一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法與流程

2024-03-25 08:35:05

本發明涉及一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法，屬於電力系統繼電保護技術領域。

背景技術：

隨著化石能源的日趨銳減和嚴峻環保問題的出現，清潔可再生能源的開發和利用引起了世界範圍內的廣泛關注，為與之相適應的分布式電源(dr，distributedresources)技術的快速發展和大規模推廣應用提供了新的契機。

目前，dr大都以光伏發電、風力發電、儲能裝置或電動汽車等形式出現，其輸出功率在滿足就近負荷消納的同時，餘量往往通過功率變換裝置輸入配電網。由於受天氣等因素的影響，dr輸出功率往往具有隨機性、波動性和易變性的特點，因而dr接入配電網，常常對電力系統造成一定的影響，其中之一即為對電力系統繼電保護的影響，尤其在dr接入配電網不同滲透率的情況下所造成的繼電保護可靠性的變化，此變化可能引起繼電保護的拒動或誤動，給電力系統的穩定運行埋下隱患。因此，如何降低dr接入配電網對繼電保護可靠性造成的負面作用，實現電力系統的穩定運行，有著十分重要的現實意義和工程應用價值。

傳統的配電網大多為單電源、輻射狀結構，保護的整定也是基於此設計。而隨著dr不斷接入配電網，使得配電網系統運行方式變得更加複雜，電網潮流方向出現多樣化，配電網各節點電壓和故障電流大小及方向均會隨著dr接入容量和位置的變化而變化，使得傳統繼電保護的整定更加困難，從而容易導致傳統繼電保護可靠性的降低。針對上述問題，目前已有研究指出，在不改變傳統配電網繼電保護配置方案的情況下，當含dr的配電網出現故障時，通過切除接入配電網的所有dr和切換不同定值區等方法來恢復系統的正常運行；或者配電網故障前後，保持dr功率、同步發電機次暫態電動勢和配電網正常運行情況下得到的相應狀態量不變，根據dr不同接口類型的特性，求得短路時dr提供的電流值，以便於繼電保護配置和整定，實現故障的可靠切除。

上述方法在一定程度上有利於配電網故障的儘快切除，恢復配電網的穩定運行，但不利於大量清潔能源的開發利用；對故障多為瞬時性故障和dr高滲透率下的配電網來說，大量切除dr易導致系統電壓和功率的劇烈波動，可能引起電力系統的震蕩，影響相關設備的使用壽命，且保護多定值區的設置大大增加了定值整定的難度；此外，對於含有多類型dr的配電網來說，不同運行方式和短路情況下，dr提供的短路電流值計算也較為困難。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法，用以解決不同容量分布式電源接入配電網後造成繼電保護可靠性降低的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括：一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法，包括以下步驟：

預先在繼電保護裝置內部植入數據分析模塊，數據分析模塊包含保護裝置所保護元件發生最嚴重故障繼電保護裝置能夠正確動作時所允許接入配電網的dr最大容量值，以及此時對應的通過被保護元件的邏輯計算電流值；

繼電保護裝置通過配電網通信系統實時接收dr接入配電網的容量值和通過所保護元件的電流值；

繼電保護裝置通過預先植入的數據分析模塊，將dr實時接入配電網的容量值與保護裝置可靠動作時所允許接入的最大容量值進行比較，以確定所保護元件發生故障時保護裝置所採用的邏輯計算電流值，此電流值由數據分析模塊傳輸給保護裝置內部的cpu；

繼電保護裝置內部的cpu接收到數據分析模塊所傳輸的電流值後，將接收到的電流值用於繼電保護裝置是否動作的邏輯計算，利用繼電保護裝置內部的軟體算法，經計算後，得到繼電保護裝置最終是否發出動作的指令。

進一步的，繼電保護裝置由人機互動界面、內部存儲器、cpu、電源插件、信息接收模塊、相關算法等保護裝置正常運行所需要的硬體和軟體組成，且預先在繼電保護裝置內部植入的數據分析模塊存放於內部存儲器中；

進一步的，繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊包含保護裝置可靠動作時所允許接入配電網的dr最大容量值和此時通過所保護元件的邏輯計算電流值；

進一步的，繼電保護裝置數據分析模塊內置保護裝置可靠動作時所允許接入配電網的dr最大容量值，以及此時通過被保護元件的邏輯計算電流值能夠根據dr接入配電網的位置、dr運行工況數據和配電網拓撲結構計算得到；

進一步的，數據分析模塊中預先植入的所允許接入配電網的dr最大容量值和此時對應的繼電保護裝置可靠動作的邏輯計算電流值均可以通過繼電保護裝置人機界面進行設置或修改；

進一步的，繼電保護裝置內部存儲器中數據分析模塊所植入容量值的dr是指對該保護裝置可靠動作有影響的分布式電源，該dr可以併網或離網運行；

進一步的，繼電保護裝置信息接收模塊將通過配電網通信系統實時接收到的dr接入配電網的容量值和此時通過所保護元件的電流值首先傳輸給繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊，由數據分析模塊對接收到的數據信息進行分析處理，輸出保護裝置是否動作所需要的最終邏輯計算電流值；

進一步的，繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊將實時接收到的dr接入配電網的容量值與保護裝置可靠動作時所允許接入的dr最大容量值進行比較，若實時接收到的dr接入配電網的容量值小於或等於保護裝置可靠動作所允許接入的容量值，則數據分析模塊輸出實際接收到的通過所保護元件的電流值給保護裝置內部的cpu；若實時接收到的dr接入配電網的容量值大於保護裝置可靠動作所允許接入的容量值，則數據分析模塊輸出預先植入的dr接入配電網繼電保護可靠動作時通過所保護元件的邏輯計算電流值給保護裝置的cpu；

進一步的，根據cpu邏輯計算結果，若繼電保護裝置需要發出動作指令，則該指令通過配電網通信系統傳輸給所保護元件的斷路器，實現斷路器的動作。

本發明的有益效果是，本發明通過在繼電保護裝置內部存儲器中預先植入包含保護裝置可靠動作時所允許接入配電網的dr最大容量值和此時通過被保護元件邏輯電流值的數據分析模塊，對保護裝置實時接收到的dr接入配電網的容量值進行分析對比，以確定保護裝置可靠動作所採用的邏輯計算電流值，一方面有利於dr的最大化利用，提高dr接入配電網的滲透率，降低其接入對配電網系統造成的影響，以及對傳統發電方式的依賴，符合國家相關的能源發展和環境保護政策；另一方面在不頻繁投退和調節dr接入配電網容量的情況下，避免了因dr接入配電網容量的不斷變化而降低繼電保護裝置的可靠性。

附圖說明

圖1是本發明配電網整體架構示意圖；

圖2是本發明中繼電保護裝置預先植入數據和數據分析模塊流程示意圖；

圖3是本發明信息傳輸示意圖；

圖4是本發明數據處理與輸出流程示意圖。

具體實施方式

下面結合上述各個附圖對本發明提出的具體實施方式做進一步的說明。

本發明提供的一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法，包括以下步驟：

(1)預先在繼電保護裝置內部存儲器中植入數據分析模塊，此數據分析模塊包含繼電保護裝置所保護元件發生最嚴重故障時保護裝置能夠正確動作所允許接入配電網的dr最大容量值，以及此時通過被保護元件的邏輯計算電流值，上述數值均可以根據dr接入配電網的位置、dr運行工況數據和配電網拓撲結構等計算得到，並通過繼電保護裝置人機界面進行設置或修改；

(2)繼電保護裝置內部的信息接收模塊通過配電網通信系統實時接收dr接入配電網的容量值和此時通過該保護裝置所保護元件的電流值，上述數值由信息接收模塊傳輸給保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊，由數據分析模塊用於分析處理；

(3)繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊接收到信息接收模塊傳輸的數據後，將dr實時接入配電網的容量值與保護裝置可靠動作時所允許接入的dr最大容量值進行比較，以確定所保護元件發生故障時保護裝置所採用的邏輯計算電流值，此電流值由數據分析模塊傳輸給保護裝置內部的cpu；

(4)繼電保護裝置內部的cpu接收到數據分析模塊傳輸的電流值後，利用繼電保護裝置內部的軟體算法，將接收到的電流值用於保護裝置是否動作的邏輯計算，根據計算結果，得到繼電保護裝置最終是否發出動作的指令。

基於以上所提技術方案，結合本發明相關附圖，給出以下一具體實施方式。

本發明提供的一種提高含分布式電源的配電網繼電保護可靠性的方法，主要應用於配電網繼電保護領域中。首先，在繼電保護裝置內部存儲器中預先植入數據分析模塊，數據分析模塊包含繼電保護裝置所保護元件發生最嚴重故障保護裝置能夠正確動作時配電網所允許接入的dr最大容量值，以及此時對應的通過所保護元件的邏輯計算電流值，上述數值均可以根據配電網不同的運行方式、dr接入配電網的位置、dr運行工況數據等計算得到，並通過繼電保護裝置的人機界面進行設置或修改；其次，繼電保護裝置內部的信息接收模塊，通過配電網通信系統將實時接收到的dr接入配電網的容量值和此時通過所保護元件的電流值，傳輸給繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊，數據分析模塊對繼電保護裝置信息接收模塊傳輸的dr接入配電網的實時容量值與預先植入的該dr所允許接入配電網的最大容量值進行分析對比，以確定繼電保護裝置可靠動作時所採用的最終邏輯計算電流值，避免因dr接入配電網容量值的變化而降低繼電保護裝置的可靠性；最後，繼電保護裝置內部的cpu接收到數據分析模塊所發送的邏輯計算電流後，利用繼電保護裝置內部的軟體算法進行計算，得到繼電保護裝置是否需要發出動作指令的最終結果，若繼電保護裝置需要發出動作指令，則該指令通過配電網通信系統傳輸給繼電保護裝置所保護元件的斷路器，實現斷路器的動作。

本發明中包含dr的配電網系統架構主要由dr、繼電保護裝置、dr數據採集終端、配電網饋線、斷路器和互感器等構成，整體架構如圖1所示。

本發明預先在繼電保護裝置內部存儲器中植入數據分析模塊，根據配電網系統運行方式、拓撲結構、dr的接入位置和設計參數，確定所保護元件發生最嚴重故障繼電保護裝置能夠可靠動作時所允許接入配電網的dr最大容量值sdr0和此時對應的邏輯計算電流值i0，並將上述兩個數值通過繼電保護裝置人機界面植入數據分析模塊中，上述流程如圖2所示。以圖1配電網饋線z點發生短路故障為例，此時繼電保護裝置p1、p2通過配電網通信系統所接收到的通過被保護元件的電流可以分別根據式(1)、(2)計算得到

其中zs為配電網系統等效阻抗，z1和z2分別為線路xy和yz的阻抗，sdr為dr接入配電網的容量，sb為系統基準容量(取為100mva)，ub為系統基準電壓，zdr為分布式電源的等效阻抗且(x″dr為dr的次暫態電抗)，α與故障點距離系統電源側的遠近有關(距離越遠，則α越大)。

本發明中繼電保護裝置內部的信息接收模塊通過配電網通信系統實時接收電流互感器ct採集的通過被保護元件的電流值i和dr數據採集終端採集的dr接入配電網的容量值sdr後，將上述數據傳輸給繼電保護裝置內部預先植入的數據分析模塊，數據分析模塊對接收到的數據進行分析處理，輸出繼電保護裝置動作所需要的邏輯計算電流值給保護裝置內部的cpu，cpu根據內部的軟體算法，將接收到的電流值用於繼電保護裝置動作邏輯運算，根據運算結果，向所保護元件的斷路器發送是否動作的指令，上述信息傳輸如圖3所示。

繼電保護裝置內部存儲器中的數據分析模塊接收到信息接收模塊所傳輸的數據信息後，將實時接收到的dr接入配電網的容量值sdr與繼電保護裝置可靠動作時所允許接入的容量值sdr0進行比較，若sdr≤sdr0，則數據分析模塊將實際接收到的通過所保護元件的電流值i傳輸給繼電保護裝置內部的cpu，用於cpu對繼電保護裝置是否發出動作指令的邏輯計算；若sdr＞sdr0，則數據分析模塊將預先植入的分布式電源接入配電網保護裝置可靠動作時對應的邏輯計算電流值i0傳輸給繼電保護裝置內部的cpu，用於cpu對繼電保護裝置可靠動作的邏輯計算，cpu根據接收到的電流值進行計算後，向所保護元件的斷路器發送動作的指令，上述流程如圖4所示。

以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護範圍內。