一种有源配电网差动保护方法及相关装置与流程

1.本技术涉及电力技术领域，尤其涉及一种有源配电网差动保护方法及相关装置。


背景技术：

2.随着低成本电压传感器的研发，微机保护的应用、通信技术的发展，具有良好选择性和灵敏性的电流差动保护被引入到配电网保护，以保证分布式电源接入下配电网的安全可靠运行。
3.现有的电流差动保护技术方案主要利用双端电流信息构造保护动作判据。安装在线路两端的保护装置会接受来自对端的电流信息，并与本端的电流信息相减得到差动电流。当电力元件发生故障时，两端的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于保护装置的整定值时，保护装置将会发出动作信号，保护动作并将被保护线路的断路器断开。但是现有电流差动保护技术方案依赖于双端电流信息，容易受电流采样与传输可靠性的影响，一方面，配电网环境复杂，数据在采集和传输过程中容易产生较大误差，降低了保护的可靠性；另一方面，线路发生故障时，大故障电流容易造成电流传感器出现饱和现象，往往会闭锁或延迟相关的保护动作，造成选择性与速动性下降。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种有源配电网差动保护方法及相关装置，用于解决现有技术保护性能较低且可靠性较差的技术问题。
5.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种有源配电网差动保护方法，所述方法包括：s1、分别采集保护装置所在端的电流信息和电压信息，向对端发送本端的电流信息和电压信息，判断在预设时间内是否收到对端发送的电流信息和电压信息，若是，执行步骤s2，否则保护动作；s2、构建含循环电流线路的等效归算模型，建立用于分析所述等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判据方程组，并判断预置的主判据方程是否满足，若是保护动作，否则执行步骤s3；s3、判断所述等效归算模型是否含有不可测分支，若是，执行步骤s4，否则执行步骤s5；s4、判断所述第一辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作；s5、判断所述第二辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作。
6.可选地，所述构建含循环电流线路的等效归算模型，具体包括：根据基尔霍夫电压定律和电流定律构建含循环电流线路的第一方程组，以及含循环电流线路中m端和n端之间的第二方程组；将含循环电流线路中每一线路单元的线路电流表示为：流向线路末端的循环电流与流向各线路分支的负荷分配电流之和，得到第一电流公式，通过线路参数对所述循环电流进行转换，得到第二电流公式，通过线路参数对所述负荷分配电流进行转换，得到第三方
程组；基于所述第一方程组、所述第二方程组、所述第一电流公式、所述第二电流公式、所述第三方程组，构建所述等效归算模型。
7.可选地，所述第一辅助判据方程组，具体为：；式中，表示可测分支的集合；和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流，为流向线路分支的负荷分配电流。
8.可选地，所述第二辅助判据方程组，具体为：；式中，ε为预设阈值； 和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流。
9.可选地，所述主判据方程，具体为：；式中，和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为电流差动保护的最小动作电流整定值。
10.本技术第二方面提供一种有源配电网差动保护系统，所述装置包括：第一判断模块，用于分别采集保护装置所在端的电流信息和电压信息，向对端发送本端的电流信息和电压信息，判断在预设时间内是否收到对端发送的电流信息和电压信息，若是，触发第二判断模块，否则保护动作；第二判断模块，用于构建含循环电流线路的等效归算模型，建立用于分析所述等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判据方程组，并判断预置的主判据方程是否满足，若是保护动作，否则触发第三判断模块；第三判断模块，用于判断所述等效归算模型是否含有不可测分支，若是，触发第四判断模块，否则触发第五判断模块；第四判断模块，用于判断所述第一辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作；第五判断模块，用于判断所述第二辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作。
11.可选地，所述构建含循环电流线路的等效归算模型，具体包括：根据基尔霍夫电压定律和电流定律构建含循环电流线路的第一方程组，以及含循环电流线路中m端和n端之间的第二方程组；将含循环电流线路中每一线路单元的线路电流表示为：流向线路末端的循环电流与流向各线路分支的负荷分配电流之和，得到第一电流公式，通过线路参数对所述循环电流进行转换，得到第二电流公式，通过线路参数对所述负荷分配电流进行转换，得到第三方程组；基于所述第一方程组、所述第二方程组、所述第一电流公式、所述第二电流公式、所述第三方程组，构建所述等效归算模型。
12.可选地，所述第一辅助判据方程组，具体为：；式中，表示可测分支的集合；和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流，为流向线路分支的负荷分配电流；所述第二辅助判据方程组，具体为：；式中，ε为预设阈值； 和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流。
13.本技术第三方面提供一种有源配电网差动保护设备，所述设备包括处理器以及存储器：所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第一方面所述的有源配电网差动保护方法的步骤。
14.本技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的方法。
15.从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：本技术提供了一种有源配电网差动保护方法，包括：s1、分别采集保护装置所在端的电流信息和电压信息，向对端发送本端的电流信息和电压信息，判断在预设时间内是否收到对端发送的电流信息和电压信息，若是，执行步骤s2，否则保护动作；s2、构建含循环电流线路的等效归算模型，建立用于分析等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判
据方程组，并判断预置的主判据方程是否满足，若是保护动作，否则执行步骤s3；s3、判断等效归算模型是否含有不可测分支，若是，执行步骤s4，否则执行步骤s5；s4、判断第一辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作；s5、判断第二辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作。
16.与现有技术相比，本技术构造了基于电压量测的保护动作辅助判据，并提出了结合该保护动作辅助判据的配电网差动保护方法，能够有效应对ct饱和、数据采样和传输环节等电流数据异常而导致的保护性能降低或失效问题，有效提升配电网差动保护的可靠性和灵敏性，增强大规模新能源接入情况下配电网的安全性和可靠性，支撑以新能源为主体的电力系统建设。从而解决了现有技术保护性能较低且可靠性较差的技术问题。
附图说明
17.图1为本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护方法实施例的流程示意图；图2为本技术实施例中提供的一种含循环电流线路示意图；图3为本技术实施例中提供的一种含循环电流的等效归算示意图；图4为为本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
19.请参阅图1，本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护方法，包括：步骤101、分别采集保护装置所在端的电流信息和电压信息，向对端发送本端的电流信息和电压信息，判断在预设时间内是否收到对端发送的电流信息和电压信息，若是，执行步骤102，否则保护动作；需要说明的是，电力线路两端的保护转置分别采集所在端的电流和电压信息，以及该线路上所有可测分支线路的电流信息(用于后续步骤判断需要)，并向对端发送本端的电压和电流信息。当一端保护装置在tmax时间内不能接收到对端发送的数据时，保护动作，tmax的取值取决于现场的通信条件以及对保护故障切除时间的要求。当一端的保护装置能够接收到对端发送的数据后执行步骤102。
20.步骤102、构建含循环电流线路的等效归算模型，建立用于分析等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判据方程组，并判断预置的主判据方程是否满足，若是保护动作，否则执行步骤103；需要说明的是，本实施例构建含循环电流线路的等效归算模型的过程如下：1）循环电流的定义与求解：如图2所示的线路中，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，有如下方程成立：
ꢀꢀ
（1）式中，和分别表示线路mn两端的电压；表示从m端的流入电流，表示从n端的流入的电流。和分别表示支路1和支路2的电流。表示支路1和支路2之间线路mn的电流。表示支路1和支路2之间的线路mn的阻抗。表示节点m与支路1之间线路的阻抗。表示节点n与支路2之间线路的阻抗。
21.则，两侧的电流可以表示为：（2）对于每一线路单元，流经线路端点的电流可以分解为两部分，一是流向线路末端的循环电流，表示为，这部分的电流与本线路单元所连的负荷分布以及负荷大小无关；另一部分为流向各线路分支的负荷分配电流，表示为，此部分电流由各分支负荷电流根据网络参数计算得到，需考虑所有分支的情况。因此，线路电流可以表示为：
ꢀꢀꢀ
（3）已知线路端电压的情况下，循环电流可以通过线路参数进行计算，则有：
ꢀꢀꢀ
（4）式中，为线路mn的阻抗。
22.负荷分配电流根据阻抗值进行分配，考虑多分支的情况，则有：
ꢀꢀ
（5）式中，为流向线路分支i的负荷分配电流。为归算到m端的分支i的电流。为归算到n端的分支i的电流。
23.2）含循环电流的等效归算：基于式（1）-（5）在完成循环电流计算后，线路模型可以用如图3中的模型进行等效归算。循环电流等效归算模型是新保护原理的实现基础。
24.如图3所示，经循环电流等效归算后，线路的分支可以平移至端点处进行分析，这
一处理，不会引起端点处的电压电流的改变。
25.需要说明的是，本实施例建立用于分析等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判据方程组的过程如下：1）分支可测条件下的保护原理：如图3所示，在正常情况下，端点的电流大小，将始终等于等效到本端的负荷分配电流以及循环电流的大小之和，即有式子（6）成立。
26.ꢀꢀꢀ
（6）式中，和分别为从m端流入的电流和从n端流入的电流，为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流。
27.在外部故障的情况下，由于故障点的存在，不会影响循环电流以及负荷分配电流与端点量测电流的恒等关系，因此，在外部故障的条件下，仍有上述不等式恒成立。
28.在区内发生故障时，考虑故障分支的存在，此时，端点量测电流与循环电流、负荷分配电流的关系将演化为：
ꢀꢀꢀ
（7）式中，为归算到m端的故障分支电流。为归算到n端的故障分支电流；综合上述考虑，并进一步考虑量测误差等存在，设置含循环电流的保护判据（第二辅助判据方程组）如下：
ꢀꢀꢀ
（8）保护判据右侧的定值ε可取为较小的固定门槛取值（即ε为预设预置）；和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流。
29.2）含不可测分支的保护原理：由于不可测分支的存在，不等式左边无法直接通过量测与计算得到，此时应将不可测分支涉及的分支保留在不等式的右侧。定值设置时考虑不可测分支对各端点的可能出现的最大归算值，则保护判据（第一辅助判据方程组）可表示为：
ꢀꢀ
（9）式中，表示可测分支的集合；和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流
线路n端流入的电流；为归算到m侧负荷分配电流；为归算到n侧负荷分配电流；为流向线路末端的循环电流，为流向线路分支的负荷分配电流。
30.对于正常情况以及外部故障发生的情况：端点的量测电流，减去循环电流与可测分支负荷分配电流，将等于归算到端点测的不可测分支负荷分配电流值。正常情况下与外部故障情况下，这一电流值将始终小于不可测分支最大负荷电流分配结果，因此，上述判据不动作。
31.相反地，当线路上发生故障时，故障支路对两端点都会产生额外的分配电流，表现为端点量测电流取值的增大，造成判据左侧计算结果抬升，一旦这一抬升效果超出右侧最大负荷电流归算值，则保护动作。
32.需要说明的是，本实施例对主判据的选择并不做具体限定，本实施例的根据式（10）进行主判据的构造：
ꢀꢀ
（10）式中，和分别为从电流线路m端流入的电流和从电流线路n端流入的电流；iop为电流差动保护的最小动作电流整定值。
33.可以理解的是，当主判据满足时，则保护动作；当主判据不满足时，对辅助判据进行判断，若辅助判据满足，则保护动作，否则保护不动作。
34.步骤103、判断等效归算模型是否含有不可测分支，若是，执行步骤104，否则执行步骤105；步骤104、判断第一辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作；步骤105、判断第二辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作。
35.以上为本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护方法的实施例，以下为本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护系统的实施例。
36.请参阅图4，本技术实施例中提供的一种有源配电网差动保护系统，包括：第一判断模块201，用于分别采集保护装置所在端的电流信息和电压信息，向对端发送本端的电流信息和电压信息，判断在预设时间内是否收到对端发送的电流信息和电压信息，若是，触发第二判断模块，否则保护动作；第二判断模块202，用于构建含循环电流线路的等效归算模型，建立用于分析等效归算模型的第一辅助判据方程组和第二辅助判据方程组，并判断预置的主判据方程是否满足，若是保护动作，否则触发第三判断模块；第三判断模块203，用于判断等效归算模型是否含有不可测分支，若是，触发第四判断模块，否则触发第五判断模块；第四判断模块204，用于判断第一辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作；第五判断模块205，用于判断第二辅助判据方程组是否满足，若是保护动作，否则保护不动作。
37.进一步地，本技术实施例中还提供了一种有源配电网差动保护设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令，执行如上述第一方面所述的有源配电网差动保护方法的步骤。
38.进一步地，本技术实施例中还提供了计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行上述第一方面所述的方法。
39.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
40.本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等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，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“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。
41.应当理解，在本技术中，“至少一个（项）”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
42.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
43.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
44.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
45.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全
部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（英文全称：read-only memory，英文缩写：rom）、随机存取存储器（英文全称：random access memory，英文缩写：ram）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
46.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。