一种基于多端差动保护的配网保护方法及系统与流程

本发明属于电力系统继电保护领域，涉及配网线路保护技术，尤其涉及一种考虑分布式光伏接入的配电线路保护方法及系统。

背景技术：

1、架空配电线路(包括架空线与电缆混合线路)保护的配置主要有二级保护、三级保护以及中间分段断路器保护三种情况。

2、1)二级保护配置。其主干线路采用负荷开关分段，分支线路采用负荷开关。第一级保护是变电站线路出口断路器保护(简称线路出口保护或出线保护)，保护配置有两种情况，一种是配置电流i段与iii段保护，再就是将电流i段保护退出运行，配置电流ii段与iii段保护。第二级保护是配电变压器保护。小容量配电变压器(≤800kva)采用跌落式熔断器保护；大容量配电变压器采用断路器保护，一般配置电流i段与iii段保护或反时限过电流保护。

3、二级保护配置较简单，整定与维护方便，但难以兼顾保护动作的选择性与速动性。

4、许多供电企业为出线断路器配置电流i段保护，其电流定值按照继电保护装置运行整定规程给出的躲过线路末端最大短路电流的原则来整定。这样，在电流i段保护区内的配电变压器发生故障时，出线保护可能会越级跳闸，造成停电范围扩大。

5、为解决出线保护无选择性动作的问题，有的供电企业退出了电流i段保护，采用电流ii段保护作为线路相间短路的主保护。但这样又带来了保护动作延时增加，在主变压器出口或近距离(1km以内)故障时，主变压器遭受大短路电流冲击的时间加长的问题。在电流i段保护退出运行后，主变压器二次侧电流保护的动作时限就要比出线电流ii段保护再增加一个时间级差，以防止其在线路出口故障时越级跳闸。如果出线电流ii段保护的时限定值是0.3s，则变压器电流保护的时限定值要在0.6s以上。一旦主变压器二次侧断路器至母线之间的引线或中压母线上发生故障，大短路电流持续时间超过0.6s，可能会造成主变压器损坏。据山东某市供电企业统计，短路电流冲击造成主变压器损坏的比例高达50％以上。南方某省供电企业在退出出线电流i段保护后，接连发生多起主变因大短路电流冲击损坏的事故，后来不得不又将电流i段保护投入。

6、2)三级保护配置。三级保护配置是在二级保护的基础上增加分支线路断路器(简称分支线保护)。三级保护配置的出发点是避免分支线路故障时出线保护越级动作，造成主干线路停电，但前提是出线电流i段保护退出运行，而且分支线路保护要同时实现与上下级保护的配合。

7、在中国，一些供电企业在分支线路上安装带有电流脱扣线圈的柱上断路器作为分支线路保护装置，其整定值与动作特性不能很好地与上级出线保护以及下级配电变压器保护配合，保证不了保护动作的选择性。有的供电企业尽管配置了分支线路保护，但出线断路器却配置了电流i段保护并且按照躲过线路末端最大短路电流来整定，这种情况下出线电流i段保护区往往超过线路全长的70％，在保护区内的分支线路发生故障时，仍会导致出线断路器越级跳闸。

8、另外，在一些工程场景中，分支线路配置了断路器保护但不为其配置自动重合闸，或者分支线路采用熔断器保护并配合出线断路器后加速自动重合闸。上述情况下，当分支线路发生瞬时性故障时也会造成分支线路长时间停电，可能导致整个线路上用户遭受的实际平均停电时间加长。

9、3)采用中间分段断路器保护的配置方案。这种配置方案是在主干线路中间安装配置了电流保护的分段断路器，适用于城市郊区或农村地区一些距离比较长(超过8km)的放射式配电线路，其作用是避免线路远端故障时出线断路器跳闸造成整条线路停电。

10、中间分段断路器保护存在的问题也是电流定值与动作时限的整定不合理，不能很好地与上下级保护配合，保证不了保护动作的选择性；不配置重合闸，在中间分段断路器下游线路发生瞬时性故障时也会造成下游线路长时间停电。

11、4)分布式光伏接入配电网后，在配网线路发生故障时一般先联跳光伏，为线路重合闸或者自愈合闸创造条件。

12、对于新能源接入后的配网差动保护，现有技术包括以下方案：

13、中国专利申请cn202310617622.8，公开了一种有源配电网的多端差动保护方法、装置、终端及存储介质。该方法包括：测量安装处的电流，并将测量的电流转换为第一正序电流d轴分量；接收有源配电网中其他ftu和ttu发送的第二正序电流d轴分量；根据所述第一正序电流d轴分量和所述第二正序电流d轴分量，计算多端差动保护的差动电流和制动电流；根据所述差动电流和所述制动电流进行多端差动保护。

14、专利申请cn202310855681.9，公开了一种自适应多端电流差动保护方法、装置及储存介质，能够在多端弱馈电源型配电网中准确识别保护区域内部故障和外部故障，具有较高的可靠性和灵敏性；并根据故障选取动作量、制动量及制动系数，构造自适应的多端电流差动保护动作判据，不需要为了整定保护定值而进行精确的短路电流计算。

15、但是采用上述技术方案，在分布式新能源接入后，出线开关与分段开关将更难满足保护的选择性与速动性要求，同时不管是新能源上游还是下游故障都容易导致其脱网。

16、为此，本发明提出了基于多端差动保护的配网保护方法，能够基于多端差动保护如何判断新能源上游或者下游故障。采用本方案不仅能提高局部保护的选择性和速动性，同时也能降低了分布式光伏脱网概率，通过判断三侧(包括主干线路上游、主干线路下游以及光伏侧，三侧亦称为三端)区域外故障，降低光伏电源脱网概率，当主干线下游故障时，跳主干线下游开关，光伏电源不脱网；当主干线上游故障时，瞬时联跳光伏侧开关，故障切除后，通过自愈合闸保证光伏电源快速恢复并网；光伏侧故障，延时跳光伏侧开关。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出一种以分布式光伏并网点开关为中心构建多端线路保护区域，区域内以纵联差动为主保护、延时段过流保护为后备保护，区域外以过流保护为后备保护。

2、本发明具体采用以下技术方案：

3、一种基于多端差动保护的配网保护方法，适用于分布式电源接入的配网线路保护系统，其特征在于，所述保护方法包括：

4、以区域多端差动保护为整体记录多端第一时间间隔数据窗的电流和电压；

5、当电流突变量满足电流突变启动元件动作条件或者电压满足低电压启动条件时，保护启动，记录线路三侧第二时间间隔数据窗的故障电流、电压；

6、判断差流与制动电流是否满足动作条件，如果满足条件，定位为区内故障，多端区域内所有开关动作跳闸，否则，判断光伏侧正序电压是否小于设定光伏电压阈值，如果是，则利用多端区域最大负序电流、光伏侧负序电流、各端最大相间电流、光伏侧最大相间电流定位故障发生在主干线上游、主干线下游或者光伏侧；

7、如果定位为主干线上游故障，则瞬时联跳光伏侧开关；如果定位为主干线下游故障，则经延时跳开多端区域下游开关；如果定位为光伏下游故障，则经延时跳开光伏下游开关。

8、本发明进一步包括以下优选方案。

9、区域多端差动保护至少为三端区域，区域中需包含分布式光伏电源，分别记录三侧第一时间间隔数据窗的电流和电压。

10、启动元件包含电流突变启动条件和低电压启动条件，当各端均满足任一动作条件则保护启动：

11、所述电流突变启动条件为，

12、

13、所述低电压启动条件为，

14、uφφmin＜uset，

15、其中，δiφφmax为各端三个相间电流有效值半波积分中的最大值，uφφmin为各端相间电压有效值半波积分中的最小值，δiset为可整定的电流启动固定门坎值，δit为电流启动浮动门坎值，uset为电压启动固定门坎值。

16、δiset取值范围为0.04in～0.5in，浮动门坎δit根据负荷电流的波动自动变化，即当前浮动门坎就是前一时刻负荷电流波动大小；uset取0.85unn，in、unn分别为对应端线路相电流、相间电压的额定值。

17、当区域多端差动保护为三端区域时，按以下判断是否发生多端差动区内故障：

18、

19、为各侧测量相电流，φ对应线路相别，k为比例制动系数。

20、进一步的，所述比例制动系数k＝0.3。

21、进一步的，所述设定光伏正序电压阈值取0.85倍系统侧额定电压值。

22、进一步的，当满足以下任一条件时，定位故障发生在光伏侧：

23、条件1：三端最大负序电流大于负序电流门坎值并且光伏端负序电流同时大于负序电流门坎值；

24、条件2：三端最大负序电流不大于负序电流门坎值，但三端最大相间电流以及光伏侧最大相间电流均大于等于相间电流门坎值。

25、进一步的，当满足以下任一条件时，定位故障发生在主干线下游：

26、条件3：三端最大负序电流大于负序电流门坎值但光伏端负序电流不大于负序电流门坎值；

27、条件4：三端最大负序电流不大于负序电流门坎值，并且三端最大相间电流大于等于相间电流门坎值但光伏侧最大相间电流小于相间电流门坎值。

28、进一步的，当满足以下条件时，定位故障发生在主干线上游：

29、条件5：三端最大负序电流不大于负序电流门坎值，并且三端最大相间电流小于相间电流门坎值。

30、进一步的，负序电流门坎值取值按躲过系统最大负序不平衡电流乘以1.2可靠系数设置。

31、进一步的，相间电流门坎值取值为：

32、iset按照故障时光伏侧提供额定电流的2～2.5倍可靠系数设置。

33、当定位为光伏端发生故障时，并且光伏端满足电流突变启动元件动作条件或者低电压启动条件时，延时跳开光伏端开关，延时时间定值需小于光伏低电压穿越时间。

34、当定位为主干线下游发生故障，延时跳开主干线下游开关，延时时间定值需小于光伏低电压穿越时间。

35、当定位为主干线上游发生故障，瞬时联跳光伏端开关。

36、本技术同时请求保护一种基于前述保护方法的配网输电线路保护系统，包括数据采集单元、保护启动单元、故障范围判断单元；其特征在于：

37、数据采集单元，用于以第一时间间隔循环采集光伏接入的配网线路各侧第一时间间隔的电流、电压；保护启动后，用于以第二时间间隔采集线路各侧的故障电流、故障电压；

38、在所述保护启动单元设置电流突变启动元件，当以第一时间间隔采集的电流突变量大于设定的启动门坎时，或者各侧最小相间电压低于门坎时保护启动；

39、在故障范围判别单元中，按照多端差动比例制动方程判断是否为区内故障，当判断为区内故障时各端开关均跳闸，当判断区外故障时，首先判断光伏侧正序电压是否小于设定的光伏电压阈值，再判断各端最大负序电流是否大于负序电流门坎值、判断光伏端负序电流是否大于负序电流门坎值、判断各端最大相间电流是否小于电流门坎值、判断光伏端最大相间电流是否小于电流门坎值；

40、当三端最大的负序电流不大于负序电流门坎值，并且三端最大相间电流小于电流门坎值，判断主干线上游发生故障；

41、当三端最大的负序电流大于负序电流门坎值，并且光伏端负序电流大于负序电流门坎值，判断光伏端下游发生故障；

42、当三端最大的负序电流不大于负序电流门坎值，三端最大相间电流不小于电流门坎值，并且光伏端最大相间电流不小于电流门坎值，判断光伏侧下游发生故障；

43、当三端最大的负序电流大于负序电流门坎值，并且光伏端负序电流不大于负序电流门坎值，判断主干线下游发生故障；

44、当三端最大负序电流不大于负序电流门坎值，三端最大相间电流不小于电流门坎值，并且光伏端最大相间电流小于电流门坎值，判断主干线下游发生故障；

45、当判断为主干线上游故障时，瞬时联跳光伏侧开关；

46、当判断为主干线下游故障时，延时跳主干线下游开关；

47、当判断为光伏侧故障时，延时跳光伏侧开关。一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据前述基于多端差动保护的配网保护方法。

48、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据前述基于多端差动保护的配网保护方法。

49、本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

50、本发明基于以分布式光伏为基点的多端区域保护，利用多端差动保护选择性与快速性快速区分区内故障与区外故障，当判断为区外故障时，可通过最大相间电流与负序电流区分区外故障方向，并跳相应开关隔离故障。该方法能极大提升分布式光伏接入配网保护的快速性与选择性，同时降低了分布式光伏脱网概率。