本發(fā)明涉及配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域，具體地，特別涉及一種基于電流正序分量相位變化的主動配電網(wǎng)保護方案。

背景技術(shù)：

近年來，隨著能源危機的不斷加劇以及國家對清潔型能源的大力推廣，以光伏發(fā)電、雙饋風(fēng)力發(fā)電為代表的逆變型分布式電源得到了廣泛的應(yīng)用。分布式電源(distributedgeneration，簡稱dg)是一種新興的電力能源，具有經(jīng)濟環(huán)保等眾多優(yōu)點，能夠滿足人們對電力安全穩(wěn)定和經(jīng)濟環(huán)保的要求。但是，當(dāng)大量分布式電源接入配電網(wǎng)，會導(dǎo)致傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的單電源供電變成多端電源供電的網(wǎng)絡(luò)，潮流頻繁發(fā)生轉(zhuǎn)移，其運行方式的復(fù)雜性會直接影響到在含有dg配電網(wǎng)保護裝置的選擇性和靈敏性，面臨保護拒動、誤動等問題的發(fā)生。

因此，為滿足分布電源并網(wǎng)對保護原理的要求，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多的改進型保護方案和新的保護原理，主要分為以下幾類：(1)加裝保護元件的方法，其核心思想是在dg上游線路裝設(shè)方向電流保護，dg下游線路整定保護定值。(2)距離保護的方法，首先將含的配電網(wǎng)進行分區(qū)，提出了考慮特性的配電網(wǎng)自適應(yīng)距離保護方案。根據(jù)系統(tǒng)運行方式和輸出功率實時計算整定值。(3)自適應(yīng)的保護方法，根據(jù)系統(tǒng)運行方式和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對保護背側(cè)網(wǎng)絡(luò)進行等值變換，形成支路貢獻(xiàn)因子矩陣，以消除對各支路電流的影響，從而有效增大主保護和后備保護的保護范圍。(4)基于通信的方法，利用分散安裝在配電網(wǎng)中的智能設(shè)備采集各點的狀態(tài)信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)完成信息的匯集和交換，基于多點的信息完成保護判斷，例如多agent或ied保護。

在以上方法中均需要采集電壓量信息，然而在目前的城市配電網(wǎng)中裝設(shè)電壓互感器會導(dǎo)致成本高、工程繁瑣，制約了以上方法在配電網(wǎng)保護中的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于電流正序分量相位變化的主動配電網(wǎng)保護方案，利用兩端電流相位變化的差值構(gòu)成保護判據(jù)，適用于含逆變型分布式電源的主動配電網(wǎng)絡(luò)，只需提取電流信息，而無需在配電網(wǎng)中裝設(shè)電壓互感器，便可以解決分布式電源接入配電網(wǎng)導(dǎo)致運行方式復(fù)雜而引起線路保護拒動和誤動的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述基于電流正序分量相位變化的主動配電網(wǎng)保護方案，在配電網(wǎng)中設(shè)置有信息處理中心，包括以下步驟：

(1)采集發(fā)生故障前后，線路兩端保護安裝處的電流信息；

(2)獲取電流信息的電流正序分量以及電流正序分量的相位；

(3)利用發(fā)生故障前后，兩端電流相位變化的差值作為保護判據(jù)，若兩端電流相位變化的差值處于0至π/2之間，則為區(qū)域外故障；若兩端電流相位變化的差值處于π/2至π之間，則為區(qū)域內(nèi)故障；

(4)當(dāng)確定為區(qū)域內(nèi)故障時，由信息處理中心向兩端保護發(fā)送動作信號，確保發(fā)生故障的線路兩端保護都動作，同時向發(fā)生故障的兩端的上、下游保護安裝處發(fā)送閉鎖信號。

優(yōu)選的，在步驟(2)和步驟(3)之間還包括：

利用發(fā)生故障前后，單端電流相位變化率作為保護的啟動判據(jù)，分析保護安裝處發(fā)生故障前后電流相位差值的變化，若兩端的電流相位變化率均大于各自的啟動判斷閾值，則進行步驟(3)。

優(yōu)選的，在步驟(1)中，通過配電網(wǎng)中兩端安裝的電流互感器ctm和ctn，對發(fā)生故障前，保護安裝處m和n的電流信息和進行保存，同時采集發(fā)生故障后的電流信息

優(yōu)選的，在步驟(2)中，利用信號延遲法，獲取電流信息的電流正序分量如下：

對電流正序分量進行傅里葉分析，獲得基波正序電流的相位。

優(yōu)選的，利用m端和n端電流相位變化率作為保護的啟動判據(jù)，分析保護安裝處發(fā)生故障前后電流相位差值的變化，若兩端的電流相位變化率均大于啟動判斷閾值θ'ζ，則啟動m、n兩端的保護判據(jù)；

設(shè)定線路發(fā)生故障前后，m端電流相位變化率為n端電流相位變化率為其中，t表示故障電流持續(xù)時間，受到分布式電源控制策略的影響；

設(shè)定m端保護的啟動判斷閾值θ'mζ，θ'mζ＝σ(θmg0)，其中，θmg0為受電流互感器轉(zhuǎn)換和微機保護裝置測量影響的誤差角度；

設(shè)定n端保護的啟動判斷閾值θ'nζ，θ'nζ＝σ(θng0)，其中，θng0為受電流互感器轉(zhuǎn)換和微機保護裝置測量影響的誤差角度；

當(dāng)θ'm＞θ'mζ和θ'n＞θ'nζ均滿足時，則進行步驟(3)。

進一步地，優(yōu)選的，電流互感器誤差曲線為10％，最大誤差角度為7°；微機保護裝置按照一個周期50個點采樣，誤差角度為7.2°。

進一步地，優(yōu)選的，利用發(fā)生故障前后，m端和n端電流相位變化的差值作為保護判據(jù)，分析兩端電流相位變化的差值θmn的變化規(guī)律：

設(shè)m端電流相位變化的絕對值為式中：t1表示發(fā)生故障的時刻，t表示時間，為發(fā)生故障前一個t的m端電流相位，為發(fā)生故障后一個t的m端電流相位；

設(shè)n端電流相位變化的絕對值為式中：t1表示發(fā)生故障的時刻，t表示時間，為發(fā)生故障前一個t的n端電流相位，為發(fā)生故障后一個t的n端電流相位；

則兩端電流相位變化的差值為θmn＝α-β；

若則為線路兩端區(qū)域外故障；

若則為線路兩端區(qū)域內(nèi)故障。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果：

一、本發(fā)明根據(jù)線路發(fā)生故障前后，兩端電流相位變化的差值作為保護判據(jù)，識別區(qū)內(nèi)外故障，降低保護誤動和拒動的可能性；

二、本發(fā)明無須獲取線路電壓信息，避免了在保護安裝處設(shè)立電壓互感器，經(jīng)濟性較高；

三、本發(fā)明基于電流正序分量在正序網(wǎng)絡(luò)圖中進行分析，使線路保護不再受故障類型、dg數(shù)量和dg容量等外界因素的影響，適用性強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述基于電流正序分量相位變化的主動配電網(wǎng)保護方案優(yōu)選實施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明中含分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中線路發(fā)生故障前網(wǎng)絡(luò)圖；

圖4是本發(fā)明中線路發(fā)生區(qū)域內(nèi)故障時的正序附加狀態(tài)；

圖5是本發(fā)明中線路發(fā)生區(qū)域外故障時的正序附加狀態(tài)。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)的說明，以便于本發(fā)明更加清楚和易于理解。

圖1是本發(fā)明所述基于電流正序分量相位變化的主動配電網(wǎng)保護方案優(yōu)選實施例的流程圖。如圖1所示，所述保護方案包括以下步驟：

(1)采集發(fā)生故障前后，線路兩端保護安裝處的電流信息；

(2)獲取電流信息的電流正序分量以及電流正序分量的相位；

(3a)利用發(fā)生故障前后，m端和n端電流相位變化率作為保護的啟動判據(jù)，分析保護安裝處發(fā)生故障前后電流相位差值的變化，若兩端的電流相位變化率均大于各自的啟動判斷閾值，則啟動m、n兩端保護的主判據(jù)；設(shè)置保護的啟動判據(jù)，以防止線路中電流的微小波動引起誤傳導(dǎo)的問題，減小線路中的通信量，同時提高保護裝置的選擇性和靈敏性；

(3b)利用發(fā)生故障前后，m端和n端電流相位變化的差值作為保護的主判據(jù)，若兩端電流相位變化的差值處于0至π/2之間，則為區(qū)域外故障；若兩端電流相位變化的差值處于π/2至π之間，則為區(qū)域內(nèi)故障；

(4)當(dāng)確定為區(qū)域內(nèi)故障時，由信息處理中心向兩端保護發(fā)送動作信號，使兩端保護都動作，同時向發(fā)生故障的兩端的上、下游保護安裝處發(fā)送閉鎖信號。

圖2是本發(fā)明中含分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，利用matlab軟件搭建的含dg的配電網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)基準(zhǔn)容量為500mva，基準(zhǔn)電壓為10.5kv。ag和ae是電源10kv母線中引出的兩條饋線，每條線路的對應(yīng)斷路器為qf1～qf8，每條線路檢測到的電流為i1～i8，規(guī)定電流的正方向為線路兩端指向被保護線路。其中，線路ab，bc，af為架空線路，線路長度分別為2km，2km，4km。線路cd，de，fg為地下電纜，線路長度分別為7km，14km，6km。es是系統(tǒng)電源，zs是系統(tǒng)阻抗。

首先，初始化線路參數(shù)，線路ab，bc，af選用lgj-120/25鋼芯鋁絞線，線路參數(shù)為χ1＝0.347ω/km，r1＝0.27ω/km，線路cd，de，fg選用yjlv22-150/60銅芯交聯(lián)聚氯乙烯電纜，線路參數(shù)為χ1＝0.093ω/km，r1＝0.259ω/km；

根據(jù)電網(wǎng)的實際工程，每個分布式電源dg的額定容量為pdg1＝2mw，pdg2＝2mw，其中在饋線1上沒有dg接入，在饋線2上，dg1接于節(jié)點c處，dg2接于節(jié)點d處；

在每條饋線末端接入額定容量為1.5mva，功率因數(shù)為0.85的負(fù)荷。

圖3顯示了線路發(fā)生故障前的網(wǎng)絡(luò)圖，圖3中，m、n為保護安裝處，和表示m、n兩側(cè)故障前電流，電流正方向均為節(jié)點指向被保護線路，和分別為m側(cè)和n側(cè)系統(tǒng)等效電源，zsm和zsn分別為m側(cè)和n側(cè)系統(tǒng)等效阻抗，zl為節(jié)點m與節(jié)點n之間的線路阻抗。

圖4和圖5分別顯示了發(fā)生區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外故障的正序附加狀態(tài)，其中，f表示發(fā)生故障的位置，和為m、n兩側(cè)的故障分量電流，電流正方向均為節(jié)點指向被保護線路，zsm1和zsn1分別為m側(cè)和n側(cè)系統(tǒng)等效正序阻抗，zl1和zl2分別為節(jié)點m和節(jié)點n到故障點f的線路正序阻抗，rf為過渡電阻，為故障點電壓。

當(dāng)在斷路器qf5和qf6之間線路的f處在t1時刻發(fā)生故障時，通過含分布式電源配電網(wǎng)中的電流互感器ctm和ctn，對線路發(fā)生故障之前一段時間t的電流信息和同時采集線路發(fā)生故障之后一段時間t的電流信息和

利用信號延遲法，獲取所采集電流信息的電流正序分量如下：

式中，ia、ib、ic分別為電流信息的三相電流，經(jīng)計算得：

對電流正序分量進行傅里葉分析，獲得基波正序電流的相位。

利用m端和n端電流相位變化率作為保護的啟動判據(jù)，分析保護安裝處發(fā)生故障前后電流相位差值的變化，若兩端的電流相位變化率均大于各自的啟動判斷閾值θ'ζ，則啟動m、n兩端的保護判據(jù)；

設(shè)定線路發(fā)生故障前后，m端電流相位變化率為n端電流相位變化率為其中，t表示故障電流持續(xù)時間，受到分布式電源控制策略的影響；

設(shè)定m端保護的啟動判斷閾值θ'mζ，θ'mζ＝σ(θmg0)，其中，θmg0為受電流互感器轉(zhuǎn)換和微機保護裝置測量影響的誤差角度；

設(shè)定n端保護的啟動判斷閾值θ'nζ，θ'nζ＝σ(θng0)，其中，θng0為受電流互感器轉(zhuǎn)換和微機保護裝置測量影響的誤差角度；

其中，電流互感器誤差曲線為10％，最大誤差角度為7°；微機保護裝置按照一個周期50個點采樣，誤差角度為7.2°。

當(dāng)θ'm＞θ'mζ和θ'n＞θ'nζ均滿足時，則啟動m、n兩端保護的主判據(jù)。

利用發(fā)生故障前后，m端和n端電流相位變化的差值作為保護主判據(jù)，分析兩端電流相位變化的差值θmn的變化規(guī)律：

設(shè)m端電流相位變化的絕對值為式中：t1表示發(fā)生故障的時刻，t表示時間，為發(fā)生故障前一個t的m端電流相位，為發(fā)生故障后一個t的m端電流相位；

設(shè)n端電流相位變化的絕對值為式中：t1表示發(fā)生故障的時刻，t表示時間，為發(fā)生故障前一個t的n端電流相位，為發(fā)生故障后一個t的n端電流相位；

則兩端電流相位變化的差值為θmn＝α-β；

若則為線路兩端區(qū)域外故障，此時，兩端保護不動作；

若則為線路兩端區(qū)域內(nèi)故障，此時，由信息處理中心向兩端保護發(fā)送動作信號，同時向發(fā)生故障的兩端的上、下游保護安裝處發(fā)送閉鎖信號。

由于本發(fā)明是基于電流正序分量在正序網(wǎng)絡(luò)圖中進行分析，所以線路保護適用于任何故障類型。

下面列舉三種不同的故障類型予以說明：

類型一

當(dāng)在f點發(fā)生單相接地故障時，保護1測得故障前電流相位為-6.05°，故障后電流相位為-40.86°；保護2測得故障電流相位為175.66°，故障后電流相位為140.87°；保護3測得故障電流相位為-12.6°，故障后電流相位為-49.51°；保護4測得故障電流相位為167.42°，故障后電流相位為130.47°；保護5測得故障電流相位為-12.6°，故障后電流相位為-64.95°；保護6測得故障電流相位為168.2°，故障后電流相位為-82.6°；保護7測得故障電流相位為-33.05°，故障后電流相位為-80.4°；保護8測得故障電流相位為146.93°，故障后電流相位為99.59°。此處，電流互感器誤差曲線為10％，最大誤差角度為7°；微機保護裝置按照一個周期50個點采樣，誤差角度為7.2°；故障電流持續(xù)時間t為12.6ms。與啟動判斷閾值比較，θ'5＞θ'5ζ，θ'6＞θ'6ζ，保護5、6裝置啟動判據(jù)動作，π/2＜θ56＜π，保護主判據(jù)動作，判斷為線路區(qū)域內(nèi)故障，兩端保護5、6裝置動作。

類型二

當(dāng)在f點發(fā)生相間故障時，保護1測得故障前電流相位為-6.07°，故障后電流相位為-41.37°；保護2測得故障電流相位為173.95°，故障后電流相位為138.62°；保護3測得故障電流相位為-12.5°，故障后電流相位為-48.57°；保護4測得故障電流相位為167.4°，故障后電流相位為131.32°；保護5測得故障電流相位為-12.5°，故障后電流相位為-63.78°；保護6測得故障電流相位為167.5°，故障后電流相位為-83.1°；保護7測得故障電流相位為-33.1°，故障后電流相位為-81.2°；保護8測得故障電流相位為146.9°，故障后電流相位為98.76°。此處，電流互感器誤差曲線為10％，最大誤差角度為7°；微機保護裝置按照一個周期50個點采樣，誤差角度為7.2°；故障電流持續(xù)時間t為12.6ms。與啟動判斷閾值比較，θ'5＞θ'5ζ，θ'6＞θ'6ζ，保護5、6裝置啟動判據(jù)動作，π/2＜θ56＜π，保護主判據(jù)動作，判斷為線路區(qū)域內(nèi)故障，兩端保護5、6裝置動作。

類型三

當(dāng)在f點發(fā)生三相故障時，保護1測得故障前電流相位為-6.09°，故障后電流相位為-42.86°；保護2測得故障電流相位為163.93°，故障后電流相位為127.15；保護3測得故障電流相位為-12.7，故障后電流相位為-47.51°；保護4測得故障電流相位為167.3°，故障后電流相位為132.49°；保護5測得故障電流相位為-12.7°，故障后電流相位為-63.76°；保護6測得故障電流相位為167.3°，故障后電流相位為-86°；保護7測得故障電流相位為-33.27°，故障后電流相位為-83°；保護8測得故障電流相位為146.73°，故障后電流相位為97°。此處，電流互感器誤差曲線為10％，最大誤差角度為7°；微機保護裝置按照一個周期50個點采樣，誤差角度為7.2°；故障電流持續(xù)時間t為12.6ms。與啟動判斷閾值比較，θ'5＞θ'5ζ，θ'6＞θ'6ζ，保護5、6裝置啟動判據(jù)動作，π/2＜θ56＜π，保護主判據(jù)動作，判斷為線路區(qū)域內(nèi)故障，兩端保護5、6裝置動作。

綜上，在基于正序網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以單端電流相位變化率作為保護的啟動判據(jù)，以兩端電流相位變化的差值作為保護的主判據(jù)，在無須獲得電壓信息的情況下，提高了在含分布式電源的主動配電網(wǎng)中保護的可靠性，降低了線路保護的誤動作和拒動作等的可能性，且適用于任何故障類型。

以上，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。