一种有源配电网阻抗反时限保护方法及系统与流程

本发明属于电力系统继电保护，尤其涉及一种有源配电网阻抗反时限保护方法及系统。

背景技术：

1、分布式光伏、小水电等分布式电源大规模接入10kv配电网，使传统单电源辐射状配电网转变为多电源的有源配电网。分布式电源在系统发生短路故障时向故障点提供短路电流，改变了配电网短路电流的幅值、流向及分布特征，使基于单电源辐射状结构设计的传统保护方案面临严峻挑战。

2、目前，10kv配电网馈线广泛采用三段式电流保护（瞬时电流速断、限时电流速断、定时限过电流保护）。该方案以电流幅值为判据，存在以下问题：其一，分布式电源对故障电流的助增与分流作用，使各保护安装处的故障电流随分布式电源的接入位置、容量及运行方式大幅变化，保护范围随之伸缩，远端故障灵敏度不足、近端故障可能越级，整定值难以兼顾各种运行方式；其二，三段式电流保护依靠0.3s～0.5s的固定时限级差实现上下级配合，动作时间长，且级差配合在多分段、多分支的有源配电网中难以整定；其三，逆变型分布式电源受电力电子器件限流策略约束，短路电流通常仅为其额定电流的1.2～1.5倍，馈线故障电流进一步弱化，以电流幅值为判据的保护灵敏度严重下降甚至拒动。

3、线路纵联差动保护以两侧电流相量和为判据，具有绝对选择性，但其要求被保护线路两端装设互感器并敷设专用通信通道，且两端采样需严格同步。10kv配电网馈线分段多、t接分支多、线路走廊复杂，若按差动保护改造，需为每个分段、每条分支配置通信与同步对时设备，投资与运维成本极高，难以在配电网大规模推广应用。此外，基于通信的分布式保护、纵联比较式保护同样依赖通道可靠性，通道异常时保护性能显著下降。

4、方向过流保护通过方向元件判别故障方向以适应双端供电，但逆变型分布式电源的弱馈特性使下游侧故障电流过小，方向元件灵敏度不足；且多分布式电源多点接入时故障电流方向复杂，方向判别容易失效。

5、故障分量法是将故障后的电气量分解为故障前正常状态分量与故障附加分量的叠加，通过提取故障附加分量来消除正常运行时负荷电流和分布式电源稳态出力的影响。故障分量阻抗定义为故障分量电压与故障分量电流之比。从理论上讲，故障分量网络是一个除故障点虚拟电源外其余电源均被短路的无源网络，但深入分析可知，在故障分量网络中，系统电源和分布式电源均被等效为其内阻抗，当分布式电源接入故障点与保护安装处之间的线路上时，其内阻抗在故障分量网络中并联于接入点，改变了从保护安装处到故障点的等效阻抗；故障分量电流在各并联支路中的分配比例取决于各支路阻抗比值，并随保护安装位置变化而变化，使故障分量阻抗与距离之间不再是简单的线性或单调关系。因此，故障分量阻抗无法直接作为有源配电网中反时限保护的可靠距离判据。

6、综上，现有保护技术在有源配电网条件下存在整定困难、灵敏度不足、动作时间长、依赖通信通道、建设与推广成本高等缺点，亟需一种不依赖通信、整定简单、动作快速且能适应分布式电源接入的馈线保护新方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种有源配电网阻抗反时限保护方法及系统。该方法以故障分量阻抗作为故障启动判据，以故障时刻的全量测量阻抗作为距离判据，采用上拱特性的阻抗反时限动作方程，全线各开关采用统一整定参数，无需通信通道即可在多分段、多分布式电源接入的馈线上自然形成时间级差，实现故障区段的快速、选择性切除。

2、第一方面，本发明提供一种有源配电网阻抗反时限保护方法，包括：

3、沿线各开关的保护装置实时采集安装处的电压和电流，计算故障分量阻抗，当所述故障分量阻抗满足启动条件时判定发生故障并启动保护，其中，所述故障分量阻抗仅用于启动和故障检测，不作为反时限动作的距离判据；

4、各开关的保护装置预先以统一方式确定整定阻抗，所述整定阻抗按自保护安装处向下游最长连续三个区段的线路阻抗乘以可靠系数整定，使全线各开关采用同一数值的所述整定阻抗；

5、故障启动后，提取故障时刻的全量电压相量和全量电流相量，计算全量测量阻抗，所述全量测量阻抗作为反时限动作的距离判据；

6、根据所述全量测量阻抗和所述整定阻抗，采用上拱特性阻抗反时限方程确定动作时间，其中，所述上拱特性阻抗反时限方程为所述动作时间与所述全量测量阻抗的幂函数关系；

7、当所述全量测量阻抗超出所述整定阻抗时，保护不闭锁，沿用所述上拱特性阻抗反时限方程计算延拓动作时间，所述延拓动作时间不超过预设端点动作时限；

8、各开关的保护装置按所述动作时间独立计时，距故障点最近的开关所测得的全量测量阻抗为所有启动开关中的最小值，所述最小值对应的动作时间为所有启动开关中的最短动作时间，所述最短动作时间对应的开关最先到达动作时间并执行跳闸。

9、第二方面，本发明提供一种有源配电网阻抗反时限保护系统，包括：

10、判定模块，配置为沿线各开关的保护装置实时采集安装处的电压和电流，计算故障分量阻抗，当所述故障分量阻抗满足启动条件时判定发生故障并启动保护，其中，所述故障分量阻抗仅用于启动和故障检测，不作为反时限动作的距离判据；

11、整定模块，配置为各开关的保护装置预先以统一方式确定整定阻抗，所述整定阻抗按自保护安装处向下游最长连续三个区段的线路阻抗乘以可靠系数整定，使全线各开关采用同一数值的所述整定阻抗；

12、提取模块，配置为故障启动后，提取故障时刻的全量电压相量和全量电流相量，计算全量测量阻抗，所述全量测量阻抗作为反时限动作的距离判据；

13、确定模块，配置为根据所述全量测量阻抗和所述整定阻抗，采用上拱特性阻抗反时限方程确定动作时间，其中，所述上拱特性阻抗反时限方程为所述动作时间与所述全量测量阻抗的幂函数关系；

14、计算模块，配置为当所述全量测量阻抗超出所述整定阻抗时，保护不闭锁，沿用所述上拱特性阻抗反时限方程计算延拓动作时间，所述延拓动作时间不超过预设端点动作时限；

15、动作模块，配置为各开关的保护装置按所述动作时间独立计时，距故障点最近的开关所测得的全量测量阻抗为所有启动开关中的最小值，所述最小值对应的动作时间为所有启动开关中的最短动作时间，所述最短动作时间对应的开关最先到达动作时间并执行跳闸。

16、第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的有源配电网阻抗反时限保护方法的步骤。

17、第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的有源配电网阻抗反时限保护方法的步骤。

18、本技术的有源配电网阻抗反时限保护方法及系统，具有以下有益效果：

19、上拱特性使近故障点开关动作时间压缩至0.08s～0.4s，远端开关自动延时，全线各开关无需交换任何信息即形成自然时间级差，同一辐射方向上相邻开关动作时间级差由测量阻抗计算得到，选择性由特性方程本身保证。

20、以故障分量阻抗作为启动判据，故障分量天然剔除正常运行时的负荷电流和分布式电源稳态出力，对故障的敏感度远高于全量电气量，可在故障发生后极短时间内可靠检测故障，不受负荷波动影响，克服了重负荷工况下全量判据门槛难以躲避负荷波动、以及逆变型分布式电源弱馈工况下故障特征弱化的问题。

21、分布式电源助增效应仅使测量阻抗增大、动作时间延后，不改变各开关测量阻抗的远近次序，不会引起保护范围收缩或越级误动，开关可靠动作不受影响；逆变型电源弱馈特性不影响故障分量启动与全量阻抗测量；配合无死区延拓特性，助增超限时保护仍能可靠动作。

22、全线开关共用一套整定参数，整定阻抗按下游最长连续三个区段整定，前两级开关拒动后本级开关仍能可靠动作，仅需线路单位阻抗、区段长度等少量参数即可完成整定，新开关接入或拓扑变化时仅需按三个区段复核一个整定阻抗，大幅降低整定与运维工作量。

23、无死区延拓特性使助增超限或高阻故障仍能按延拓时限动作，延拓段时限不超过0.8s，兼顾了两级拒动的后备要求。

24、保护装置就地安装、独立工作，无需敷设光纤通道、无需同步对时设备，可直接依托一二次融合柱上断路器实现，建设与运维成本远低于差动保护等依赖通信的方案，适于在10kv有源配电网大规模推广应用。

25、各开关故障方向判别结果随动作信号上送，结合线路开关拓扑可在多级开关同跳、多辐射路径开关同跳场景下快速定位故障区间，为集中型馈线自动化的故障隔离与非故障区段转供恢复提供直接依据。