[发明专利]一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统配电网电流保护领域，具体涉及一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法。

背景技术

能源危机和环境污染问题迫使人们不断去探索新的可再生清洁能源，加强对风能、太阳能等新能源的开发已成为全人类的共识。目前，风力发电、光伏电池发电等多类型新能源发电技术得到了普遍应用。然而，新能源发电作为分布式电源接入配电网，改变了电网结构，在系统发生故障时，系统继电保护的动作行为将会受到影响。例如，风电场作为一种特殊的分布式电源接入到电力系统中会改变原来的系统结构及潮流分布，特别是由于风速的随机性和波动性，风电场输出的功率也是波动的，并且难以控制。在线路发生故障时，系统电源和风电电源可能同时向故障点提供故障电流。由于风电电源对故障电流的助增或分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大或减小，它将改变传统电流保护的保护范围和灵敏度，导致保护的误动或者拒动。

目前，大多数的配电系统仍然以单电源辐射型结构为主。配电网中的电流保护可以配置为三段式过电流保护或者反时限过电流保护。三段式过电流保护一般配置为电流速断、限时电流速断和过电流保护。但是，电流保护动作的判据普遍没有考虑分布式电源投切、系统运行方式变化及短路类型变化的影响。传统速断电流保护的定值按照系统最大运行方式下线路末端发生三相短路的短路电流整定，整定值为常数，保护的动作范围和灵敏度受系统方式及短路类型变化影响较大，对于含分布式电源电网，故障期间分布式电源提供的短路电流更可能导致电流保护的不可靠动作。

自适应继电保护是在本世纪80年代提出的一个较新的研究课题。自适应电流保护可以定义为根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护，它的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。由于新能源分散式接入的影响，配电线路传统电流保护动作性能将面临挑战，研究新能源分散式接入对配电网传统保护的影响以及开发适用于含分布式电源配电网新原理保护有着重要意义。目前，大多数自适应电流保护装置保护算法中的采样数据仍为故障发生后一个工频周期的滤波数据，无法实现保护定值的实时在线整定。同时，自适应电流保护II段定值大多利用了上级线路保护的整定值，导致保护间配置与配合出现矛盾。

发明内容

为解决上述现有电流保护技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法，有效防止保护的误动或拒动，增强继电保护的可靠性与灵敏性。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自适应分散式电源接入的电流保护系统，包括依次连接的故障启动单元、故障分量提取单元、故障类型识别单元、背侧阻抗实时计算单元以及在线整定与测量判断单元；所述故障启动单元采用三相电流突变量启动算法判断是否发生故障；所述故障分量提取单元提取电流保护安装处电压及电流的故障分量；所述故障类型识别单元利用电流故障分量判断短路类型及相别，用于后续计算；所述背侧阻抗实时计算单元利用电压及电流故障分量的正序分量实时逐点计算电流保护的背侧阻抗；所述在线整定与测量判断单元利用计算的背侧阻抗在线计算速断电流保护整定值并判断保护是否动作。

上述所述的电流保护系统的保护方法，包括如下步骤：

步骤一：故障启动单元利用三相电流突变量启动算法判断故障是否发生，记故障初始时刻为t₀；

三相电流突变量启动算法如下：

式中，k为采样时刻，N为每个工频周期的采样点数；为相电流瞬时值，为相电流突变量，由式(2)可得；为浮动门槛，由式(3)可得；m₁、m₂为可靠系数，取m₁=1.25，m₂=0.06，I_n表示额定电流幅值5A；为A、B、C三种相别；

对于每相电流信号，当累计或连续3个电流突变量采样值超过预设门槛值即式(1)成立时，则判断发生相间短路，保护启动并确定故障时刻t₀；

步骤二：故障分量提取单元提取故障发生后电压、电流的故障分量，具体实现方法如下：

从相间短路故障初始时刻t₀开始，采集一个工频周期的故障电流与故障电压，然后按式(4)、式(5)计算各相电压、电流的故障分量的瞬时值：