[發(fā)明專利]一種考慮逆變型分布式電源接入的配電網(wǎng)故障區(qū)域定位算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810023179.0
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108173249B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳在軍;湯拓;朱瑪;閆志坤;楊才明;裘愉濤;金乃正;范文超;高仁棟;章立宗;李勇;劉永新;凌光;秦建松;張金鵬;壽鎧
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G06Q50/06;G01R31/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種考慮逆變型分布式電源接入的配電網(wǎng)故障區(qū)域定位算法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)建立恒功率控制方式下逆變型分布式電源故障特性分析模型；根據(jù)建立的分布式電源故障特性分析模型，分析故障條件下分布式電源的故障特性；具體為：

(11)對逆變型分布式電源模型進(jìn)行簡化；將逆變器直流側(cè)電壓近似看作保持恒定，逆變型分布式電源的電流故障特性主要取決于逆變器的控制策略；

(12)對恒功率控制方式下逆變型分布式電源進(jìn)行故障特性分析；逆變器輸出功率在dq坐標(biāo)系下的公式為：

其中，P、Q為IIDG輸出的有功功率和無功功率；u_gd、u_gq為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量；i_d、i_q為逆變器輸出電流的d、q軸分量；

將d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量時，有：

其中，u_g為電網(wǎng)電壓矢量幅值；

將上述兩式聯(lián)立求解，得到逆變器PQ控制參考電流為：

其中，P_ref、Q_ref為IIDG的有功功率參考值和無功功率參考值；i_d.ref、i_q.ref為正常運行時有功電流參考值和無功電流參考值；

配電網(wǎng)發(fā)生故障時，公共連接點處發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落，逆變型分布式電源需要提供無功電流以保證電網(wǎng)穩(wěn)定性；無功參考電流i_q.ref.f由采取的低電壓穿越特性確定；考慮到分布式電源的逆變器功率元件過流能力有限，設(shè)最大輸出電流i_max為額定電流i_n的α(1.2≤α≤1.5)倍，即i_max＝αi_n，于是有：

其中，i_d.ref.f、i_q.ref.f為故障時有功電流參考值和無功電流參考值；

(13)分布式電源接入配電網(wǎng)后，當(dāng)發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)和逆變型分布式電源同時向故障點注入短路電流，由于分布式電源的助增作用，保護(hù)裝置處電流值增大，有誤動可能，且分布式電源容量越大，保護(hù)裝置誤動可能性越高；同時，故障線路上故障點上游分布式電源提供的短路電流會抬高并網(wǎng)點電壓，造成系統(tǒng)流入故障線路的的電流變小；由于分布式電源的分流作用，保護(hù)裝置處電流值減小，靈敏度降低，有拒動可能，且分布式電源容量越大，保護(hù)裝置拒動可能性越高；

(2)根據(jù)配電網(wǎng)中聯(lián)絡(luò)開關(guān)、斷路器開關(guān)器件的分布特點對配電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)處理，使用圖論的理論分析方法，建立配電網(wǎng)的圖模型，并設(shè)定配電網(wǎng)的電流參考方向；

(3)利用設(shè)定的配電網(wǎng)電流參考方向以及斷路器處保護(hù)裝置上傳的故障信息，通過矩陣運算求取故障判斷矩陣，實現(xiàn)故障區(qū)域的定位；具體為：

(31)故障方向測量元件是保護(hù)中的關(guān)鍵元件，利用工頻電壓電流的故障分量構(gòu)成方向元件，作用是判斷故障的方向；在DG接入的配電網(wǎng)線路上有發(fā)生雙向潮流的可能，按照規(guī)定的電壓、電流正方向，在保護(hù)的正方向短路時，保護(hù)安裝處電壓、電流關(guān)系為

式中，為保護(hù)安裝處工頻故障分量電壓、電流；Z_S為保護(hù)安裝處母線上等效電源的阻抗；

在保護(hù)的反方向短路時，保護(hù)安裝處電壓、電流關(guān)系為

式中，Z'_S為為線路阻抗和對側(cè)母線上等效電源阻抗之和；

方向元件是比較故障分量電壓和故障分量電流在模擬阻抗上Z_r的相位關(guān)系，設(shè)Z_S、Z'_S及Z_r的阻抗角相等，所以正方向故障時，故障電流方向為正，即

考慮各種因素的影響，正方向故障時故障電流方向為正的判據(jù)為

反方向故障時，功率方向為負(fù)，即

考慮各種因素的影響，正方向故障時故障電流方向為負(fù)的判據(jù)為

(32)故障信息矩陣的形成；若配電網(wǎng)發(fā)生故障前，斷路器處電流為正方向，則當(dāng)故障后電流方向不變且幅值增大時，故障區(qū)域為斷路器下游區(qū)域之一；當(dāng)故障后電流方向不變且幅值減小或方向改變時，故障區(qū)域為斷路器上游區(qū)域之一；若配電網(wǎng)發(fā)生故障前，斷路器處電流為負(fù)方向，則當(dāng)故障后電流方向不變且幅值增大時，故障區(qū)域為斷路器上游區(qū)域之一；當(dāng)故障后電流方向不變且幅值減小或方向改變時，故障區(qū)域為斷路器下游區(qū)域之一；

對電流故障分量的方向進(jìn)行判別，由各斷路器處保護(hù)裝置給出代表故障電流方向的邏輯值，形成故障信息矩陣D_F為：

D_F＝[D_F·₁D_F·₂...D_F·_j]^T

其中，j為斷路器編號，故障信息矩陣D_F中元素作如下定義：

(33)故障區(qū)域的定位；在發(fā)生相間短路故障時，故障點電壓大幅下降，非故障區(qū)域?qū)⒁灶愃齐娏髟吹男问较蚬收蠀^(qū)域注入故障電流；

定義故障電流方向變量E_j為：

E_j＝c_ijD_F·j

其中i為區(qū)域編號，j為斷路器編號；

E_j代表斷路器j處故障電流方向，若E_j＝1，則故障電流由斷路器j流向區(qū)域i；若E_j＝-1，則故障電流由區(qū)域i流向斷路器j；

定義為與區(qū)域i相連接的斷路器故障電流方向變量和，則保護(hù)方案的故障區(qū)域判據(jù)為：

斷路器處保護(hù)裝置中預(yù)存有每個區(qū)域外圍的斷路器編號，根據(jù)保護(hù)判據(jù)確定故障區(qū)域i后，由保護(hù)裝置向區(qū)域i邊界的斷路器發(fā)送動作信號，完成故障區(qū)域的隔離。

2.如權(quán)利要求1所述的考慮逆變型分布式電源接入的配電網(wǎng)故障區(qū)域定位算法，其特征在于，步驟(2)具體為：

(21)在配電網(wǎng)區(qū)域中，將各斷路器之間的線路作為保護(hù)子區(qū)域，即保護(hù)子區(qū)域內(nèi)不再包含斷路器，將斷路器作為兩個保護(hù)單位之間的連接通路，從而將配電網(wǎng)劃分成若干保護(hù)子區(qū)域；

(22)設(shè)定流過斷路器的電流參考方向；相鄰保護(hù)子區(qū)域之間流過斷路器的電流方向可任意設(shè)定，采用關(guān)聯(lián)矩陣的方式對上述電流參考方向加以描述，關(guān)聯(lián)矩陣元素c_ij可作如下定義：

其中，關(guān)聯(lián)矩陣的i行元素為區(qū)域i與各斷路器之間的位置關(guān)系；同理，關(guān)聯(lián)矩陣的i列元素為斷路器i與各保護(hù)區(qū)域之間的位置關(guān)系。