一种基于动作延时的主动探测式配电网保护方法与流程

1.本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于动作延时的主动探测式配电网保护方法。


背景技术：

2.随着高比例可再生能源接入电力系统中的应用，影响配电网结构产生了很大的变化。现阶段的配电网通常为直交流混合的结构，一侧为交流系统，另一侧为直流系统，并通过换流器等可控电力电子设备实现交直流的相互转换。但可控电力电子设备的弱馈特性将会导致出口电流较小、电流保护灵敏度不足等问题。
3.目前针对上述问题的配电网保护方案分为两类，一类是将输电网的保护方案应用于配电网，另一类是基于目前的保护配置，采用自适应、加装方向元件等新算法。第一类方法依赖通讯，成本较高。第二类方法主要是引入了电压量，会有接线复杂和电压死区等新问题，降低了配电网保护的灵敏度。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于动作延时的主动探测式配电网保护方法，包括：
5.获取经过可控电力电子设备的交流电压，当所述交流电压小于预设限值时，判断配电网发生故障；
6.获取配电网的正序故障分量，根据正序故障分量判断是否满足保护启动条件；
7.若满足保护启动条件，通过可控电力电子设备向配电网中的保护设备发送主动探测信号；
8.当保护设备接收到主动探测信号时，根据保护设备与可控电力电子设备的电气距离，确定保护设备的动作延时，基于动作延时控制保护设备做出保护动作。
9.可选的，所述预设限值为配电网交流系统的额定电压的70％。
10.可选的，所述获取配电网的正序故障分量，根据正序故障分量判断是否满足保护启动条件，包括：
11.获取正序故障分量中的电压分量和电流分量，计算电压分量和电流分量之间的相位差，当相位差在-180
°
至180
°
之间时，判定满足保护启动条件。
12.可选的，所述若满足保护启动条件，通过可控电力电子设备向配电网中的保护设备发送主动探测信号，包括：
13.当满足保护启动条件时，在可控电力电子设备的输入端的原有控制信号上，叠加相位跃变触发信号；
14.通过相位跃变触发信号控制可控电力电子设备中开关元件的关断，使可控变流器的输出信号发生相位跃变；
15.将发生相位跃变的输出信号作为主动探测信号，发送给配电网中的保护设备。
16.可选的，所述当保护设备接收到主动探测信号时，根据保护设备与可控电力电子设备的电气距离，确定保护设备的动作延时，基于动作延时控制保护设备做出保护动作，包括：
17.确定接收到主动探测信号的保护设备在配电网中的位置，结合发出主动探测信号的可控电力电子设备的位置，获取保护设备与可控电力电子设备的电气距离；
18.根据预设的反时限动作曲线，确定与电气距离对应的动作延时；
19.根据保护设备在接收到主动探测信号后的所在线路相位跃变量的变化情况，结合动作延时控制保护设备做出保护动作。
20.可选的，所述根据保护设备在接收到主动探测信号后的所在线路相位跃变量的变化情况，结合动作延时控制保护设备做出保护动作，包括：
21.保护设备根据动作延时的顺序做出保护动作，在每一次保护动作响应完毕时，分别检测尚未做出保护动作的保护设备所在线路的相位跃变量的变化情况；
22.若相位跃变量降低到预设量时，停止保护设备的保护动作，否则，按照动作延时的顺序继续控制保护设备做出保护动作。
23.本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
24.无需添加额外设备，无需通信，实现简便，能够在不影响配电网其他无关设备正常运行的前提下，解决了电力电子设备的弱馈特性导致的电流保护灵敏度不足的问题。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例提出的一种基于动作延时的主动探测式配电网保护方法的流程示意图；
27.图2为交直流混合配电网的典型结构示意图；
28.图3为用于设置动作延时的反时限动作曲线图。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
31.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
32.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
34.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
35.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
36.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
37.实施例一
38.如图1所示，本实施例提出了一种基于动作延时的主动探测式配电网保护方法，包括：
39.s1：获取经过可控电力电子设备的交流电压，当所述交流电压小于预设限值时，判断配电网发生故障；
40.s2：获取配电网的正序故障分量，根据正序故障分量判断是否满足保护启动条件；
41.s3：若满足保护启动条件，通过可控电力电子设备向配电网中的保护设备发送主动探测信号；
42.s4：当保护设备接收到主动探测信号时，根据保护设备与可控电力电子设备的电气距离，确定保护设备的动作延时，基于动作延时控制保护设备做出保护动作。
43.可控电力电子设备是指采用电力电子技术实现交直流变换的设备，包括整流桥、逆变器、换流器以及电力电子开关等设备。本实施例一方面考虑到可控电力电子设备的弱馈特性将会导致出口电流较小、电流保护灵敏度不足等问题，另一方面考虑到配电网中越来越多的电力电子设备的灵活可控的特性，因此，本实施例提出在系统发生故障后，生成具有明确特征的主动探测信号，构造更加灵敏可靠的主动探测式配电网保护方法。
44.本实施例以图2所示的交直流混合配电网的典型结构为例，左侧为交流系统，右侧为直流系统，交直流系统由两条10kv交流专线相连，一条连接220kv交流变电站和换流站a，一条连接110kv变电站和换流站b。换流站a和换流站b接在同一条直流母线上，向直流负荷供电。由图2中的10kv交流专线l1、l2、l3可以看到，110kv变电站还有其他多条交流出线。
45.本实施例以10kv交流专线为例，需要注意的是，本实施例所提出的主动探测式配电网保护方法主要针对配电网中发生在交流系统中的故障。首先以配电网线路中的低电压和方向元件作为故障发生以及保护启动的判别条件，将s1中的预设限值设置为配电网交流系统的额定电压的70％，当换流站b测得的交流电压低于额定电压的70％时，认为配电网发
生故障，再根据配电网的正序故障分量判断故障是否发生在交流系统。即当配电网满足判据时，启动本实施例提出的主动探测式配电网保护方法。其中，u
ac
为换流站b测得的交流电压，un为配电网交流系统的额定电压，arg表示正序故障分量中的电压分量δu1和电流分量δi1之间的相位差。
46.以图2中换流器b为中心，当发生前方故障，即交流系统故障时，换流站b处看到的正序阻抗为负阻抗；当发生背侧故障，即直流系统故障时，换流站b处看到的正序阻抗为正阻抗。因此，上述判据能够表证配电网发生了故障，且发生在换流站b左侧的交流系统，因此启动主动探测式配电网保护方法。
47.主动探测式配电网保护方法启动后，换流变b切换到预置的附加控制策略下，所述附加控制策略具体为：
48.当满足保护启动条件时，在可控电力电子设备的输入端的原有控制信号上，叠加相位跃变触发信号；
49.通过相位跃变触发信号控制可控电力电子设备中开关元件的关断，使可控变流器的输出信号发生相位跃变，在不影响配电网交流系统正常运行的前提下，为便于检测，本实施例中相位跃变量取90
°
。
50.将发生相位跃变的输出信号作为主动探测信号，发送给配电网中的保护设备。
51.换流站b产生的主动探测信号能够引起保护设备k1、k2、k3所在的l1线路中电信号的相位跃变，从而使保护设备k1、k2、k3能够灵敏的感知到故障发生并做出相应的保护动作。
52.为了确保保护设备的保护动作不会影响与故障无关的交流线路的正常运行，在本实施例中为各个接收到主动探测信号的保护设备设置相应的动作延时，具体包括：
53.确定接收到主动探测信号的保护设备在配电网中的位置，结合发出主动探测信号的可控电力电子设备的位置；根据预设的反时限动作曲线，确定与电气距离对应的动作延时。本实施例中，其动作延时具体根据图3所示的预设的反时限动作曲线确定，由图3可以看到，保护设备与作为信号发送源的换流站b电气距离近的位置采用较大的动作延时，与换流站b电气距离远的位置采用较小的动作延时。
54.本实施例基于上述动作延时控制保护设备做出保护动作，具体为根据保护设备在接收到主动探测信号后的所在线路相位跃变量的变化情况，结合动作延时控制保护设备做出保护动作，具体包括：
55.保护设备根据动作延时的顺序做出保护动作，在每一次保护动作响应完毕时，分别检测尚未做出保护动作的保护设备所在线路的相位跃变量的变化情况；
56.若相位跃变量降低到预设量时，停止保护设备的保护动作，否则，按照动作延时的顺序继续控制保护设备做出保护动作。
57.以图2中的l1为例，以换流站b为中心划定一个保护区，f1表示对于换流站b的区外故障，f2表示对于换流站b的区内故障。若为区外故障，即故障发生在f1处，则k1、k2、k3都能检测到明显的相位跃变，此时k1将先于k2、k3动作，k1断路器成功跳开后，k2、k3处电压降
低，假设此时l1处的相位跃变量相位差降低到预设量，因此k2、k3在后续将不再做出保护动作，至此保护流程结束，交流系统中产生的故障已通过k1跳开而实现故障隔离。若为区内故障，即故障发生在f2处，则受到故障支路分流作用的影响，k1检测到的相位几乎不发生跃变，因此k1不做出保护动作，因此可以保障与f2处的故障无关的区域能够正常运行，k2、k3检测到明显的相位跃变，由于k3相比k2距离换流站b更近，因此k3先经过较短的动作延时后跳开，k2在经过较长的动作延时后依据传统的过电流保护跳开，完成故障隔离。
58.上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
59.以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。