适用于逆变型分布式电源T接的配网线路纵联保护方法

适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法
技术领域
1.本发明属于领域，尤其是适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法。


背景技术：

2.逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generators,iidg)作为现代电网中的重要组成部分，其并网容量逐年增加。受外部环境条件的制约及内部换流器控制策略的影响，iidg与传统同步发电机的输出特性差异较大，具有很强的非线性。为防止其大规模脱网破坏系统的稳定性，iidg需具备一定的低压穿越能力(low voltage ride through,lvrt)，使其在故障期间也能按要求持续并网运行。以光伏发电为例，国家能源局发布的光伏并网逆变器技术规范nb/t 32004-2018对逆变器在不同并网电压范围内的运行情况，故障穿越运行时的考核电压以及动态无功能力等方面进行了明确的规定。此外，对于配网中接入较为分散、容量通常为数兆瓦的iidg，我国采用t接方式直接并网以达到工程改造小、投资费用低、建设周期短等目的。上述运行方式及分布特点使得iidg在大规模并网后影响了配网故障电流的分布情况，进而导致原有配网三段式电流保护的可靠性降低，出现拒动或误动等问题。为了应对大规模iidg并入配网给传统继电保护带来的挑战，有必要研究适用于含iidg配网的线路保护方案。
3.相较于传统配网的过电流保护，纵联保护因其良好的速动性和选择性在含分布式电源的配网中更具优势。根据光伏发电站接入电力系统技术gb-t 19964-2012规定，光伏发电站送出线路在特殊情况下可配置纵联差动保护。然而，考虑到iidg以t接方式并网，其并网点(point ofcommon coupling,pcc)处仅配置断路器和保护装置，无通信装置进行信息传递，因此iidg通过pcc注入配网系统的电流对于远端的线路保护装置是未知的，即使采用常规双端电流差动保护也存在定值整定困难，保护选择性不足等问题。针对上述问题，现有技术在原有电流纵联差动判据的基础上增加了一个基于线路两端正序补偿电压的辅助判据，利用正序补偿电压和正序差动电流的相位关系消除分布式电源pcc故障死区。但该方案仅适用于一条线路中只含一台t接的iidg的工况，未涉及线路中含多个iidg的情况。现有技术提出的基于双端正序电压差的新型纵联保护方案能适应保护范围内接入多个iidg的情况，但由于故障点附近正序电压幅值较小，可能出现区内故障时保护动作量无法越过保护整定值，因此存在一定的保护死区。现有技术针对分散的iidg提出了多端纵联保护，该保护灵敏性和选择性高，但对纵联通道的需求较大。
4.基于以上分析，目前对于含多个t接并网iidg的配电网尚缺集可靠性、经济性、适用性一体的线路保护方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，能够维持电网稳定运行，能够快速，准确给出最优的负荷转供方案，极大的提升调度员的工作效率，保障电网的安全稳定运行。
6.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
7.适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，包括以下步骤：
8.步骤1、计算mn线路保护整定值i
op
；
9.步骤2、mn线路两端保护装置每隔δt时间通过智能电网调度控制系统获取当前iidg的最大功率参数
10.步骤3、利用三相电压互感器和电流互感器采集mn线路m端及n端电压量与电流量；
11.步骤4、利用滤波器对电流量和电压量进行滤波处理，并分别提取其中的工频正序分量分量和
12.步骤5、通过以及当前iidg最大功率参数计算得到流经线路端点n的正序电流计算值通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值
13.步骤6、将步骤5的结果输入至线路mn区内故障判据中，若满足整定值i
op
保护动作条件则保护动作，否则保护不动作。
14.而且，所述步骤1中保护整定值i
op
的计算方法为：
[0015][0016][0017][0018]
其中，k
rel
为取值大于1的可靠系数；为相邻线路出口三相金属性短路故障时保护动作量的最大值；为正序电流计算误差，为互感器传变误差，为iidg在传输间隔中iidg输出功率的最大波动率；为正常情况下第j个iidg允许输出的最大电流，为mn线路m侧相邻线路出口短路故障时n点电压；为流经n侧短路电流；为流经n侧短路电流；分别为电压互感器、电流互感器的误差系数及同型系数，z
mn
为mn线路全阻抗。
[0019]
而且，所述步骤5中通过计算得到流经线路端点n的正序电流计算值的具体实现方法为：
[0020][0021]
其中，分别为第一台iidg并网点正序电压与输出电流的计算值；f为iidg输出电流关于pcc正序电压的函数，函数f中包含了最大功率参数z0为m端第一台iidg线路阻抗，其余n-1台iidg的pcc正序电压与输出电流以及线路对端n点(k＝n+1)流经的正序电流计算值的计算方法为：
[0022][0023]
而且，所述通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值的计算方法为：
[0024][0025]
抗，
[0026]
其中，f为iidg输出电流关于pcc正序电压的函数；zn为n端第一台iidg线路阻其余n-1台iidg的pcc正序电压与输出电流以及线路对端m点(k＝n+1)流经的正序电流计算值的计算方法为：
[0027][0028]
而且，所述步骤6的具体方法为：
[0029][0030]
其中，δi
er
为保护动作量，为流经保护线路两端点正序电流计算值与测量值向量差幅值的最小值，若保护动作量大于mn线路保护整定值i
op
，则保护动作，否则保护不动作。
[0031]
本发明的优点和积极效果是：
[0032]
本发明针对传统配网纵联保护在面对大量iidg t接于配网工况下存在可靠性低的问题，构建了基于线路正序电流计算值与测量值差值的配网纵联保护方案，在保护动作量计算过程中无需实时获取iidg运行状态，不会增加通信系统压力，具备经济性的同时提高了纵联保护在含逆变型分布式电源配网中的可靠性和适用性。同时本发明保护定值的确定过程中考虑了iidg运行的波动性，消除了iidg非线性输出给保护带来的不利影响。本发明具备一定的抗过渡电阻能力，能准确识别区内外故障，可靠性高。最终受iidg出力影响小，适用于iidg大量接入配网的情况，具备应用前景。
附图说明
[0033]
图1为本发明的流程图；
[0034]
图2为本发明mn线路外部故障时正序网络图；
[0035]
图3为本发明实施例使用的含iidg的10kv配网模型。
具体实施方式
[0036]
以下结合附图对本发明做进一步详述。
[0037]
适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0038]
步骤1、计算mn线路保护整定值i
op
。为确保保护方案的选择性，保护定值i
op
需躲过相邻线路出口三相金属性短路故障时保护动作量的最大值理想情况下，保护区外故障时保护动作量为0。但保护动作量计算前iidg输出功率的波动性在传输间隔δt引起的正序电流计算误差以及保护动作量计算时互感器的传变误差均会对的结果产生影响。因此需考虑正序电流计算误差及互感器传变误差两方面：
[0039][0040]
其中，k
rel
为取值大于1的可靠系数；为正序电流计算误差，为互感器传变误差。
[0041]
其中，正序电流计算误差源于传输间隔δt时iidg的功率波动，最大参考功率的变化直接影响iidg输出的正序电流。因此由iidg输出功率波动性引起的正序电流计算误差为：
[0042][0043]
其中，表示iidg在传输间隔中iidg输出功率的最大波动率；为正常情况下第j个iidg允许输出的最大电流，取值为1.2倍的iidg额定电流。为防止重复计算，避免保护定值抬高引起的保护灵敏性降低，互感器传变误差可按线路内部无iidg连接时，最大运行方式下相邻线路出口三相金属性短路故障确定：
[0044][0045]
为m侧相邻线路出口短路故障时n点电压；为流经n侧短路电流；为流经n侧短路电流；分别为电压互感器、电流互感器的误差系数及同型系数。前部分代表电压互感器tv的电压误差在线路全阻抗zmn上的电流贡献，后部分表征了电流互感器ta的电流误差贡献。
[0046]
步骤2、mn线路两端保护装置每隔δt时间通过智能电网调度控制系统获取当前iidg的最大功率参数
[0047]
步骤3、利用三相电压互感器和电流互感器采集mn线路m端及n端电压量与电流量。
[0048]
步骤4、利用滤波器对电流量和电压量进行滤波处理，并分别提取其中的工频正序分量分量和
[0049]
步骤5、通过以及当前iidg最大功率参数计算得到流经线路端点n的正序电流计算值通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值
[0050]
如图2所示，线路mn被多点t接的n台iidg划分成(n+1)小段，产生的n个iidg并网点
与端点n之间的区域)的iidg则由于故障电流实际流向与假定方向不一致，其pcc正序电压及输出电流的计算值相较于实际值会产生一定偏差，此偏差从故障点f3右侧第一个iidg开始一直累积至线路n端，导致线路n端正序电流的计算值与实际测量值在幅值和相位上有较大偏差，即计算值与测量值的差值较大。同理，通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值仅在计算故障点下游区域的iidg正序电气量时符合实际值，而在计算故障点上游iidg正序电气量与线路m端正序电流时存在偏差，导致m端正序电流计算值与实际值之差较大。
[0059]
正序电流计算值的计算需用到iidg输出电流关于pcc正序电压的函数f。函数f中还包含了最大功率参数
[0060]
(1)、恒功率输出状态
[0061]
定义配网额定电压为un，当pcc正序电压在[0.9un,1.1un]区间时，iidg采用正序电压分量主导的恒功率控制且保持正常运行时的单位功率因数输出，输出的电流始终为三相对称电流。其输出电流iout与pcc正序电压的关系为：
[0062][0063]
其中，表示iidg在某一环境条件下的最大输出功率参考值，其由iidg所处外部环境的光照辐射强度及温度(如光伏发电)等决定；为iidg pcc正序电压。
[0064]
(2)、lvrt运行状态
[0065]
当pcc正序电压处于[0.2un,0.9un]，且满足lvrt连续并网运行要求，iidg进入lvrt运行状态，其dq轴输出电流参考值与pcc正序电压之间为：
[0066][0067]
其中：in为iidg输出的额定电流；imax为逆变器允许通过的最大电流幅值；为正常运行时iidg的d轴电流参考值，具有单位功率输出的iidg其可由经式(1)求解所得。
[0068]
当iidg并网点正序电压处于[0,0.2un]区间时，考虑到逆变器最大允许通过电流为1.1in，此时iidg主要输出无功电流以支撑并网点电压，其dq轴电流参考值为：
[0069][0070]
低压穿越运行状态下iidg输出电流i
out
为：
[0071][0072]
其中，θ为iidg并网点正序电压的相角。
[0073]
(3)、脱网运行状态
[0074]
iidg并网点电压不满足运行要求，此时逆变器闭锁，iidg处于脱网运行状态不再向配网注入功率，输出电流为：
[0075]
[0076]
步骤6、将步骤5的结果输入至线路mn区内故障判据中，若满足整定值i
op
保护动作条件则保护动作，同时故障发生在线路mn内，否则保护不动作，故障发生在线路mn外。
[0077][0078]
其中，δi
er
为保护动作量，为流经保护线路两端点正序电流计算值与测量值向量差幅值的最小值，若保护动作量大于mn线路保护整定值i
op
，则保护动作，否则保护不动作。
[0079]
根据上述适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，在pscad/emtdc搭建如图3所示的含iidg的10kv配网模型，其中配网线路及iidg参数如表1所示。
[0080]
表1参数设置
[0081][0082]
在图3f6处设立三相金属性短路故障。其中，k
rel
取1.1；电压互感器tv精度采用3p级，电流互感器ta采用5p20级，线路两侧的tv、ta均为同型号；最大运行方式下f6发生三相金属性故障时u
n.f
＝3.136∠0
°
kv，i
n.f
＝0.416∠54.3
°
ka。由此可得保护整定值i
op
的取值为0.026ka。
[0083]
表2为保护区域内f5在系统运行至0.6s时发生相间及三相短路故障时，经不同阻值过渡电阻情况下，新型纵联保护方案保护动作量及动作情况(括号内√表示保护动作，
×
表示保护不动作)。
[0084]
表2区内故障不同过渡电阻rf下的仿真结果
[0085][0086]
由表2分析可得，区内故障时保护动作量均大于保护整定值，能可靠动作。此外，保护方案具有较好的耐受过渡电阻能力，在最高经100ω的过渡电阻故障条件下仍能准确动作。
[0087]
表3为保护区域外f4、f6处，在0.6s时发生经不同过渡电阻相间及三相故障时保护
动作量及动作情况。
[0088]
表3区外故障下的仿真结果
[0089][0090]
表3表明对于区外故障，保护动作量在数值上均远小于保护整定值，保护不会产生误动情况，证明了保护方案具备选择性。
[0091]
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、计算mn线路保护整定值i
op
；步骤2、mn线路两端保护装置每隔δt时间通过智能电网调度控制系统获取当前iidg的最大功率参数步骤3、利用三相电压互感器和电流互感器采集mn线路m端及n端电压量与电流量；步骤4、利用滤波器对电流量和电压量进行滤波处理，并分别提取其中的工频正序分量步骤4、利用滤波器对电流量和电压量进行滤波处理，并分别提取其中的工频正序分量和步骤5、通过以及当前iidg最大功率参数计算得到流经线路端点n的正序电流计算值通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值步骤6、将步骤5的结果输入至线路mn区内故障判据中，若满足整定值i
op
的保护动作条件则保护动作，否则保护不动作。2.根据权利要求1所述的适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤1中保护整定值i
op
的计算方法为：的计算方法为：的计算方法为：其中，k
rel
为取值大于1的可靠系数；为相邻线路出口三相金属性短路故障时保护动作量的最大值；为正序电流计算误差，为互感器传变误差，为iidg在传输间隔中iidg输出功率的最大波动率；为正常情况下第j个iidg允许输出的最大电流，为mn线路m侧相邻线路出口短路故障时n点电压；为流经n侧短路电流；为流经n侧短路电流；分别为电压互感器、电流互感器的误差系数及同型系数，z
mn
为mn线路全阻抗。3.根据权利要求1所述的适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤5中通过计算得到流经线路端点n的正序电流计算值的具体实现方法为：其中，分别为第一台iidg并网点正序电压与输出电流的计算值；f为iidg输出电流关于pcc正序电压的函数，函数f中包含了最大功率参数z0为m端第一台iidg线路阻抗，其余n-1台iidg的pcc正序电压与输出电流以及线路对端n点k＝n+1流经的正序电流计算值的计算方法为：
4.根据权利要求1所述的适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，其特征在于：所述通过计算得到流经线路端点m的正序电流计算值的计算方法为：抗，其中，f为iidg输出电流关于pcc正序电压的函数；z
n
为n端第一台iidg线路阻其余n-1台iidg的pcc正序电压与输出电流以及线路对端m点(k＝n+1)流经的正序电流计算值的计算方法为：5.根据权利要求1所述的适用于逆变型分布式电源t接的配网线路纵联保护方法，其特征在于：所述步骤6的具体方法为：其中，δi
er
为保护动作量，为流经保护线路两端点正序电流计算值与测量值向量差幅值的最小值，若保护动作量大于mn线路保护整定值i
op
，则保护动作，否则保护不动作。

技术总结
本发明涉及适用于逆变型分布式电源T接的配网线路纵联保护方法，针对传统配网纵联保护在面对大量IIDGT接于配网工况下存在可靠性低的问题，构建了基于线路正序电流计算值与测量值差值的配网纵联保护方案，在保护动作量计算过程中无需实时获取IIDG运行状态，不会增加通信系统压力，具备经济性的同时提高了纵联保护在含逆变型分布式电源配网中的可靠性和适用性。同时本发明保护定值的确定过程中考虑了IIDG运行的波动性，消除了IIDG非线性输出给保护带来的不利影响。本发明具备一定的抗过渡电阻能力，能准确识别区内外故障，可靠性高。最终受IIDG出力影响小，适用于IIDG大量接入配网的情况，具备应用前景。具备应用前景。具备应用前景。


技术研发人员：戴志辉 何静远 赵謇 柳梅元 王文卓
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/10/15