本發(fā)明涉及分布式電源接入后電網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種含分布式電源接入的電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法。
背景技術(shù):
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等分布式電源通常直接接入35kv以下的配電網(wǎng)中,為了保護(hù)這些低壓配電網(wǎng)絡(luò)能及時(shí)切斷短路發(fā)生的故障線路,通常采用簡(jiǎn)單可靠的電流保護(hù)作為分布式電源接入后這些低壓配電網(wǎng)絡(luò)的主保護(hù)。
而實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等分布式電源輸出的功率由風(fēng)速等外部條件決定,其波動(dòng)性很大,使得線路上的工作電流不斷變化?,F(xiàn)有技術(shù)中的電流保護(hù)整定值通常是根據(jù)工作電流所計(jì)算的短路電流值再乘以一定可靠系數(shù)設(shè)定的,傳統(tǒng)電流保護(hù)中的整定值是一個(gè)恒定值。當(dāng)分布式電源輸出的功率變低使得工作電流變小時(shí),會(huì)使得短路電流也變小可能造成短路電流沒有超過(guò)固定的電流保護(hù)整定值,造成保護(hù)拒動(dòng)等事故。
此外傳統(tǒng)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間通常都在20ms以上,特別是當(dāng)引入時(shí)間延遲來(lái)增加選擇性時(shí),整條線路上的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可能超過(guò)1s。在這么長(zhǎng)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)分布式電源的輸出功率將急劇減小并引發(fā)系統(tǒng)的頻率和穩(wěn)定性下降。并且,隨著分布式電源并網(wǎng)容量的不斷增大,使得故障初始時(shí)刻短路電流當(dāng)中的直流分量比例增高。這些直流分量在故障發(fā)生后會(huì)迅速衰減造成電流保護(hù)裝置中電流互感器的飽和,將進(jìn)一步增加保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是,傳統(tǒng)的電流保護(hù)整定值是一個(gè)恒定值,容易造成電流保護(hù)拒動(dòng)等事故,以及傳統(tǒng)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。
一種含分布式電源接入的電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法,所述方法包括:
實(shí)時(shí)獲取各相正常工作電流瞬時(shí)值ii,并根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型獲取電網(wǎng)中各相正常工作電流i的理論表達(dá)式
根據(jù)各相正常工作電流的實(shí)際幅值it,并考慮可靠系數(shù)k后確定該相電流保護(hù)整定值i0為
通過(guò)改進(jìn)的平均差值算法確定發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻tsc,并基于發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻確定發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流;
通過(guò)優(yōu)化的迭代算法計(jì)算電路不同位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,分別與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流進(jìn)行比較,當(dāng)所述位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流相等時(shí),則確定該位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn);
切斷所述發(fā)生短路故障的電路,并對(duì)所述發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)進(jìn)行維修。
所述改進(jìn)的平均差值算法公式為:
t1=t2-δt
t3=t2+δt
t4=t3+δt
其中,tsc為發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻,t2為判斷出的發(fā)生短路故障的時(shí)刻,i1、i2、i3、i4分別為t1、t2、t3、t4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)電流。
通過(guò)優(yōu)化的迭代算法計(jì)算電路不同位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,分別與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流進(jìn)行比較,當(dāng)所述位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流相等時(shí),則確定該位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)具體包括:
假設(shè)發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)在電路中距電源最遠(yuǎn)的位置點(diǎn)k2,通過(guò)公式計(jì)算該位置點(diǎn)k2發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal
tpr=tsc+n·ta/d
其中,tsc為短路故障發(fā)生的實(shí)際時(shí)刻,u為電源到位置點(diǎn)k2的電壓幅值,rsc為電源到位置點(diǎn)k2的電阻值,lsc為電源到位置點(diǎn)k2的電感值;n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的數(shù)量,ta/d為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的時(shí)間延遲;
如果該位置點(diǎn)k2發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal小于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則將位置點(diǎn)k2的阻抗zk2減小δz,其中δz為電路中離電源距離為s處位置點(diǎn)的阻抗大小,δz=rs+ls,其中rs為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電阻,ls為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電抗,s小于100米;
再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并與實(shí)測(cè)電流再次進(jìn)行比較;
如果新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal小于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則繼續(xù)減小阻抗zk2并計(jì)算相應(yīng)位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,直至當(dāng)前位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流值相等時(shí),則確定當(dāng)前位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn),當(dāng)前位置點(diǎn)的阻抗值為zk2-n·δz,其中,n為計(jì)算過(guò)程中將阻抗zk2減小δz的次數(shù)。
通過(guò)優(yōu)化的迭代算法計(jì)算電路不同位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,分別與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流進(jìn)行比較,當(dāng)所述位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流相等時(shí),則確定該位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)具體包括:
假設(shè)發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)在歷史故障記錄中發(fā)生短路故障次數(shù)最多的位置點(diǎn)zk0,通過(guò)公式計(jì)算該位置點(diǎn)k0發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal
tpr=tsc+n·ta/d
其中,tsc為短路故障發(fā)生的精確時(shí)刻,u為位置點(diǎn)k2的電壓幅值,rsc為電源到位置點(diǎn)k2的電阻值,lsc為電源到位置點(diǎn)k2的電感值;n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的數(shù)量,ta/d為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的時(shí)間延遲;
如果該位置點(diǎn)k0發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal小于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則將位置點(diǎn)k0的阻抗zk0減小δz,其中δz為電路中離電源距離為s處位置點(diǎn)的阻抗大小,δz=rs+ls,其中rs為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電阻,ls為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電抗,s小于100米;
再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并與實(shí)測(cè)電流再次進(jìn)行比較;
如果該位置點(diǎn)k0發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal大于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則將位置點(diǎn)k0的阻抗zk0增大δz;
再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并與實(shí)測(cè)電流再次進(jìn)行比較;
如此重復(fù)計(jì)算直至當(dāng)前位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流值相等時(shí),則確定當(dāng)前位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn),當(dāng)前位置點(diǎn)的阻抗值為zk0-n1·δz+n2·δz,其中,n1為計(jì)算過(guò)程中將阻抗zk0減小δz的次數(shù),n2為計(jì)算過(guò)程中將阻抗zk0增大δz的次數(shù)。
所述可靠系數(shù)的取值范圍是1.1至2。
所述預(yù)設(shè)時(shí)間段δt小于10ms。
本發(fā)明提供的含分布式電源接入的電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法,是基于單相電流瞬時(shí)值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法,可以根據(jù)分布式電源輸出功率的改變而變化,能夠使電流保護(hù)在風(fēng)電等分布式電源功率發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)仍具有可靠的靈敏度,并且電流保護(hù)響應(yīng)速度更快,可以在電流保護(hù)裝置發(fā)生飽和前動(dòng)作,有效提高風(fēng)電等分布式電源接入電網(wǎng)后的保護(hù)可靠性。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的含分布式電源接入的電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法的流程圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)電流保護(hù)方法的故障識(shí)別、故障類型判斷、故障位置點(diǎn)計(jì)算流程圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)電流保護(hù)方法判斷故障發(fā)生的識(shí)別原理圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例含風(fēng)電型分布式電源接入的電網(wǎng)的仿真電路結(jié)構(gòu)圖;
圖5為圖4中仿真電路發(fā)生bc兩相短路時(shí)自適應(yīng)電流保護(hù)方法的計(jì)算結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例提供一種含分布式電源接入的電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方法,如圖1-2所示,該方法包括:
步驟11:實(shí)時(shí)獲取各相正常工作電流瞬時(shí)值ii,并根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型獲取電網(wǎng)中各相正常工作電流i的理論表達(dá)式
步驟12:根據(jù)各相正常工作電流的實(shí)際幅值it,并考慮可靠系數(shù)k后確定該相電流保護(hù)整定值i0為
需要說(shuō)明的是,由于分布式電源的輸出功率受到風(fēng)速等外部條件決定,使得電網(wǎng)輸出功率是不斷變化,輸出功率變化將使線路輸出電流發(fā)生變化,因此電流保護(hù)整定值也需要不斷更新。本實(shí)施例中各相電流分別有各自對(duì)應(yīng)的電流保護(hù)整定值,并且電流保護(hù)整定值每間隔預(yù)設(shè)時(shí)間段δt即更新一次,本實(shí)施例需要更新的是電流幅值和相位
步驟13:每隔預(yù)設(shè)時(shí)間段δt比較各相工作電流實(shí)際電信號(hào)和該相電流保護(hù)整定電信號(hào),當(dāng)該相工作電流的實(shí)際值大于該相電流保護(hù)整定值時(shí),判斷出當(dāng)前時(shí)刻t2該相電流發(fā)生短路故障(如圖3所示)。
由于分布式電源的輸出功率受到風(fēng)速等外部條件決定,使得電網(wǎng)輸出功率是不斷變化,輸出功率變化將使線路輸出電流發(fā)生變化,本發(fā)明電流保護(hù)整定值根據(jù)線路輸出電流自適應(yīng)變化,也即與各相電流同相位的正弦信號(hào)形式的整定值,可以保證線路輸出電流大范圍變化時(shí)電流保護(hù)仍能可靠動(dòng)作。假設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的采樣時(shí)間間隔為10ms,則如果實(shí)測(cè)電流信號(hào)由于發(fā)生短路故障而改變,則在不超過(guò)10ms的時(shí)間內(nèi)即可判斷出線路發(fā)生短路故障,可以有效減少短路故障判別的時(shí)間。
考慮到各相電流的非同時(shí)性,根據(jù)上述發(fā)生短路故障的相數(shù)可以確定上述電網(wǎng)短路故障的類型,故障類型包括單相短路、兩相短路、三相短路。當(dāng)只有一相電流發(fā)生短路故障時(shí),判斷為單相短路;當(dāng)有兩相電流發(fā)生短路故障時(shí),判斷為兩相短路;當(dāng)有三相電流發(fā)生短路故障時(shí),判斷為三相短路。
步驟14:通過(guò)改進(jìn)的平均差值算法確定發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻tsc,并基于發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻確定發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流。
改進(jìn)的平均差值算法公式為:
t1=t2-δt
t3=t2+δt
t4=t3+δt
其中,tsc為發(fā)生短路故障的實(shí)際時(shí)刻,t2為判斷出的發(fā)生短路故障的時(shí)刻,i1、i2、i3、i4分別為t1、t2、t3、t4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)電流。
步驟15:通過(guò)優(yōu)化的迭代算法計(jì)算電路不同位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,分別與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流進(jìn)行比較,當(dāng)上述位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流相等時(shí),則確定該位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)。具體包括:
假設(shè)發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)在電路中距電源最遠(yuǎn)的位置點(diǎn)k2,通過(guò)公式計(jì)算該位置點(diǎn)k2發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal
tpr=tsc+n·ta/d
其中,tsc為短路故障發(fā)生的實(shí)際時(shí)刻,u為電源到位置點(diǎn)k2的電壓幅值,rsc為電源到位置點(diǎn)k2的電阻值,lsc為電源到位置點(diǎn)k2的電感值;n為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的數(shù)量,ta/d為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件的時(shí)間延遲;
如果該位置點(diǎn)k2發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal小于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則將位置點(diǎn)k2的阻抗zk2減小δz;
再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并與實(shí)測(cè)電流再次進(jìn)行比較;
如果新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal小于發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流,則繼續(xù)減小阻抗zk2并計(jì)算該位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,直至當(dāng)前位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與發(fā)生短路故障時(shí)的瞬時(shí)電流值相等時(shí),則確定當(dāng)前位置點(diǎn)為電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn),當(dāng)前位置點(diǎn)的阻抗值為zk2-n·δz,其中,n為在上述過(guò)程中將阻抗zk2減小δz的次數(shù)。
需要說(shuō)明的是,δz為電路中離電源距離為s處位置點(diǎn)的阻抗大小,δz=rs+ls,其中rs為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電阻,ls為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電抗,s小于100米,s可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)置,例如s可以是100米、50米等。
本發(fā)明提出的優(yōu)化迭代算法,可以有效減少迭代計(jì)算的次數(shù),精確的計(jì)算短路故障發(fā)生的位置點(diǎn)。
初始假設(shè)的發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)可以任意選擇,合理地選擇初始假設(shè)點(diǎn)可以有效地較少迭代計(jì)算的次數(shù),也可以將以往故障記錄中發(fā)生短路故障次數(shù)最多的位置點(diǎn)zk0作為初始假設(shè)的發(fā)生短路故障的位置點(diǎn),計(jì)算該位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值isc,cal。如果計(jì)算出的發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值小于實(shí)測(cè)短路電流值,則將假設(shè)故障點(diǎn)zk0的阻抗減小δz再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并將該理論電流值與實(shí)測(cè)短路電流再次進(jìn)行比較。如果計(jì)算出的理論電流值大于實(shí)測(cè)短路電流值,則將初始的故障點(diǎn)zk0的阻抗增大δz再次計(jì)算新的位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值,并將該理論電流值與實(shí)測(cè)短路電流再次進(jìn)行比較。如此重復(fù)計(jì)算直到當(dāng)前位置點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的理論電流值與實(shí)測(cè)短路電流值相等,此時(shí)對(duì)應(yīng)的位置點(diǎn)即為實(shí)際的短路故障發(fā)生點(diǎn),該位置點(diǎn)的阻抗值為zk0-n1·δz+n2·δz,其中,n1為上述計(jì)算過(guò)程中將阻抗zk0減小δz的次數(shù),n2為上述計(jì)算過(guò)程中將阻抗zk0增大δz的次數(shù)。
需要說(shuō)明的是,δz為電路中離電源距離為s處位置點(diǎn)的阻抗大小,δz=rs+ls,其中rs為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電阻,ls為離電源距離為s處位置點(diǎn)的電抗,s小于100米,s可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)置,例如s可以是100米、50米等。
本實(shí)施例的電流保護(hù)方法中短路故障位置點(diǎn)計(jì)算誤差為1.54%,具有較高的精度可以有效地應(yīng)用于實(shí)際的故障點(diǎn)定位當(dāng)中。
根據(jù)上述電路發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)確定后續(xù)的電流保護(hù)動(dòng)作,例如步驟16:切斷所述發(fā)生短路故障的電路,并對(duì)所述發(fā)生短路故障的位置點(diǎn)進(jìn)行維修。
需要說(shuō)明的是,本實(shí)施例電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型是正弦函數(shù),本實(shí)施例的電流保護(hù)方法也同樣適用于數(shù)學(xué)模型是余弦函數(shù)或其他函數(shù)的電網(wǎng)。
本實(shí)施例電流保護(hù)方法的各個(gè)步驟都可以通過(guò)在電流保護(hù)裝置中設(shè)置微處理器,在微處理器中預(yù)先編制程序來(lái)完成。
下面以具體實(shí)例對(duì)上述電流保護(hù)方法進(jìn)行驗(yàn)證。
利用電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器rtds搭建如圖4所示的含風(fēng)電型分布式電源接入的電網(wǎng)仿真電路驗(yàn)證本實(shí)施例的電流保護(hù)方法的有效性。其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量為3mw、送出線路為額定電壓為6kv、長(zhǎng)度10km的架空線。
如圖5所示,假設(shè)0.02s之前風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作于額定狀態(tài),0.02s時(shí)刻線路位置點(diǎn)k1處(圖1中)發(fā)生bc兩相短路,對(duì)比b相工作電流瞬時(shí)值和b相電流保護(hù)整定值,可以快速的識(shí)別故障發(fā)生,響應(yīng)時(shí)間為2.2ms。相比傳統(tǒng)基于均方根值的電流保護(hù)方法,響應(yīng)時(shí)間減少了40%以上。
仿真結(jié)果證明本發(fā)明實(shí)施例的電流保護(hù)整定值可以根據(jù)分布式電源輸出功率的改變而變化,能夠使電流保護(hù)在風(fēng)電等分布式電源功率發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)仍具有可靠的靈敏度,并且相比傳統(tǒng)的電流保護(hù)方法響應(yīng)速度更快,可以在電流保護(hù)裝置發(fā)生飽和前動(dòng)作,有效提高風(fēng)電等分布式電源接入電網(wǎng)后的保護(hù)可靠性。
以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。