含多光伏配电网分区域三段式电流保护方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及电流保护方法，属于配电网继电保护领域，尤其涉及一种含多光伏配电网分区域三段式电流保护方法、系统及设备。

背景技术

随着新能源的大力发展，光伏电站的接入规模越来越大，当光伏接入配电网时导致配电网的单电源供电形态改变，传统配电网基于固定值进行整定的电流保护方法无法适用，而光伏接入后配电网形成的不同保护区域，光伏电流对各区域故障电流的影响不尽相同，如果无法针对不同区域进行自适应整定，则会导致整定值偏差较大，无法形成有效的电流保护，同时现有的自适应保护方案多单纯基于通信设备或本地信息，未能将两者同时高效利用起来。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷与问题，提供一种针对不同区域进行高效自适应整定的一种含多光伏配电网分区域三段式电流保护方法、系统及设备。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护方法，所述方法包括：

S1、对含光伏的配电网进行区域划分，将其划分为光伏接入点上游区域、中游区域与下游区域；

S2、针对上游区域，迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值，并判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；若大于，则不改变电流速断保护整定值，若小于，则计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值；

针对中游区域，判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；若大于，则不改变电流速断保护整定值，若小于，则迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值，并计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值；

针对下游区域，基于本地信息计算获得故障后的自适应Ⅰ段整定值。

所述步骤S2中，迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值，包括：

S21、获得发生故障时的节点电压，其节点电压表达式如下：

其中：Y为系统节点导纳矩阵，

S22、对上式进行修正，该修正方程表达式如下：

其中：I

S23、进行迭代计算，直至收敛，获得故障后的光伏输出电流值I

所述收敛判据表达式如下：

其中：k为迭代次数，ε为阈值；

S24、绘制保护1处所在区域故障发生后的复合序网络图，获得流过保护1的正序电流I

其中：I

S25、将正序电流I

其中：

所述步骤S2中，计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值，包括：

S26、绘制保护2处所在区域故障发生后的复合序网络图，获得保护2处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S27、将复合序网络图进行简化，获得保护3处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S28、根据步骤S21-S23所述的迭代计算方法，获得光伏并网点电压，进而计算流过保护1处的正序电流I

然后根据正序电流I

S29、结合调整系数K与保护2处、保护3处的整定值计算公式，计算获得保护Ⅱ段与保护Ⅲ段的整定值，其表达式如下：

其中：

所述步骤S2中，针对下游区域，基于本地信息计算获得故障后的自适应Ⅰ段整定值，是指：

绘制保护3处所在区域故障发生后的复合序网络图，并基于本地信息及线路阻抗值，获得保护4处的整定值计算公式，并进行迭代计算，获得自适应Ⅰ段的整定值；所述保护4处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

在计算过程中，需实时计算得知的变量参数，通过通讯手段传递给保护1处，进而对整定值进行调整使其满足灵敏度要求；所述变量参数包括本地信息U

所述中游区域，在该区域的两端设置有带方向元件的保护装置，用于防止故障发生时光伏电流反向流动导致保护误动作。

一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护系统，所述系统包括光伏分区模块与整定值计算模块；

所述光伏分区模块用于根据配电网结构，将其划分为光伏接入点上游区域、中游区域与下游区域；

所述整定值计算模块用于计算获得故障后的上游区域、中游区域与下游区域的自适应整定值。

所述整定值计算模块用于根据以下方法计算获得故障后的上游区域与中游区域的自适应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段整定值；

所述自适应Ⅰ段整定值计算方法包括：

S21、获得发生故障时的节点电压，其节点电压表达式如下：

其中：Y为系统节点导纳矩阵，

S22、对上式进行修正，该修正方程表达式如下：

其中：I

S23、进行迭代计算，直至收敛，获得故障后的光伏输出电流值I

所述收敛判据表达式如下：

其中：k为迭代次数，ε为阈值；

S24、绘制保护1处所在区域故障发生后的复合序网络图，获得流过保护1的正序电流I

其中：I

S25、将正序电流I

其中：

所述自适应Ⅱ、Ⅲ段整定值计算方法包括：

S26、绘制保护2处所在区域故障发生后的复合序网络图，获得保护2处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S27、将复合序网络图进行简化，获得保护3处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S28、根据步骤S21-S23所述的迭代计算方法，获得光伏并网点电压，进而计算流过保护1处的正序电流I

然后根据正序电流I

S29、结合调整系数K与保护2处、保护3处的整定值计算公式，计算获得保护Ⅱ段与保护Ⅲ段的整定值，其表达式如下：

其中：

所述整定值计算模块用于根据以下方法计算获得故障后的下游区域的自适应Ⅰ段整定值；

绘制保护3处所在区域故障发生后的复合序网络图，并基于本地信息及线路阻抗值，获得保护4处的整定值计算公式，将其代入步骤S21-S25中进行迭代计算，获得自适应Ⅰ段的整定值；所述保护4处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护设备，所述设备包括处理器以及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述计算机程序代码中的指令执行所述的含多光伏配电网的分区域三段式电流保护方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明含多光伏配电网分区域三段式电流保护方法、系统及设备中，将含光伏的配电网划分为上、中、下游区域，并且针对不同的区域进行自适应整定值的计算；本设计在应用中，通过针对上游区域，基于正序电压分量及各光伏输出电流值对I段进行整定，针对中游区域，在区域两端设置有带方向元件的保护装置，并根据下游光伏输出电流对I段整定值进行自适应调整；针对下游区域，利用本地正序电压信息对I段整定值实时调整，并结合实时定义的调整系数，使用迭代法计算获得整定值，通过针对不同区域的自适应整定，降低了整定计算的偏差，为配电网提供了有效保护。

2、本发明含多光伏配电网分区域三段式电流保护方法、系统及设备中，将需要实时计算得知的变量参数，通过通讯手段进行传递，进而对整定值进行实时调整使其满足灵敏度要求，并且与本地信息相结合，有效的改善了多光伏接入后的配电网保护性能。

附图说明

图1是本发明的方法步骤示意图。

图2是本发明中的含光伏的配电网区域划分示意图。

图3是本发明实施例2中的f1故障时复合序网络图。

图4是本发明实施例2中的f2故障时复合序网络图。

图5是本发明实施例2中的f2故障时复合序网络简化图。

图6是本发明实施例2中的f3故障时复合序网络图。

图7是本发明中的保护系统的结构示意图。

图8是本发明中的保护设备的结构示意图。

图中：光伏分区模块1、整定值计算模块2、处理器3、存储器4、计算机程序代码41。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

参见图1-图6，一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护方法，所述方法包括：

S1、对含光伏的配电网进行区域划分，将其划分为光伏接入点上游区域、中游区域与下游区域；

进一步的，将电源侧至最上游光伏接入点之间的区域划分为上游区域，将最上游光伏接入点至最下游光伏接入点之间的区域划分中游区域，将最下游光伏接入点至末端负载之间区域划分为下游区域；

S2、针对上游区域，迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值；

进一步的，S21、获得发生故障时的节点电压，其节点电压表达式如下：

其中：Y为系统节点导纳矩阵，

由于光伏之间的耦合关系及其等效模型的限制，并网点电压与光伏电流间存在很强的非线性关系，因此，上式无法通过线性变换求解，需要采用迭代修正的方法求解；

S22、对上式进行修正，该修正方程表达式如下：

其中：I

S23、进行迭代计算，直至收敛，获得故障后的光伏输出电流值I

所述收敛判据表达式如下：

其中：k为迭代次数，ε为阈值；

根据节点导纳矩阵正定可知该矩阵一定收敛，由于光伏输出的最大故障电流为其额定电流的2倍，故将光伏的额定电流I

S24、绘制f1故障时的复合序网络图，获得流过保护1处的正序电流I

其中：I

令α＝1计算AB线路末端故障时流过保护1处的电流值，结合故障电流计算方法，将故障前的光伏额定电流作为初值进行迭代，得到故障时的上游区域的光伏输出电流值I

S25、将正序电流I

其中：

随后判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；若大于(10倍及以上)，根据光伏对故障电流的影响分析可知，电流助增作用明显，电流灵敏度一定满足要求，则不需要对保护II、III段重新进行整定；若小于，则计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值；

所述计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值的步骤包括：

S26、绘制f2故障时的复合序网络图，仅考虑保护下游光伏输出电流值，获得保护2处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S27、由于最上游光伏接入点提供的电流与系统电源电流相比非常小，因此，将复合序网络图进行简化，获得保护3处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S28、根据步骤S21-S23所述的迭代计算方法，获得光伏并网点电压，进而计算流过保护1处的正序电流I

然后根据正序电流I

S29、结合调整系数K与保护2处、保护3处的整定值计算公式，计算获得保护Ⅱ段与保护Ⅲ段的整定值，其表达式如下：

其中：

针对中游区域，在该区域的两端设置有带方向元件的保护装置，用于防止故障发生时光伏电流反向流动导致保护误动作，然后判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；

由于故障点上游光伏表现为助增作用，下游光伏表现为汲流作用，因此若故障点上游光伏总容量远大于下游光伏总容量，若大于，则无需改变电流速断保护整定值；

若小于，仅考虑首端保护灵敏度是否满足要求，令CD线路末端发生故障，得到保护2处的计算公式，其计算公式如下：

迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值，并计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值，其计算方式与上游区域基本一致；

针对下游区域，绘制f3故障发生后的复合序网络图，基于本地信息及线路阻抗值，获得保护4处的整定值计算公式，并进行迭代计算，其迭代计算步骤与上游区域基本一致，从而获得自适应Ⅰ段的整定值；所述保护4处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

在上述计算中，线路阻抗、系统电压均为已知量，其余变量如本地信息、正序电流等，需通过实时计算得知的参数，运用通讯手段(优选为MMS报文)，传递给保护1处，进而对整定值进行调整使其满足灵敏度要求。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

参见图7，一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护系统，所述系统包括光伏分区模块1与整定值计算模块2；

所述光伏分区模块1用于根据以下方法进行区域划分：将电源侧至最上游光伏接入点之间的区域划分为上游区域，将最上游光伏接入点至最下游光伏接入点之间的区域划分中游区域，将最下游光伏接入点至末端负载之间区域划分为下游区域；

所述整定值计算模块2用于根据以下方法计算获得故障后的上游区域、中游区域与下游区域的自适应整定值；所述整定值计算方法包括：

S2、针对上游区域，迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值；

进一步的，S21、获得发生故障时的节点电压，其节点电压表达式如下：

其中：Y为系统节点导纳矩阵，

由于光伏之间的耦合关系及其等效模型的限制，并网点电压与光伏电流间存在很强的非线性关系，因此，上式无法通过线性变换求解，需要采用迭代修正的方法求解；

S22、对上式进行修正，该修正方程表达式如下：

其中：I

S23、进行迭代计算，直至收敛，获得故障后的光伏输出电流值I

所述收敛判据表达式如下：

其中：k为迭代次数，ε为阈值；

根据节点导纳矩阵正定可知该矩阵一定收敛，由于光伏输出的最大故障电流为其额定电流的2倍，故将光伏的额定电流I

S24、绘制f1故障时的复合序网络图，获得流过保护1处的正序电流I

其中：I

令α＝1计算AB线路末端故障时流过保护1处的电流值，结合故障电流计算方法，将故障前的光伏额定电流作为初值进行迭代，得到故障时的上游区域的光伏输出电流值I

S25、将正序电流I

其中：

随后判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；若大于(10倍及以上)，根据光伏对故障电流的影响分析可知，电流助增作用明显，电流灵敏度一定满足要求，则不需要对保护II、III段重新进行整定；若小于，则计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值；

所述计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值的步骤包括：

S26、绘制f2故障时的复合序网络图，仅考虑保护下游光伏输出电流值，获得保护2处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S27、由于最上游光伏接入点提供的电流与系统电源电流相比非常小，因此，将复合序网络图进行简化，获得保护3处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

S28、根据步骤S21-S23所述的迭代计算方法，获得光伏并网点电压，进而计算流过保护1处的正序电流I

然后根据正序电流I

S29、结合调整系数K与保护2处、保护3处的整定值计算公式，计算获得保护Ⅱ段与保护Ⅲ段的整定值，其表达式如下：

其中：

针对中游区域，在该区域的两端设置有带方向元件的保护装置，用于防止故障发生时光伏电流反向流动导致保护误动作，然后判断故障点上游区域与下游区域的光伏接入容量大小关系；

由于故障点上游光伏表现为助增作用，下游光伏表现为汲流作用，因此若故障点上游光伏总容量远大于下游光伏总容量，若大于，则无需改变电流速断保护整定值；

若小于，仅考虑首端保护灵敏度是否满足要求，令CD线路末端发生故障，得到保护2处的计算公式，其计算公式如下：

迭代计算获得故障后的自适应Ⅰ段的整定值，并计算获得故障后的自适应Ⅱ段与自适应Ⅲ段的整定值，其计算方式与上游区域基本一致；

针对下游区域，绘制f3故障发生后的复合序网络图，基于本地信息及线路阻抗值，获得保护4处的整定值计算公式，并进行迭代计算，其迭代计算步骤与上游区域基本一致，从而获得自适应Ⅰ段的整定值；所述保护4处的整定值计算公式，其表达式如下：

其中：U

实施例3：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

参见图8，一种含多光伏配电网的分区域三段式电流保护设备，所述设备包括处理器3以及存储器4；

所述存储器4用于存储计算机程序代码41，并将所述计算机程序代码41传输给所述处理器3；

所述处理器3用于根据所述计算机程序代码41中的指令执行所述的含多光伏配电网的分区域三段式电流保护方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。