点电压公式中；若并网点电压大于〇. 9p. u.，则计算过程结束，P2为保护灵敏性约束下的 IBDG容量；否则，不断增大IBDG的容量至P3,使得并网点电压等于0. 9p. u.，P3为保护灵敏 性约束下的IBDG容量； 第3步：恒流态是中间态的一种特殊情况，故将P1代入到IBDG运行于中间态时的并 网点电压计算公式中，判断IBDG下游线路和相邻馈线保护末端三相故障时并网点电压是 否存在小于0. 3pu的情况；若不存在，则判断校验结果和假设前提吻合，计算过程结束，P1 为保护灵敏性约束下的IBDG容量；否则，对相关保护按照IBDG运行于恒流态时的短路电 流近似计算公式进行重新整定和灵敏性校验，并计算得到修正后的IBDG容量P4 ;将P4再 次代入到相关线路末端发生三相短路且IBDG运行于中间态时的并网点电压公式中进行校 验；若并网点电压小于〇. 3p. u.，则判断校验结果和假设前提吻合，P4为保护灵敏性约束下 的IBDG容量；否则，减小IBDG的容量至P5,使得并网点电压恰好等于0. 3p. u.，此时P5为 保护灵敏性约束下的IBDG容量； 第4步：利用IBDG能够提供的最大反向电流即1. 2倍的额定电流小于IBDG上游线路 保护的整定值，计算得到保护选择性约束下的IBDG容量P6 ; 第5步：将保护灵敏性约束下的IBDG容量和保护选择性约束下的IBDG容量P6进行比 较，取其较小值即为计及配电网电流保护整定原则的IBDG准入容量。
【文档编号】H02J3/38GK104242348SQ201410494089
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】李永丽, 陈晓龙, 赵曼勇, 文安, 刘年, 魏承志, 黄维芳, 金鑫, 杨颖安, 许永军, 叶志锋, 姜超 申请人:天津大学