一种主动配电网开关站及主动配电网保护方法和系统与流程

本发明涉及分布式电源的配电网保护技术领域，具体涉及一种主动配电网开关站及主动配电网保护方法和系统。

背景技术：

主动配电网是一个内部具有分布式能源，具有主动控制和运行能力的配电网。其中的分布式能源，包括各种形式的连接到配电网中的各种分布式发电、分布式储能和需求响应资源等。主动配电网的核心是对分布式可再生能源从被动消纳到主动引导与主动利用。通过这一技术可以把配电网从传统的被动型用电网转变成可以根据电网的实际运行状态进行主动调节、参与电网运行与控制的主动配电网。主动配电网的主要特征可以归纳为四个方面：具备一定比例的分布式可控资源，网络拓扑结构可灵活调节，具备完善的可观可控水平，控制中心具备协调优化管理能力。

含有高渗透率分布式电源接入的主动配电网，相较于传统配电网，其保护面临许多新的问题和挑战。

主要为变流器型发电单元的分布式电源，缺少同步机的电磁暂态特性，仅存的惯性依赖变流器直流侧的电容，在暂态时可以提供很少的电能，其作用类似于同步发电机的转轴提供的旋转储能，以维持暂态能量平衡，但是电容器所能提供的能量要较之少很多。通过变流器并网的分布式电源，其输出电气量主要由并网变流器的控制策略决定。在外部出现故障时，变流器型分布式电源不能提供足够的短路电流，其短路电流受到限制为额定电流的1.2～2倍。

主动配电网中分布式电源的接入，从根本上改变了配电网的故障特征，导致故障后各电气量的变化与传统配电网中的情况不同。短路电流受到限制使得传统的保护原理和故障检测方法不能准确有效地工作，致使传统继电保护方法部分或完全失效。

目前配电网保护从经济性考虑广泛采用电流保护，为了确保电流保护动作的选择性，采用时间配合的方式实现配电线路的全线保护。电流保护在面对分布式电源群接入时将出现较大问题，分布式电源接入配电线路后，对传统基于辐射状电网单电源的保护方案产生有较大的影响：由于分布式电源的分流作用，会缩短上游电流保护的保护范围，降低了保护的灵敏性，导致保护拒动；由于分布式电源能反送潮流，会增大下游保护的保护范围，使得电流保护失去了选择性，导致保护误动；分布式电源的间歇性、随机性、波动性等特点，使得故障电流的整定更加困难；尤其是分布式电源接入使原有单端辐射状配电网络转变为多端电源系统，潮流方向和大小具有不确定性，这要求保护能够适应潮流变化，动态跟踪系统工作方式和控制方式。

目前应对分布式电源接入的主动配电网保护方法主要有三种：一，故障时分布式电源立即离网，配电线路保护不做任何调整；二，限制分布式电源的容量、接入位置和短路电流，配电线路保护也不做任何调整；三，引入通信技术和智能设备，配电线路保护需做调整。故障发生时分布式电源立即退出以及限制分布式电源接入容量和位置将会损失分布式电源的经济效益，影响主动配电网的发展，属于保护被动应对方法。借助通信和智能设备的保护方法，如采用多代理技术或广域网技术的自适应保护方法，需要较大规模的通信网络建设，可实施性不强，可靠性较低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供的技术方案面向高渗透率分布式电源接入的主动配电网，通过设置开关站将分布式电源的接入规范起来，采用母线差动保护法、电流最大值保护法和电流差动保护法，能够不利用通信数据，完成含有分布式电源和负载的主动配电网配电线路的保护，设计方法简单清晰，易于工程实施。

一种主动配电网开关站，分布式电源/负载通过所述开关站接入低压配电线路，其改进之处在于，所述开关站包括：两条母线、至少两个完整串、母线差动保护装置和电流最大值保护装置；

所述母线与所述配电线路的进线连接；

所述两个完整串并联后接入所述两条母线之间；

所述每个完整串至少包括3个串联的第一断路器，所述完整串的两个第一断路器之间设有引出线，所述分布式电源/负载通过所述引出线与所述开关站连接；

所述每条母线与所述配电线路的进线之间设有第二断路器；所述母线差动保护装置通过引线分别接入所述第二断路器和与第二断路器相连的第一断路器；

所述引出线上设有第三断路器；所述电流最大值保护装置通过引线接入所述第三断路器。

优选地，所述母线差动保护装置用于根据采集到的所述第二断路器和与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，计算母线差动电流，还用于，当所述母线差动电流大于所述母线差动保护装置整定值时，保护动作。

优选地，所述电流最大值保护装置用于根据采集到的所述引出线上的电流值，还用于，在电流值最大的引出线上保护动作。

优选地，所述开关站还包括电流差动保护装置；所述电流差动保护装置通过引线分别接入每个完整串中的两个第一断路器，每两个第一断路器间的引出线上的第三断路器。

优选地，所述电流差动保护装置用于根据采集到的所述每个完整串的第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上电流值，计算差动电流，还用于，当所述差动电流大于所述电流差动保护装置整定值时，保护动作。

优选地，所述母线差动保护装置、电流差动保护装置和电流最大值装置采用主-从热备的方式进行配置；

优选地，所述电流差动保护装置采用主-从热备的方式进行配置。

一种主动配电网保护方法，包括：

获取所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值和每个完整串的两个第一断路器之间的各引出线上的电流值；

基于所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，对母线采用母线差动保护方法；

基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

优选地，所述母线差动保护方法包括：出现差动时，所述第二断路器和所述多个与第二断路器相连的第一断路器跳闸保护；

电流最大值保护方法包括：电流值最大的引出线上的第三断路器跳闸保护。

优选地，所述方法还包括基于每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值，采取电流差动保护方法；

所述电流差动保护方法包括：获取所述每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

当每个完整串中的两个第一断路器以及两个断路器间的引出线上的第三断路器形成的区域内出现差动时，每个完整串中的两个第一断路器以及两个第一断路器间的引出线上的第三断路器同时跳闸保护。

一种主动配电网保护系统，所述系统包括设置模块、第一保护模块和第二保护模块；

获取模块：用于获取所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值和每个完整串的两个第一断路器之间的各引出线上的电流值；

第一保护模块：用于基于所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，对母线采用母线差动保护方法；

第二保护模块：用于基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

与最接近的已有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案通过设计网络拓扑将分布式电源的接入规范起来，采用母线差动保护法、电流最大值保护法和电流差动保护方法，能够不利用通信数据，完成含有分布式电源和负载的主动配电网配电线路的保护，不需要较大规模的通信网络建设，可实施性强，可靠性高。

本发明提供的技术方案不限制分布式电源和负载的接入容量和位置，在故障发生时，分布式电源和负载不会立即退出，不会损失分布式电源和负载的经济效益和厂家的投资积极性。

本发明提供的技术方案可以规避分布式电源和负载接入后引起的故障电流大小差异较大和电流双向的问题，并且可以自适应分布式电源和负荷的动态接入。

本发明提供的技术方案不需要通信交互，避免因通信故障或数据时间同步不准造成的保护误动或拒动。

本发明提供的技术方案简单清晰，经济投入少，易于工程实施。

附图说明

图1是本发明主动配电网开关站拓扑结构示意图；

图2是本发明主动配电网保护方法示意图；

图3是本发明主动配电网保护系统示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一、

一种主动配电网开关站，分布式电源/负载通过所述开关站接入低压配电线路，如图1所示，所述开关站包括：两条母线、至少两个完整串、母线差动保护装置和电流最大值保护装置；

所述母线与所述配电线路的进线连接；

所述两个完整串并联后接入所述两条母线之间；

所述每个完整串至少包括3个串联的第一断路器，所述完整串的两个第一断路器之间设有引出线，所述分布式电源/负载通过所述引出线与所述开关站连接；

所述每条母线与所述配电线路的进线之间设有第二断路器；所述母线差动保护装置通过引线分别接入所述一条母线与配电线路的进线之间的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器；

所述引出线上设有第三断路器；所述电流最大值保护装置通过引线接入所述第三断路器。

具体地，所述母线差动保护装置用于根据采集到的所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，计算母线差动电流，还用于，当所述母线差动电流大于所述母线差动保护装置整定值时，保护动作。

具体地，所述电流最大值保护装置用于根据采集到的所述引出线上的电流值，还用于，在电流值最大的引出线上保护动作。

具体地，所述开关站还包括电流差动保护装置；所述电流差动保护装置通过引线分别接入每个完整串中的两个第一断路器，每两个第一断路器间的引出线上的第三断路器。

具体地，所述电流差动保护装置用于根据采集到的所述每个完整串的第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上电流值，计算差动电流，还用于，当所述差动电流大于所述电流差动保护装置整定值时，保护动作。

具体地，所述母线差动保护装置、电流差动保护装置和电流最大值装置采用主-从热备的方式进行配置；

具体地，所述电流差动保护装置采用主-从热备的方式进行配置。

实施例二

一种主动配电网保护方法，如图2所示，包括：

获取所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值和每个完整串的两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

基于所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，对母线采用母线差动保护方法；

基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

具体地，所述母线差动保护方法包括：出现差动时，所述第二断路器和所述多个第一断路器跳闸保护；

电流最大值保护方法包括：电流值最大的引出线上的第三断路器跳闸保护。

具体地，所述方法还包括基于每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值，采取电流差动保护方法；

所述电流差动保护方法包括：获取所述每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

当每个完整串中的两个第一断路器以及两个断路器间的引出线上的第三断路器形成的区域内出现差动时，每个完整串中的两个第一断路器以及两个第一断路器间的引出线上的第三断路器同时跳闸保护。

实施例三、

一种主动配电网保护系统，如图3所示，所述系统包括设置模块，监测模块和保护模块；

获取模块：用于获取两条母线和每个完整串的两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

第一保护模块：用于基于所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，对母线采用母线差动保护方法；

第二保护模块：用于基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

具体地，母线差动保护方法包括：出现差动时，所述第二断路器和所述多个第一断路器跳闸保护；

具体地，电流最大值保护方法包括：电流值最大的引出线上的第三断路器跳闸保护。

具体地，所述系统还包括第三保护模块；

所述第三保护模块：用于基于每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值，采取电流差动保护方法；

具体地，所述电流差动保护模块包括：当每个完整串中的两个第一断路器以及两个断路器间的引出线上的第三断路器形成的区域内出现差动时，每个完整串中的两个第一断路器以及两个第一断路器间的引出线上的第三断路器同时跳闸保护。

实施例四、

如图1所示，qf0～qf11为断路器，b1和b2为两条母线。b1和b2之间串接三个第一断路器组成一个完整串，如qf1～qf3和qf4～qf6各为一个完整串。l1～l4为每串的两个第一断路器之间的引出线，分布式电源和负载可以自由接入，qf7～qf10为引出线上的第三断路器。第一断路器qf1～qf3和qf4～qf6对应的完整串中的第一断路器数量可根据接入的分布式电源和负载的数量进行添加。配电网的配电线路进线分别通过第二断路器qf0和qf11连接到母线b1和b2上。母线差动保护装置通过引线接入第二断路器qf0和第一断路器qf1、qf4；电流最大值保护装置通过引线接入第三断路器qf7、qf8、qf9和qf10；电流差动保护装置接入第一断路器qf1、qf2和第三断路器qf7。母线差动保护装置、电流差动保护装置和电流最大值装置的个数依据开关站的中各断路器的个数确定。

基于主动配电网开关站的主动配电网保护方法，包括以下步骤：

步骤1：获取所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值和每个完整串的两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

步骤2：基于所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值，对母线采用母线差动保护方法；

步骤3：基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

主动配电网的低压配电线路上，依据分布式电源和负载接入的数量和分布式电源和负载接入点的位置设置开关站。在有较多分布式电源和负载接入的低压配电线路，当这些分布式电源和负载接入点距离不是很远时，增设一个开关站，将这些分布式电源统一接入开关站。

步骤1：获取所述母线与配电线路的进线上的第二断路器和每个完整串中与第二断路器相连的第一断路器间各线路的电流值和每个完整串的两个第一断路器之间的引出线上的电流值；

包括：b1、b2的电流值；qf7、qf8、qf9、qf10的电流值。

步骤2：基于两条母线的电流值，对母线采用母线差动保护方法。

具体地，qf0&qf1&qf4和qf3&qf6&qf11配置母线差动保护实现对母线b1和b2范围内的保护，例如，f1处故障时，qf0、qf1和qf4跳闸。

步骤3：基于每两个第一断路器之间的引出线的电流值，对所有引出线采用电流最大值保护方法。

qf7、qf8、qf9、qf10配置电流最大值保护，其保护原理为：f3处故障为例，当此处故障时，必然是发生故障的线路l1流过的故障电流最大，即qf7流过的故障电流最大，因此分闸qf7即可。

基于每个完整串的两个第一断路器之间线路和两个第一断路器之间的引出线上的电流值，采取电流差动保护方法。

qf1&qf2&qf7、qf2&qf3&qf8、qf4&qf5&qf9和qf5&qf6&qf10配置电流差动保护，完成各小区域内的保护，如f2处故障时，qf1、qf2和qf7跳闸；

线路l1～l4下游的保护和qf7、qf8、qf9、qf10处的电流最大值保护动作时间做配合。

f1处故障时，qf0、qf1、qf4分闸，配网可通过qf11继续供电，l1～l4不失电；f2处故障时，qf1、qf2、qf7分闸，l1失电，l2～l4不失电；f3处故障时，qf7分闸，l1失电，l2～l4不失电；f4处故障时，qf3、qf6、qf11分闸，l1～l4不失电，避免了常规分布式电源接入较多的配电线路发生故障时，分布式电源全部脱网的情形。

上述实施例说明，本发明提供的技术方案通过设计网络拓扑将分布式电源的接入规范起来，采用母线差动保护法、电流最大值保护法和电流差动保护方法，能够不利用通信数据，完成含有分布式电源和负载的主动配电网配电线路的保护，不需要较大规模的通信网络建设，可实施性强，可靠性高。

本发明提供的技术方案不限制分布式电源和负载的接入容量和位置，在故障发生时，分布式电源和负载不会立即退出，不会损失分布式电源和负载的经济效益和厂家的投资积极性。

本发明提供的技术方案可以规避分布式电源和负载接入后引起的故障电流大小差异较大和电流双向的问题，并且可以自适应分布式电源和负荷的动态接入。

本发明提供的技术方案不需要通信交互，避免因通信故障或数据时间同步不准造成的保护误动或拒动，经济投入少。

本发明提供的技术方案发生故障时可以保证失电区域的最小化，且简单易实施。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。