分布式电源接入下变压器中性点接地方法

1.本发明涉及变压器领域，具体来讲，涉及一种分布式电源接入下变压器中性点接地方法和发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法。


背景技术：

2.当前有大量的各种类以及各种容量的分布电源从用户端接入电网中，分布式发电系统发电规模相对较小，布点分散一般分布在用户附近，独立输出电能可孤网运行也可以并网运行。系统内电源与分布式发电相结合可以节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性。但是分布式电源同样也会带来很多问题，例如对配网中系统的网损产生影响，对电能质量以及系统的可靠性产生影响。
3.分布式电源对系统的影响主要体现在：无源用户端的变压器中性点一般选择不接地，这样当系统发生单相接地时，各相间电压大小和相位保持不变；三相系统的平衡没有遭到破坏，因此在短时间内可以继续运行；同时如果所有用户端不管有源无源变压器都接地的话，会起到一个分流的作用，使零序保护的灵敏性大大降低。但是同样有一个问题就是当发生接地短路故障时，不接地变压器的中性点电压会发生骤升，一旦电压超过了保护的限度，这对变压器以及配网来说都是一个比较大的危害。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于：在分布式电源接入电网时避免不接地变压器中性点电压的超过保护限度。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法。
6.其中，变压器中性点不接地，所述方法可包括以下步骤：根据分布式电源的类型和发生故障的类型，选择计算模型；确定变压器安全运行的暂稳态条件；根据所述计算模型和所述暂稳态条件，确定分布式电源接入电网的容量。
7.进一步地，在所述分布式电源为逆变型和故障为单相故障的情况下，所述计算模型包括第一模型，第一模型包括：
[0008][0009]
其中，u
no
为变压器中性点电压，p
dg
为接入的分布式电源的容量，p
l
为本地负荷的有功需求，un为分布式电源并网运行的电压。
[0010]
进一步地，在所述分布式电源为逆变型和故障为两相故障的情况下，所述计算模型包括第二模型，第二模型包括：
[0011][0012]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，其等于变压器中性点电压，i
dg
为逆变型分布式电源发出的电流，z
l(1)
为本地负荷的正序阻抗。
[0013]
进一步地，在所述分布式电源为旋转型和故障为单相故障的情况下，所述计算模型包括第三模型，第三模型包括：
[0014]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，p
dg
为接入的分布式电源的容量，p
l
为本地负荷的有功需求，un为分布式电源并网运行的电压。
[0015]
进一步地，在所述分布式电源为旋转型和故障为两相故障的情况下，所述计算模型包括第四模型，第四模型包括：
[0016]zg(1)
＝(z
s(1)
//z
l(1)
)+z
1(1)
+z
t(1)
，z
m(1)
＝z
1(1)
+z
l(1)
+z
t(1)
，
[0017]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，z
s(1)
为旋转型分布式电源的内阻，z
l(1)
为本地负荷正序阻抗，z
l(1)
为配电网线路等效正序阻抗，z
t(1)
为主变等效正序阻抗，us为旋转型分布式电源的电压。
[0018]
进一步地，所述分布式电源包括逆变型分布式电源，逆变型分布式电源包括光伏电源、风电电源或燃料电池发电电源。
[0019]
进一步地，所述分布式电源包括旋转型分布式电源，旋转型分布式电源包括水电电源或燃气轮机电源。
[0020]
进一步地，所述确定变压器安全运行的暂稳态条件的步骤包括：确定不同故障类型下，保障中性点不接地变压器运行安全的暂态条件和稳态条件。
[0021]
进一步地，所述方法还可包括步骤：利用仿真模型验证所述确定的容量。
[0022]
进一步地，所述变压器为110kv变压器。
[0023]
本发明另一方面提供了一种分布式电源接入下变压器中性点接地方法。
[0024]
所述方法包括以下步骤：根据如上所述的发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法来确定所述容量；在所述分布式电源接入电网的容量大于所述确定的容量的情况下，将变压器中心点从不接地转换成接地。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果可包括：
[0026]
(1)本发明能够确定出分布式电源接入的容量限制，保障了电网的运行安全，避免了不接地变压器中性点电压过高导致的间隙击穿造成的损失。
[0027]
(2)本发明能够为分布式电源接入点变压器中性点运行方式提供决策参考，提高分布式电源接入电网后的保护能力。
[0028]
(3)本发明能够降低变压器投资、运行成本，减少因故障处置不恰当带来的直接或者间接经济损失，提升电网企业社会形象。
附图说明
[0029]
图1示出了示例1中的单相接地故障时变压器中性点电压波形图；
[0030]
图2示出了示例1中的分布式光伏容量为6mw时变压器中性点电压的仿真结果；
[0031]
图3示出了示例1中的分布式光伏容量为10mw时变压器中性点电压的仿真结果；
[0032]
图4示出了示例1中的分布式光伏容量为12mw时变压器中性点电压的仿真结果；
[0033]
图5示出了示例2中的风电接入容量为10mw故障后变压器中性点电压的仿真结果；
[0034]
图6示出了示例2中的风电接入容量为6mw故障后变压器中性点电压的仿真结果。
具体实施方式
[0035]
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的一种发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法。
[0036]
示例性实施例1
[0037]
当前有大量的各种类以及各种容量的分布电源从用户端接入电网中，当发生故障时为保证用户端中性点不接地变压器安全，急需确定各类分布电源接入的容量。
[0038]
因此，本发明提供了一种发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法。所述方法可包括以下步骤：
[0039]
s01：根据分布式电源的类型和发生故障的类型，选择计算模型。
[0040]
其中，分布式电源的类型可包括逆变型和旋转型。逆变型分布式电源可包括光伏电源、风电电源、燃料电池发电电源。旋转型分布式电源包括水电电源或燃气轮机电源。
[0041]
故障的类型可包括：分布式电源接入的电网线路发生的单相接地故障和双相接地故障。
[0042]
s02：确定变压器安全运行的暂稳态条件。具体地，该步骤可包括：确定不同故障类型下，保障中性点不接地变压器运行安全的暂态条件和稳态条件。暂稳态条件能够对变压器中性点电压大小进行约束，即构成约束条件。
[0043]
s03：根据所述计算模型和所述暂稳态条件，确定分布式电源接入电网的容量。
[0044]
在本实施例中，在逆变型分布式电源并网和故障为单相故障的情况下，所述计算模型包括第一模型，第一模型包括：
[0045][0046][0047]
其中，u
no
为变压器中性点电压，p
dg
为接入的分布式电源的容量，p
l
为本地负荷的有功需求，un为分布式电源并网运行的电压。
[0048]
在该式中，可认为只有u
no
和p
dg
是未知参数。p
l
和un都是可以提前确定的值，即根据实际线路确定，例如，p
l
可以根据由国家电网来提供，例如可以为10mw，un为该线路中的基准电压，该参数为领域公知，例如可以为63.50853kv。
[0049]
在本实施例中，在分布式电源为逆变型和故障为两相故障的情况下，所述计算模型包括第二模型，第二模型包括：
[0050][0051]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，i
dg
为逆变型分布式电源发出的电流，z
l(1)
为本地负荷的正序阻抗。故障点零序电压与变压器中性点电压是一致的(即相等的)，且逆变型分布式电源可以等效为一个只发出正序电流的恒流源，i
dg
就是其电流。
[0052]
在该式中，可认为只有u
f(0)
和i
dg
是未知参数。z
l(1)
可以是提前确定的值，即根据实际线路确定。
[0053]
在本实施例中，旋转型分布式电压可以等效为一个恒压源加上一个内阻，us为其电压，z
s(1)
为其电阻。
[0054]
在分布式电源为旋转型和故障为单相故障的情况下，所述计算模型包括第三模型，第三模型包括：
[0055]
即
[0056]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，z
l(1)
为本地负荷正序阻抗，z
s(1)
为旋转型分布式电源的内阻，us为旋转型分布式电源的电压，p
dg
为接入的分布式电源的容量，p
l
为本地负荷的有功需求，un为分布式电源并网运行的电压。
[0057]
在该式中，可认为只有u
f(0)
和p
dg
是未知参数。p
l
和un都是可以提前确定的值，即根据实际线路确定，例如从国家电网获得数据。
[0058]
在本实施例中，在分布式电源为旋转型和故障为两相故障的情况下，所述计算模型包括第四模型，第四模型包括：
[0059]zg(1)
＝(z
s(1)
//z
l(1)
)+z
1(1)
+z
t(1)
，z
m(1)
＝z
1(1)
+z
l(1)
+z
t(1)
，
[0060]
其中，u
f(0)
为故障点零序电压，z
m(1)
为本地负荷正序阻抗、配电网线路等效正序阻抗和主变等效阻抗之和，z
s(1)
为旋转型分布式电源的内阻，z
l(1)
为本地负荷正序阻抗，z
l(1)
为配电网线路等效正序阻抗，z
t(1)
为主变等效正序阻抗，us为旋转型分布式电源的电压。
[0061]
在该式中，可认为只有u
f(0)
和us是未知参数。其他参数都是可以提前确定的值，即根据实际线路确定，例如可以通过国网获得数据。
[0062]
本实施例中，在上述四个计算模型中，只有u
no
(或u
f(0)
)和p
dg
是未知参数，其他参数可以根据实际线路来确定，即是可以提前确定的。
[0063]
本实施例中，在步骤s03中，可以先确定暂稳态条件下变压器中性点电压u
no
最大值，然后带入相应计算模型就可以计算出不超出暂稳态条件下的最大分布式电源容量。
[0064]
在本实施例中，作为一个示例说明，暂态条件(也可称为暂态标准)如下表1所示，具体可根实际情况来确定，例如可以考虑中性点绝缘等级为60kv的暂态标准。
[0065]
表1暂态标准
[0066]
中性点绝缘等级(kv)中性点1min工频绝缘水平(kv)449560140
110200
[0067]
稳态条件是变压器中性点电压不超过正常工频运行下的额定倍数(例如可以为1.04倍，当然也可以是其他倍数，具体可根据绝缘等级来确定)，因为变压器中性点电压一旦超过标准则变压器中性点会发生间隙击穿，对变压器以及线路都有损害。
[0068]
为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明，以下示例是利用pscad仿真进行仿真验证。
[0069]
示例1
[0070]
设定光伏电场并网线路模型，该线路模型包括：110kv电网经过20km的架空线上接入110kv/10kv的变电站中，同时低压侧有一光伏场通过0.49kv/10kv的升压变压器并网，光伏场运用恒功率控制保持有功输出一直在mppt的追踪点处，在10kv侧接入一个10mw的负荷等效为本地负荷。在110kv/10kv变电站高压侧设置一个短路故障，让其在20s时动作短路，并且短路故障持续6s后结束，在20km架空线处连接一个断路器，并设置其工作时间为22s到26s之间，即主网侧短路故障发生两秒后，主网侧电源被切除。此时观察110kv/10kv主变中性点电压在20s短路故障发生时以及22s主网侧电源被切除时这两阶段的变化情况。
[0071]
(1)主变高压侧发生单相接地故障
[0072]
20s系统发生单相接地故障，22s主网侧电源被切除，110kv/10kv主变的中性点的电压将表现为两个阶段，20s-22s为一个阶段，此时中性点电压由主网侧电源控制，22s-26s为第二阶段，中性点电压由光伏电场的容量与本地负荷的比值控制。仿真结果如图1所示，可以清楚的看到变压器中性点电压在22s时发生了一次变化。
[0073]
20s到22s的中性点电压的幅值为73kv左右，有效值为51.619kv。而高压侧相电压有效值为63.64kv。所以在发生单相接地短路后，主网侧电源没有切除的情况下，中性点没有被击穿的危险。22s到26s的中性点电压进一步抬升，是由于主网侧电源切除后，光伏电源给负载供电导致。由于分布式光伏是由恒功率控制，可以通过调节给定值或减少或增加光伏板的数量来控制功率输出，下面将分别设定分布式光伏电源的容量在6mw左右、10mw左右、12mw左右来验证。
[0074]
①
分布式光伏电源的容量为6mw
[0075]
当分布式电源容量为6mw时，由于负载恒定为10mw，可算出变压器中性点电压的峰值和有效值为：
[0076][0077][0078]
中性点电压的仿真结果如图2所示，其峰值为65.62kv，有效值为46.400kv有效值误差为1.474％。
[0079]
②
分布式光伏电源的容量为10mw
[0080]
分布式光伏电源容量为10mw时，可算出变压器中性点电压的峰值及其有效值：
[0081]
[0082][0083]
中性点电压的仿真结果如图3所示，所示，其峰值为87.51kv。有效值为61.87kv，有效值误差为2.565％。
[0084]
③
分布式光伏电源的容量为12mw
[0085]
分布式光伏电源容量为12mw时，可算出变压器中性点电压的峰值及其有效值为：
[0086][0087][0088]
中性点电压的仿真结果如图4所示，其峰值为95.90kv。有效值为67.812kv，有效值误差为2.527％。
[0089]
(2)主变高压侧发生两相接地故障时
[0090]
与单相接地故障表现特性趋势相同，110kv主变高压侧发生两相接地故障到主网侧电源被切断后，主变中性点电压同样也表现出两个阶段。设光伏电源容量为10mw并网。在第一阶段：
[0091][0092]
n＝8.6831
[0093][0094]
由此可得其峰值为
[0095]
在第二阶段：当分布式光伏容量为10mw以及本地负载为10mw时，中性点电压的理论值计算包括：
[0096][0097]
同样可得峰值为
[0098]
仿真结果得变压器中性点电压第一阶段峰值为44kv，有效值为31.1126kv，有效值误差为3.621％。变压器第二阶段峰值为46.44kv，有效值为32.8380kv，有效值误差为2.8706％。
[0099]
通过上述结果对比，可知本发明能够准确确定出分布式电源接入的容量限制。
[0100]
示例2
[0101]
针对旋转型分布式电源，本示例仿真搭建以直接并网的风电为例，以传统励磁同步电机作为主体设置两种仿真情况。第一种是当旋转型分布式电源容量为10mw时，第二种即是当旋转型分布式电源容量为6mw。
[0102]
①
并网风电接入容量为10mw
[0103]
当风电容量为10mw时，当保护动作，主网侧电源被切除。变压器中性点电压幅值以
及有效值为：
[0104][0105]uno
＝63.50kv。
[0106]
仿真结果如图5所示，测量所得到的电压幅值为90.012kv。电压有效值为63.648kv，误差为0.233％。
[0107]
②
并网风电接入容量为6mw
[0108]
当风电容量为6mw，发生单相接地故障时，此时表现出来的特性就和逆变型分布式电源不同。当风电容量为6mw时，当保护动作，主网侧电源被切除。变压器中性点电压幅值以及有效值为：
[0109][0110]uno
＝49.1934kv。
[0111]
由图6所示仿真图像中幅值为69.90kv，电压有效值为49.42678kv，有效值误差为0.4744％。
[0112]
通过上述结果对比，可知本发明能够准确确定出分布式电源接入的容量限制。
[0113]
示例性实施例2
[0114]
本示例性实施例提供了一种分布式电源接入下变压器中性点接地方法。
[0115]
所述方法包括以下步骤：根据如示例性实施例1所述的发生故障下分布式电源接入电网容量的确定方法来确定所述容量。由于某些原因(实际情况总是和理想情况不一样)使当地的分布式电源接入的容量必须要超过计算出的合理容量的情况下，将变压器中心点从不接地转换成接地。
[0116]
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。