本发明涉及配电网保护方法，具体涉及一种适用于含分布式光伏电源配电网的电流保护方法。
背景技术：
虽然分布式光伏电源并网可以提高系统的稳定性，减少化石燃料的使用，但是会对现有的保护造成一定的影响，使得配电网中传统的电流保护发生误动或者拒动，因此，对含有分布式光伏电源接入的配电网的保护进行研究逐步成为国内外研究的热点问题。
光伏并网发电发展较快，随着大量分布式光伏电源的接入，使得传统单电源辐射状配电网变为多电源的配电网络，配电网发生故障时，其短路电流的大小和方向均会发生很大变化，从而给传统配电网所采用的电流保护方式带来较大影响，使得传统配电网中电流保护装置发生误动或者拒动，具体来说，对于分布式电源接入点上游的电流保护装置，由于分布式电源的分流作用，流入电流保护装置的电流会减少，从而减小原有电流保护装置的保护范围，甚至使原有电流保护装置发生拒动；对于分布式电源接入点下游的保护，由于光伏电源的助增作用，会增大流过电流保护装置的电流，使其保护范围增大，有可能使保护范围延伸至下一条线路，从而使得电流保护装置发生误动。同时，因光伏发电系统没有旋转部件，因而没有惯性带来的阻尼作用，使其与传统的同步电机表现出的故障特性不同，光伏电源在故障期间的输出一般依旧是对称的三相电流，且光伏电源的容量要比系统的容量小很多，这种弱电源特性会使得传统配电网中的电流保护装置在接入分布式光伏电源后往往不能正确动作。因此，针对含分布式光伏电源配电网的电流保护存在的技术问题，研究和提出一种新的更加合理的电流保护方法，显得十分必要。
技术实现要素：
本发明的目的是：针对现有技术中的问题，提供一种含分布式光伏电源配电网的电流保护方法，该方法能够不受系统运行方式的影响，确保发生故障时电流保护装置能够正确动作。
本发明的技术方案是：本发明的含分布式光伏电源配电网的电流保护方法，其包括以下步骤：
①在光伏电源接入点的上一级线路设置纵联差动电流保护装置，在所述上一级线路以及所述上一级线路的再上一级线路的光伏侧加装断路器；在系统电源侧其余线路配置I、II、III三段式自适应电流保护装置；
②配电网发生故障后，自适应电流保护装置首先判断故障类型为两相短路或三相短路并相应确定故障类型系数Kd；
③自适应电流保护装置采用式(1)计算两相短路故障时的自适应电流保护装置背侧阻抗Zs；采用式(2)实时计算三相短路故障时的自适应电流保护装置背侧阻抗Zs：
式中，为自适应电流保护装置安装处的负序故障电压；为自适应电流保护装置安装处的负序故障电流；
式中，为自适应电流保护装置安装处的正序故障分量电压；为自适应电流保护装置安装处的正序故障分量电流；
④自适应电流保护装置采用式(3)计算其背侧等效电源电动势
式中，分别为自适应电流保护装置获取的故障期间保护装置处的故障相电压、故障相电流，为A相、B相或C相；
⑤自适应电流保护装置在线计算I、II、III三段保护动作整定值并作出相应保护动作：
自适应电流保护装置采用式(4)在线计算I段保护动作整定值IIZ：
式中：Kk为可靠系数，取值1.1～1.3；Kd为步骤②中确定的故障类型系数；Es为步骤④所得的保护背侧等效电源电动势；Zs为步骤③所得的保护背侧阻抗；ZL为I段被保护线路阻抗；
若流经自适应电流保护装置的故障电流大于计算出的I段保护动作整定值IIZ，则自适应电流保护装置的出口继电器瞬时发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；
自适应电流保护装置采用式(5)在线计算II段保护动作整定值IIIZ：
式中，为可靠系数，取值1.1～1.3；Kd为步骤②中确定的故障类型系数；Es为步骤④所得的保护背侧等效电源电动势；Zs为步骤③所得的保护背侧阻抗；ZL本为本段线路阻抗；ZL下为保护下一级线路阻抗；
若流经自适应电流保护装置的故障电流大于计算出的II段整定值IIIZ，则自适应电流保护装置的出口继电器在故障后延时0.5s动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；
自适应电流保护装置采用式(6)在线计算III段保护动作整定值
式中，为可靠系数，取值1.1～1.3；Kss为自启动系数，取值1.2～1.3；Kre为返回系数，取值0.85；Iload为流经自适应电流保护装置的实时负荷电流；
若流经自适应电流保护装置的故障电流大于计算出的自适应电流III段整定值，则自适应电流保护装置的出口继电器在故障后相比于下一级自适应III段延时0.5秒动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；若下一级没有配置自适应III段，则自适应电流保护装置出口继电器在故障后延时1秒动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；
⑥光伏接入点的上一级线路两端配设的各纵联差动电流保护装置分别判断故障方向并通信交换判断结果；
若各纵联差动电流保护装置同时判断故障为正方向故障，执行步骤⑦；若纵联差动电流保护装置中的系统电源侧保护装置判断结果为反方向故障，执行步骤⑧；若纵联差动电流保护装置中的光伏电源侧保护装置判断故障为反方向故障，则执行步骤⑨；
⑦各纵联差动电流保护装置无延时控制设于光伏接入点的上一级线路两侧的断路器跳闸，隔离故障；
⑧各纵联差动电流保护装置判断故障位于光伏接入点的上一级线路的上游线路，各纵联方向保护装置闭锁光伏接入点的上一级线路两侧断路器，同时系统电源侧相应的自适应电流保护装置控制跳开其所辖的靠近光伏侧的断路器，切断光伏电源电流；
⑨纵联差动电流保护装置闭锁光伏接入点的上一级线路两侧断路器，光伏接入点的上一级线路的再上一级线路中的自适应电流保护装置控制其所辖的靠近光伏侧的断路器不跳闸。
进一步的方案是，上述的步骤②中，自适应电流保护装置判断故障类型及确定故障类型系数Kd的方法为：
自适应电流保护装置采集故障后的系统侧A相电流和C相电流并按以下规则进行判断：
若则判定BC两相短路；
若则判定AB两相短路；
若则判定AC两相短路；
若前三式均不满足，则判定三相故障；
其中K1取值0.5；若判定为两相故障，则故障类型系数Kd取值若判定为三相故障，则故障类型系数Kd取值1。
进一步的方案是，上述的步骤③中，式(1)中的负序故障电压和负序故障电流以及式(2)中的正序故障分量电压和正序故障分量电流来自：
自适应电流保护装置获取故障发生后的工频故障电压分量△u和工频故障电流分量△i；其中，
工频故障电压分量△u由测得的自适应电流保护装置安装处的电压um减去故障前状态下的电压u[0]而得；
工频故障电流分量△i由测得的自适应电流保护装置安装处的电流im减去故障前状态下的电流i[0]而得。
本发明具有积极的效果：(1)本发明为含分布式光伏电源配电网的电流保护提供一种新的方法，该保护方法不受系统运行方式的影响，可在线计算保护的整定值，同时与光伏电源接入容量的大小和负荷大小均无关，当负荷和光伏电源接入容量改变时，该保护均能正确动作，可靠性更高，保护范围更大；仅在光伏电源接入的输电线路两端安装通信设备，减少了对通信设备的依赖；同时，由于传统的配电网为单一电源的辐射状网络，所以一般只在系统侧装设电流保护装置，本发明在传统配网保护的基础上除了光伏电源接入的输电线路两端安装电流保护装置，其余输电线路均只在系统侧安装一个电流保护装置，相比于在上游每一段线路两端配置传统纵联保护减少了系统配置成本。
附图说明
图1为实施例中所采用的含分布式光伏电源配电网的仿真模型示意图，图中还示意性显示了本发明电流保护方法所采用的电流保护装置的设置方案。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
(实施例1)
本实施例的含分布式光伏电源配电网的电流保护方法，包括以下步骤：
①在光伏电源接入点的上一级线路设置纵联差动电流保护装置，在该上一级线路以及该上一级线路的再上一级线路的光伏侧加装断路器；配电网其余线路均在系统电源侧配置I、II、III三段式自适应电流保护装置。
所谓上一级线路和再上一级线路，是指靠近和更靠近系统电源的线路。
②系统发生故障后，自适应电流保护装置首先判断故障类型为两相短路或三相短路以确定相应的故障类型系数Kd：
自适应电流保护装置采集故障后的系统侧A相电流和C相电流并按以下规则进行判断：
若则判定BC两相短路；若则判定AB两相短路；若则判定AC两相短路；若前三式均不满足，则判定三相故障；
其中K1取值0.5；若判定为两相故障，则故障类型系数Kd取值若三相故障则故障类型系数Kd取值1。
③自适应电流保护装置利用工频故障电压分量△u、工频故障电流分量△i实时计算保护装置背侧阻抗Zs，工频故障分量电压△u和工频故障分量电流△i定义为电力系统发生故障时，保护装置安装处测量到的电压um、电流im分别减去故障前状态下电压u[0]、电流i[0]所得到的电压、电流量；。在中性点不接地配电网中，工频故障分量电压△u由正序分量电压与负序分量电压组成。工频故障分量电流△i由正序分量电流与负序分量电流组成，即
两相短路时，自适应电流保护装置利用其内置的负序电流提取器提取工频故障电压电流分量中的负序分量电压电流计算保护装置背侧阻抗：
式中，为自适应电流保护装置安装处的负序故障电压；为自适应电流保护装置安装处的负序故障电流。
三相故障时，忽略光伏电源输出电流在故障前后的变化，自适应电流保护装置利用其内置的正序电流提取器提取工频故障电压电流分量中的正序故障分量电压、正序故障分量电流计算保护装置背侧阻抗Zs：
式中，为自适应电流保护装置安装处的正序故障分量电压；为自适应电流保护装置安装处的正序故障分量电流。
④计算自适应电流保护装置背侧等效电源电动势
式中，分别为故障期间保护装置处的故障相电压、故障相电流。指A相、B相或C相。
⑤在线计算自适应电流保护装置的保护动作整定值，自适应I段整定值IIZ为：
式中：Kk为可靠系数，取值1.1～1.3；Kd为步骤②中确定的故障类型系数；Es为步骤④所得的保护背侧等效电源电动势；Zs为步骤③所得的保护背侧阻抗；ZL为被保护线路阻抗。若流经保护装置的故障电流大于自适应电流I段整定值，则自适应电流保护装置的出口继电器瞬时发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸。
自适应II段整定值为：
式中，为可靠系数，取值1.1～1.3；Kd为步骤②中确定的故障类型系数；Es为步骤④所得的保护背侧等效电源电动势；Zs为步骤③所得的保护背侧阻抗；ZL本为本段线路阻抗；ZL下为保护下一级线路阻抗。若流经保护装置的故障电流大于自适应电流II段整定值，则自适应电流保护装置的出口继电器在故障后延时0.5s动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸。
自适应III段整定值为：
式中，为可靠系数，取值1.1～1.3；Kss为自启动系数，取值1.2～1.3；Kre为返回系数，取值0.85；Iload为流经保护的实时负荷电流，若流经保护装置的故障电流大于自适应电流III段整定值，则自适应电流保护装置的出口继电器在故障后相比于下一级自适应III段延时0.5秒动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；若下一级没有配置自适应III段，则自适应电流保护装置的出口继电器在故障后延时1秒动作，发出跳闸信号给该自适应电流保护装置所辖的断路器，令其跳闸；。
⑥光伏接入点的上一级线路两端配设的各纵联差动电流保护装置分别判断故障方向并通信交换判断结果；
若各纵联差动电流保护装置同时判断故障为正方向故障，执行步骤⑦；若纵联差动电流保护装置中的系统电源侧保护装置判断结果为反方向故障，执行步骤⑧；若纵联差动电流保护装置中的光伏电源侧保护装置判断故障为反方向故障，则执行步骤⑨。
⑦各纵联差动电流保护装置无延时控制设于光伏接入点的上一级线路两侧的断路器跳闸，隔离故障。
⑧各纵联差动电流保护装置判断故障位于光伏接入点的上一级线路的上游线路，各纵联方向保护装置闭锁光伏接入点的上一级线路两侧断路器，同时系统电源侧相应的自适应电流保护装置控制跳开其所辖的靠近光伏侧的断路器，切断光伏电源电流。
⑨纵联差动电流保护装置闭锁光伏接入点的上一级线路两侧断路器，光伏接入点的上一级线路的再上一级线路中的自适应电流保护装置控制其所辖的靠近光伏侧的断路器不跳闸。
前述步骤中，纵联差动电流保护装置判断故障方向，利用其内置的方向元件进行判断。
方向元件判断故障方向方法，以A相为例，若
则判断为正方向故障。
式中，为故障期间保护安装处的BC线电压；取值60°；为故障期间流过保护装置的A相电流，方向判断为现有技术，不再详述。
为验证本实施例的含分布式光伏电源配电网的电流保护方法的有效性，本实施例中采用如图1所示的含分布式光伏电源配电网的仿真模型示意图，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，在光伏接入点母线D的上一级线路CD两端配置方向纵联保护3、5，在该级线路的上一级线路BC的光伏侧加装断路器BRK，当保护3方向元件判断故障发生在反方向时，BRK跳闸以切断光伏提供的短路电流。其余线路系统侧均配备I、II、III三段式自适应电流保护1、2、4，图1中ZL1至ZL4为相应线路的阻抗。
图1所示的含分布式光伏电源配电网的相关仿真参数见表1。
表1仿真参数
①假设当在线路CD上发生BC两相短路，改变故障点f在线路BC上的位置(用α表示故障点距保护5的距离占线路CD长度的比例)，各自适应保护1、2的背侧阻抗Zs、背侧电动势Es、I段整定值及动作情况如表2所示。纵联保护3、5方向判断结果、动作情况以及BRK是否跳闸如表3所示。
表2自适应电流速断保护1、2I段整定值及动作情况
表3纵联保护3、5方向判断结果及动作情况、BRK是否跳闸
②假设在线路BC上发生BC两相短路时，自适应电流保护1、2的背侧阻抗、背侧等效电源电动势、I段整定值以及动作情况如表4所示。纵联保护3、5方向判断结果、动作情况以及BRK是否跳闸如表5所示。
表4自适应电流速断保护1、2I段整定值及动作情况
表5纵联保护3、5方向判断结果及动作情况、BRK是否跳闸
③假设线路CD上发生ABC三相短路，改变故障点f的位置(用α表示故障点离保护5的距离占线路CD长度的比例)，自适应电流保护1、2的背侧阻抗、背侧等效电源电动势、I段整定值、动作情况以及BRK是否跳闸如表6所示。
表6自适应电流速断保护1、2I段整定值及动作情况、BRK是否跳闸
④假设在线路BC上发生三相短路，自适应电流保护1、2的背侧阻抗、背侧等效电源电动势、I段整定值以及动作情况如表7所示。
表7自适应电流速断保护1、2I段整定值及动作情况、BRK是否跳闸
仿真结果表明，本发明的保护配置方法，能够在故障后快速判断出故障区段。当故障发生在线路AC上时，系统侧故障电流由自适应电流保护1、2切断，光伏侧故障电流由保护3背侧断路器BRK切断；当故障发生在线路CD内时，故障由纵联保护3、5切除，BRK不动作；当故障发生在母线D下游线路时，故障由自适应电流保护4切除。保护动作基本不受光伏接入的影响。馈线各位置故障均可快速被切断。因此该保护配置方法具有较强的实用性。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。