一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方法与流程

本发明涉及配电网继电保护，特别是一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方法。

背景技术：

1、随着电力系统技术的发展，能源领域的经济和环境问题日益突出，为电力的产生和分配带来了新的维度。如今，传统的电网从源点向负荷径向延伸，取而代之的是一种新型的配电系统，其中源和存储单元连接到网络中任何可能的节点。有源配电网的概念，也可以被描述为带有微电网的配电系统，表明分散存储和发电(dsg)单元经常参与电力系统的区域。这为公用事业和客户提供了几个优势，例如：利用可再生能源发电，降低了电力损耗和电压降，提高了电网效率和供电安全性，同时也转移了峰值负荷。然而，有源配电网的结构和运行变得更加动态和复杂。

2、配电网非对称故障发生时，过流继电器的非单元特性可能会使保护系统在特定条件下无法检测故障。例如，通过线路的末端，最小故障电流可能会聚为最大负载电流。这可能会阻止自适应保护系统确定继电器的适当设置。此外，某些微电网条件，如逆变器在故障电流量级上的动态变化、公用事业电源与本地电源的意外断开、分布式发电机的盲保护等，也给过流保护系统带来了挑战。此外，为了提供可靠的保护，应考虑有功配电网的所有可能的拓扑结构。因此，随着电网规模的增大，自适应保护系统设计的复杂性也随之增加。

技术实现思路

1、鉴于有源配电网发生非对称故障时的并网出现的故障定位及故障保护困难的技术问题，本发明提供一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方案，保护有源配电网不受不对称故障和过不平衡工况的影响。

2、本发明公开了一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方法，其包括：

3、步骤1：获取目标有源配电网任一时刻下所有继电保护器安装母线各出线的电压和电流量测数据，计算各母线出线的有功功率不平衡度和负序无功功率，并将其作为目标有源配电网非对称故障保护判定的输入数据；

4、步骤2：根据各继电保护器安装母线各出线的有功功率不平衡度和负序无功功率，对有源配电网进行故障定位；

5、步骤3：根据对有源配电网故障定位的结果，进行对应的故障保护。

6、进一步地，在所述步骤1中：

7、所述有功功率不平衡度的计算公式为：

8、

9、式中，pun,p为有功功率不平衡度，sb为各节点的基准功率，p+、p-、p0分别为正序、负序和零序有功功率，p+-、p-+、p00分别为由正序电压v+和负序电流i-构成的不平衡有功功率，由负序电压v-和正序电流i+构成的不平衡有功功率和由零序电压v0和零序电流i0构成的不平衡有功功率；

10、所述负序无功功率的计算公式为：

11、q-＝3v-i-sin(α--β-)

12、式中，q-为负序无功功率。

13、进一步地，正序、负序和零序有功功率的表达式分别为：

14、p+＝v+i+cos(α+-β+)

15、p-＝v-i-cos(α--β-)

16、p0＝v0i0cos(α0-β0)

17、由正序电压v+和负序电流i-构成的不平衡有功功率，由负序电压v-和正序电流i+构成的不平衡有功功率和由零序电压v0和零序电流i0构成的不平衡有功功率的表达式分别为：

18、p+-＝3v+i-cos(2wt+α++β-)

19、p-+＝3v-i+cos(2wt+α-+β+)

20、p00＝3v0i0cos(2wt+α0+β0)

21、式中，v+、v-、v0分别为节点量测的正序电压、负序电压和零序电压，其对应的量测相角度分别为α+、α-、α0，i+、i-、i0分别为节点量测的正序电流、负序电流和零序电流，其对应的量测相角度分别为β+、β-、β0，w为电网公频角频率。

22、进一步地，所述步骤2包括：

23、步骤21：依据各继电保护器安装母线各出线的有功功率不平衡度判断各母线区域是否有非对称故障发生；

24、步骤22：若继电保护器安装母线区域有非对称故障发生，则通过该母线各出线的负序无功功率的流向，判别故障是否均为由母线流出；

25、步骤23：若故障均为由母线流出，则非对称故障发生在该母线；

26、步骤24：根据该母线的出线线路对侧断路器安装节点的负序无功功率的方向，判别故障为区内故障还是区外故障，实现故障的定位。

27、进一步地，所述步骤21包括：

28、若继电保护器安装母线有出线有功功率不平衡度大于设定安全阈值，则判定该母线所在区域有非对称故障发生，否则认为该母线所在区域无非对称故障发生；

29、所述步骤22还包括：

30、若故障不是均为由母线流出，则非对称故障发生在该母线所连出线。

31、进一步地，所述步骤24包括：

32、判断该母线的出线线路对侧断路器安装节点的负序无功功率的方向，若该出线线路两端负序无功功率的方向相反，则判定非对称故障为区内故障，否则判定非对称故障为区外故障。

33、进一步地，使用移动平均滤波器平滑负序无功功率，以正确判断负序无功功率的方向：

34、

35、式中，q-为负序无功功率，n为移动平均滤波器的平滑次数，其取值范围为0至n，n为正整数。

36、进一步地，所述步骤3包括：

37、若非对称故障发生在母线，则由故障区域的继电保护器向故障母线或故障线路相连的断路器发送跳闸信号，从而将故障母线隔离；判断有功功率不平衡度是否大于设定安全阈值；若不大于，则故障隔离成功；否则，故障隔离失败，启动故障区域继电保护器的后备保护。

38、进一步地，所述步骤3还包括：

39、若对称故障为任一条线路的区内故障，则由该故障区域的继电保护器向该线路两端的断路器发送跳闸信号，将故障线路隔离；判断有功功率不平衡度是否大于设定安全阈值；若不大于，则故障隔离成功；否则，故障隔离失败，启动故障区域继电保护器的后备保护。

40、进一步地，所述启动故障区域继电保护器的后备保护，包括：

41、采用具有反时限特性的保护方案，其保护动作特性方程为：

42、

43、式中，top为保护特性，参数a、b、n为保护动作特性方程的特性常数，取值为0～1，tms为时间整定系数，pun,p为有功功率不平衡度，pun,s为有功功率不平衡度整定系数。

44、由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：可实现对有源配电网非堆成故障的准确定位及隔离。保护有源配电网不受不对称故障和过不平衡工况的影响。可有效解决有源配电网非对称故障下传统三段式过流保护灵敏度低、无法正确动作问题，提升有源配电网下非对称故障判别的准确性。

技术特征：

1.一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，正序、负序和零序有功功率的表达式分别为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤21包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤24包括：

7.根据权利要求4或6所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述启动故障区域继电保护器的后备保护，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于功率流的有源配电网非对称故障综合保护方法，其包括：获取目标有源配电网任一时刻下所有继电保护器安装母线各出线的电压和电流量测数据，计算各母线出线的有功功率不平衡度和负序无功功率，并将其作为目标有源配电网非对称故障保护判定的输入数据；根据各继电保护器安装母线各出线的有功功率不平衡度和负序无功功率，对有源配电网进行故障定位；根据对有源配电网故障定位的结果，进行对应的故障保护。本发明可实现对有源配电网非堆成故障的准确定位及隔离，提升有源配电网下非对称故障判别的准确性。

技术研发人员：陈学强,张曦,冯德伦,何江涛,文东山,高辉,徐霄
受保护的技术使用者：国网重庆市电力公司市南供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15