一种有源配电网的电流差动保护方法及系统与流程

1.本公开属于电力系统技术领域，具体涉及一种有源配电网的电流差动保护方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.分布式电源的分散接入，使配电网呈现出“多源”的特点，潮流和故障电流双向流动，这导致传统的三段式过流保护失去选择性。而纵联保护是解决多源网络保护问题的有效手段，基于基尔霍夫电流定律的电流差动保护无疑是最有效的保护原理。
4.电流差动保护把被保护线路看作节点，通过判断流入该节点的电流识别故障，因此，对于可忽略分布电容影响的配电线路来说，电流差动保护原理上能够解决其保护问题，其关键在于保护判据的设计。在传统电网中，线路两侧同步发电机故障前后内电势不变，两侧电流相位在区内故障时相近，在区外故障时相反，基于该特点，兼顾灵敏度和可靠性的判据被设计出来。然而在有源配电网中，分布式电源大多通过逆变器并网，受控制策略影响，分布式电源故障特性与同步电机不同，其输出的故障电流幅值受限，相位受控。此时传统差动保护判据的适应性受到挑战。
5.在实际工程中，电流互感器(ct)饱和是影响电流差动保护可靠性的关键因素。ct饱和模糊了区内故障和区外故障之间的界限，常规差动保护判据难以识别故障。目前解决ct饱和导致继电保护失效的方法有两种：研究抗ct饱和能力强的保护方法、研究ct饱和识别方法；前者主要利用电流采样值天然的抗ct饱和能力，充分利用线性传变阶段做出判断；后者通过对二次电流波形特征分析，设计饱和识别方法，包括时差法、谐波法等，该方法要设计与之配合的闭锁及开放方案。以上方法对配网硬件设备提出了更高要求，且传输采样值加重了配电网的通信负担。因此，依靠常规的电流差动保护判据难以兼顾区内故障不拒动，ct饱和不误动等情况。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本公开提出了一种有源配电网的电流差动保护方法及系统，在分析有源配电网故障电流幅相关系的基础上，在幅相平面中给出适用于有源配电网的制动区域。同时考虑常见的ct饱和情形，提出了一种高性能电流差动保护方案。该发明在保证可靠性的前提下具有更高的灵敏度，且能够应对ct饱和，更加适用于有源配电网；在保证可靠性的基础上，有效提高了差动保护在有源配电网中的适应性。
7.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种有源配电网的电流差动保护方法，采用如下技术方案：
8.一种有源配电网的电流差动保护方法，包括：
9.获取有源配电网被保护区段的电流；
10.根据所获取电流的误差和预设的电流相位裕度，判断有源配电网被保护区段是否启动电流差动保护；
11.当电流差动保护启动后，根据电流互感器是否饱和选择差动保护判据，实现有源配电网的差动保护。
12.作为进一步的技术限定，基于设置在有源配电网被保护区段的电流互感器获取有源配电网被保护区段的电流；根据设置在有源配电网被保护区段的电流互感器的型号，确定该电流互感器所引起的最大电流误差，所述电流误差包括电流幅值误差和电流相位误差。
13.作为进一步的技术限定，根据区段两侧的数据同步方法，确定数据同步引起的最大相位误差；所述数据同步方法包括基于gps的数据同步方法和故障时刻自同步
14.进一步的，确定被保护区段内发生故障时线路两侧的电流幅值和相位关系，在单位圆中画出所确定的电流幅值和相位关系。
15.作为进一步的技术限定，当电流互感器不饱和时，判断是否满足主判据，若满足则进行差动保护；所述主判据的设计如下：
16.考虑一定裕度，将电流互感器及同步误差范围在幅相平面单位圆中画出；
17.将发生区内故障时线路两侧电流关系在幅相平面单位圆上画出；
18.在单位圆中画一条曲线将上述两个区域分开，所述曲线的一侧为制动区，所述曲线的另一侧为动作区。
19.具体的，电流互感器及同步误差范围在幅相平面单位圆中画出一个区域，区内故障时线路两侧电流关系在幅相平面单位圆上画出另一区域。再画一条曲线，将上述两个区域分开。
20.进一步的，所述辅助判据具体为：其中，下标b表示区段两侧谐波含量较大的一侧；下标s表示区段两侧谐波含量较小的一侧；i表示基波电流，λ表示电流谐波含量，且其中，i
x
为第x次电流谐波幅值，y为最高次谐波。
21.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种有源配电网的电流差动保护系统，采用如下技术方案：
22.一种有源配电网的电流差动保护系统，包括：
23.获取模块，其被配置为获取有源配电网被保护区段的电流；
24.判断模块，其被配置为根据所获取电流的误差和预设的电流相位裕度，判断有源配电网被保护区段是否启动电流差动保护；
25.差动保护模块，其被配置为当电流差动保护启动后，根据电流互感器是否饱和选择差动保护判据，实现有源配电网的差动保护。
26.根据一些实施例，本公开的第三方案提供了一种计算机可读存储介质，采用如下技术方案：
27.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公
开第一方面所述的有源配电网的电流差动保护方法中的步骤。
28.根据一些实施例，本公开的第四方案提供了一种电子设备，采用如下技术方案：
29.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第一方面所述的有源配电网的电流差动保护方法中的步骤。
30.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
31.本公开结合有源配电网故障电流特征及测量误差，给出电流差动保护的在幅相平面上的制动区域，并利用ct饱和时二次电流的谐波含量比和幅值比构造辅助判据。与常规保护判据相比，本公开在保证可靠性的前提下具有更高的灵敏度，更强的耐过渡电阻能力，且能够应对ct饱和，更加适用于有源配电网。
附图说明
32.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
33.图1是本公开实施例一中的有源配电网的电流差动保护方法的流程图；
34.图2是本公开实施例一中的有源配电网区内外故障特性图；
35.图3是本公开实施例一中的简单有源配电网示意图；
36.图4是本公开实施例一中的高性能主判据示意图；
37.图5是本公开实施例一中的有源配电网仿真模型示意图；
38.图6(a)是本公开实施例一中的故障点位于f1电流差动保护判据性能验证结果示意图；
39.图6(b)是本公开实施例一中的故障点位于f2电流差动保护判据性能验证结果示意图；
40.图6(c)是本公开实施例一中的故障点位于f3电流差动保护判据性能验证结果示意图；
41.图7是本公开实施例二中的有源配电网的电流差动保护系统的结构框图。
具体实施方式
42.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
43.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
46.实施例一
47.本公开实施例一介绍了一种有源配电网的电流差动保护方法。
48.如图1所示的一种有源配电网的电流差动保护方法，包括：
49.步骤1：根据被保护区段所配置的电流互感器型号，确定该互感器能够引起的最大误差(包括电流幅值及电流相位)；
50.步骤2：根据区段两侧的数据同步方法，确定数据同步引起的最大相位误差；
51.步骤3：考虑一定裕度，将所得到的最大相位误差的范围在幅相平面单位圆中画出；
52.步骤4：确定区段内发生故障时线路两侧的电流幅值和相位关系，并在单位圆中画出
53.步骤5：在单位圆中画一条曲线将上述两个区域分开
54.步骤6：故障发生后，计算两侧故障电流谐波含量；计算两侧故障电流幅值；通过两侧电流幅值及谐波含量构造辅助判据，若判据满足视为发生区内故障。
55.在本实施例中，采用10p的电流互感器，其引起的两侧电流及相位误差分别为10％、6
°
；数据同步引起的电流相位误差为4
°
，考虑一定裕度，由误差引起的电流幅值及相位偏移可设定为20％、15
°
，将此误差范围表示在单位圆如图2左侧灰色区域所示。
56.如图3所示，选取一侧为系统侧，一侧为逆变类分布式电源dg接入的区段；逆变类dg采用常规pq控制策略。受控制策略影响，发生区内故障时，两侧电流相位差能够达到90
°
以上，在本实施例中按照150
°
考虑，即图2中右侧灰色区域为发生区内故障的运行点。
57.在图2中的白色区域画一条曲线并与单位圆闭合，单位圆被该曲线分为两部分，左边部分为制动区，右边部分为动作区。
58.对于有源配电网，当发生ct饱和时，故障点一般位于距离变电站出口较近的区段，且过渡电阻极小。当发生故障后，故障点下游的dg因限流策略输出较小的故障电流，不会发生ct饱和现象，故障点上游的系统电源因过渡电阻较小而产生较大的故障电流，可能发生ct饱和现象。因此，辐射性有源配电网短路故障发生ct饱和时，具有以下特点：发生区外故障时，谐波含量较大的一侧电流基波幅值较小；发生区内故障时，谐波含量较大的一侧电流基波幅值较大。
59.辅助判据具体为：
60.其中，下标b表示区段两侧谐波含量较大的一侧；下标s表示区段两侧谐波含量较小的一侧；i表示基波电流，λ表示电流谐波含量，且其中，i
x
为第x次电流谐波幅值，y为最高次谐波。
61.针对本实施例中所介绍的电流差动保护方法进行实际算例分析，具体的，利用电磁暂态仿真软件pscad/emtdc搭建如图5所示的有源配电网模型，针对本实施例中的高性能有源配电网差动保护判据进行验证。
62.在图5中，s为系统电源，b
0-6
为环网柜母线，k
ij
为断路器。l
1-5
为负荷，dg
1-3
为分布式电源，其最大输出电流为1.5倍额定电流，控制策略为常规pq控制，具有低电压穿越能力，系统参数及线路参数分别如表1和表2所示。
63.表1仿真系统参数
[0064][0065]
表2线路参数
[0066][0067]
a)电流差动保护判据性能验证
[0068]
在f1、f2、f3点分别设置ab相间故障、bc相间接地故障和abc三相故障，并设置过渡电阻由1ω、6ω、10ω、20ω、30ω、40ω、50ω变化，保护的动作特性如图6(a)、图6(b)和图6(c)所示，图中以b相为例进行分析。作为对比，图中白色区域为常规差动保护判据的制动区，深色区域为本实施例所提处的制动区，箭头方向为过渡电阻增大方向。
[0069]
由图6(a)、图6(b)和图6(c)可以看出，在不同的故障区段、故障类型下，考虑iidg的控制策略及负荷电流影响，区内故障时将运行至左半平面，此时常规差动保护判据的灵敏性下降，甚至拒动。作为对比，本实施例所提方案的灵敏度更高，耐受过渡电阻能力更强。由于本实施例所提判据计及实际应用中的误差情况，因此区外故障下，将可靠运行在深色区域。
[0070]
b)ct饱和影响验证
[0071]
在f1处设置abc三相金属性短路故障，通过改变ct的二次阻抗rg设置k
s1
、k
22
处ct发生饱和，k
21
、k
31
处电流正常传变，则区段b1b2、b2b3的动作情况如表3所示。以下仿真数据取a相电流为例。
[0072]
表3 ct饱和下区内、区外故障判断结果
[0073][0074]
由表3可以看出，所提辅助保护判据能够区分区内外故障，当rg为100ω时，所提辅助判据依然可以可靠运行。作为对比，常规电流差动保护判据在一定程度上能够忍耐ct饱和引起的差流影响，当rg为20ω时，保护将发生误动。
[0075]
本实施例结合有源配电网故障电流特征及测量误差，给出电流差动保护的在幅相平面上的制动区域，并利用ct饱和时二次电流的谐波含量比和幅值比构造辅助判据。与常规保护判据相比，本公开在保证可靠性的前提下具有更高的灵敏度，更强的耐过渡电阻能力，且能够应对ct饱和，更加适用于有源配电网。
[0076]
实施例二
[0077]
本公开实施例二介绍了一种有源配电网的电流差动保护系统。
[0078]
如图7所示的一种有源配电网的电流差动保护系统，包括：
[0079]
获取模块，其被配置为获取有源配电网被保护区段的电流；
[0080]
判断模块，其被配置为根据所获取电流的误差和预设的电流相位裕度，判断有源配电网被保护区段是否启动电流差动保护；
[0081]
差动保护模块，其被配置为当电流差动保护启动后，根据电流互感器是否饱和选择差动保护判据，实现有源配电网的差动保护。
[0082]
详细步骤与实施例一提供的有源配电网的电流差动保护方法相同，在此不再赘述。
[0083]
实施例三
[0084]
本公开实施例三提供了一种计算机可读存储介质。
[0085]
一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例一所述的有源配电网的电流差动保护方法中的步骤。
[0086]
详细步骤与实施例一提供的有源配电网的电流差动保护方法相同，在此不再赘述。
[0087]
实施例四
[0088]
本公开实施例四提供了一种电子设备。
[0089]
一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例一所述的有源配电网的电流差动保护方法中的步骤。
[0090]
详细步骤与实施例一提供的有源配电网的电流差动保护方法相同，在此不再赘述。
[0091]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
[0092]
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。