一种含光伏电源配电网的电流保护重新整定方法及系统的制作方法
一种含光伏电源配电网的电流保护重新整定方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及电力技术领域，更具体地说，涉及一种含光伏电源配电网的电流保护 重新整定方法及系统。
【背景技术】
[0002] 光伏电源投入到配电网，使得配网由原来的单电源辐射状变为多电源结构。随着 光伏容量的不断增大，短路电流分布同原来比有很大变化，继电保护装置所面对的故障特 征发生了改变，造成原来的继电保护方案难以适应，进而威胁电网的安全运行。配网中的保 护配置多为电流保护，短路电流分布变化必将影响电流保护的选择性、灵敏性和可靠性，因 此必须对包含光伏电源配电网的电流保护进行重新整定，以保证配电网安全运行。
[0003]目前国内外针对含光伏电源配电网的电流保护整定的方法已做了一些的研宄。文 献《含分布式电源的配电网自适应保护新方法》中将光伏电源看作电流源，利用等效方法将 保护背侧系统等效为戴维南电路，然后求得电流速断保护整定值。该方法用在含众多支路 以及光伏电源时，等效会及其复杂，且影响等效后的戴维南电路的精度，从而影响整定值的 精度，对限时电流速断保护整定时采用了矩阵算法，其本质仍然是求取分支系数，然后与相 邻线路电流速断保护配合整定，整个计算过程及其繁琐，很难大规模推广。文献《含逆变型 分布式电源配电网自适应电流速断保护》中通过求取保护背侧系统的等效电源和系统等效 阻抗，并用求取的等效值修正自适应电流速断保护整定表达式，从而求取相应的电流速断 保护整定值。该方法所提供的计算步骤同样繁琐，不宜在大规模配网中应用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本申请提供一种含光伏电源配电网的电流保护重新整定方法及系统， 以解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问题。
[0005]为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0006]一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法，包括如下步骤：
[0007]获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量；
[0008]根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电源的额定电流；
[0009]根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电网在短路时的电路 丰旲型；
[0010] 利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值；
[0011] 利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进行重新整定。
[0012] 可选的，所述电流保护整定值包括电流速断保护值和限时电流速断保护值。
[0013]可选的，所述利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值， 包括：
[0014]利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏电源配电网的系统电源 阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所述上级线路的电流速断 保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。
[0015] 可选的，所述利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值， 包括：
[0016] 利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额定电流、所述含光伏电 源配电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻抗和第二可靠系数计算所述 光伏电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第三可靠系数为1. 1~1. 2。
[0017] -种含光伏电源配电网的保护电流重新整定系统，包括：
[0018] 获取模块，用于获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量；
[0019] 额定电流计算模块，用于根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述 光伏电源的额定电流；
[0020] 电路模型计算模块，用于根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源 配电网在短路时的电路模型；
[0021] 整定值计算模块，用于利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护 整定值；
[0022] 电流整定模块，用于利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电 流进行重新整定。
[0023] 可选的，所述电流保护整定值包括电流速断保护值和限时电流速断保护值；
[0024] 所述整定值计算模块包括用于计算所述电流速断保护值的第一计算单元和用于 计算所述限时电流速断保护值的第二计算单元。
[0025] 可选的，所述第一计算单元包括：
[0026] 第一上级计算子单元，用于利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含 光伏电源配电网的系统电源阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计 算所述上级线路的电流速断保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。
[0027] 可选的，所述第二计算单元包括：
[0028] 第二上级计算子单元，用于利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系 统额定电流、所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻 抗和第二可靠系数计算所述光伏电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第二可靠系 数为1. 1~1. 2。
[0029] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定方法及系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定 计算公式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和 安装位置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变 换，因此计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁 复的问题。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本申请实施例提供的一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法的 流程图；
[0032] 图2为本申请提供的含光伏电源配电网中某一条线路上含光伏电源结构图；
[0033] 图3为本申请提供的含光伏电源配电网的等值网络图；
[0034] 图4为本申请提供的含光伏电源的分布式配电网示意图；
[0035] 图5为本申请提供的S2末端故障时等效电路图；
[0036] 图6为本申请提供的S5末端故障时等效电路图；
[0037] 图7为本申请提供的55末端故障时等值变换电路图；
[0038] 图8为本申请提供的&末端故障时等值变换电路图。
【具体实施方式】
[0039] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。
[0040] 实施例一
[0041] 图1为本申请实施例提供的一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法的 流程图。
[0042] 对于接入光伏电源的含光伏电源配电网来说，接入的光伏电源改变了原有配电网 原有的辐射状拓扑结构，相应地改变了系统的潮流分布和运行方式，又因为光伏电源的安 装位置和输出容量是多变的且控制策略具有多样性，因此对于具有光伏电源的含光伏电源 配电网的保护电流必须予以重新整定。如图2所示，该图给出了含有光伏电源的含光伏电 源配电网的示意图。针对该含光伏电源配电网进行保护电流的重新整定包括如下步骤：
[0043] S101 :获取光伏电源的安装位置和输出容量。
[0044] 相对于本申请中提到的其他方法，本申请中提供的重新整定方法只需要参考光伏 电源的安装位置和输出容量，取得安装位置后即可得到该光伏电源距离上级变电站的距 离，即上级线路的长度，还可以知道下级线路的长度。
[0045] S102 :计算光伏电源的额定电流。
[0046] 假设系统短路容量为Sk，光伏电源的容量的Spv，光伏电源距离上级变电站距离为 ，下级线路长度为1 2，线路单位长 度阻抗为Z(1。
[0047] 根据系统短路容量可以求得系统电源阻抗Zs:
[0048]
[0049] 其中E为系统母线电压。近似认为光伏母线电压与系统电压相等，则光伏电源输 出额定电流为I N:
[0050]
[0051] S103:根据该额定电流和安装位置确定短路时的电路模型。
[0052] 对图2进行等值网络转换，得到如图3所示的电路模型的示意图。以该图作为进 一步对电流保护整定值进行计算的依据。
[0053] S104 :利用电路模型计算电流保护整定值。
[0054] 电流保护整定值包括电流速断保护值、限时电流速断保护值和过电流保护整定 值。
[0055] (1)电流速断保护值的计算方法。
[0056] 1)保护S1整定方法：
[0057]
[0058] K:是可靠系数，K I = 1. 2 ~1. 3。
[0059] 2)保护S2整定方法：
[0060] S2线路末端发生三相短路时，可以得到此时，系统的等值网络如图4所示，其中，光 伏电源提供的短路电流一般不超过其额定电流的1. 5倍，可以得到光伏电源输出短路电流 乙为：I f= 1. 5 ? I N。由电路理论可知故障点流过的短路电流I :
[0061]
[0062] 其中，Zf z Q ?lpZ2= z Q ?12,Z = zQX (li+D 为线路阻抗。
[0063] 可以得到流过故障点的短路电流为：
[0064]
[0065] 常规配电网S2电流速断保护整定值/12为：
[0066] , 、(1-6)[0067] 分布式配电网下S2整定值/L.2为：
[0068] (1-7)。
[0069] (2)限时电流速断保护值的计算方法。
[0070] 1)保护S1整定方法：
[0071] S2线路末端发生三相短路时，系统提供的短路电流I3为：
[0072]
[0073]则在有光伏电源接入情况下，输电线路的保护整定值/=应该为：
[0074]
[0075] K" 是可靠系数，K" = 1. 1 ~1. 2。[0076] 而常规配电网线路电流保护整定值为：
[0077] , 、 (1-10)
[0078] 由此可以得到光伏并网后电流保护整定值与常规配电网保护整定值之间的关系 为：
[0079] (111)
[0080] 2)保护S2堅定万法：
[0081] S2下级线路末端发生三相短路故障时，整定值计算方法与S2电流速断保护相同。
[0082] (1-12)
[0083] 其中，/=2为常规配电网限时电流速断保护整定值。
[0084] (3)过电流保护整定方法
[0085] 考虑到含光伏电源的配电网电流保护往往配备有方向元件，过电流保护的整定可 以借鉴常规配电网整定方案。
[0086] S105 :利用得到的电流保护整定值进行重新整定。
[0087] 利用上述步骤获得电流保护值整定值对含光伏电源配电网进行重新整定。
[0088] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定方法，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公 式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位 置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此 计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问 题。
[0089] 实施例二
[0090] 以图2所示配电网为例，其中，10kV变电站的短路容量Sk= 200MW，光伏电源PV1 的额定容量SN1= 3. 6MW，PV2的额定容量SN2= 1. 9MW，PV3的额定容量SN3= 1. 4MW;输电 线路均采用JKLYJ-240导线，等效线路参数为Z(l= 0. 35 Q /km，线路长度如图4所示，以保 护2和保护5的整定为例说明电流保护整定值的修正方法。
[0091] (1)不考虑分布式光伏电源情况下电流速断和限时电流速断保护的整定计算
[0092] S2末端发生三相短路时，流过S 2的短路电流：
[0093]
[0094] 因此，民的电流速断保护定值为：
[0095]
[0096] S5末端发生三相短路时，流过S 5的短路电流为：
[0097]
[0098] 因此，35的电流速断保护定值为：[0099]
[0100] 1+mPhT但c 曰口4 由、、志；击 卓估为.
[0101] 祀 …[0102] 计由流逋断保栌宙佶为.
[0103]
[0104] (2)考虑分布式光伏电源情况下电流速断和限时电流速断保护的整定计算
[0105] 1)对S2电流速断保护进行修正。当S2末端发生三相短路时，其等值电路如图5 所示，其中，图中S pvf = 5MW，由公式（1-7)可得：
[0106]
[0107] 2)对\电流速断保护进行修正。当S 5末端发生三相短路时，其等效电路网络如 下图6所示，其中，Spvfl= 5MW，Spvf2= 1. 9丽。对其进行变形，可以得到如图7所示等值电 路，其中，Spvf= SpvflX (Zs+ZQV(Zs+ZQ+Z2)+S pvf2= 4. 21MW，由公式（1-7)可得：
[0108]
[0109] 3)对S2限时电流速断保护进行修正。对图7所示电路图进行等值变换得到图8 等值变换电路图，其中 spvf' = Spvfl-Spvf2XZ5AZ2+Z 5) = 4. 063MW，由公式（1-12)可得：[0110]
[0111] 4)对S5限时电流速断保护进行修正。由公式（1-12)可得：
[0112]
[0113] S2末端故障时，相间短路电流Ibc= 1. 6046kA ;S5末端故障时，相间短路电流Ibc = 1. 0259kA ；
[0114] 下面将6个保护装置的I段和II段保护整定值，I段的保护范围和II段保护灵敏 度展示如下：
[0117] (3)过电流保护的整定计算
[0118] 在不考虑光伏电源时，流过保护S2的负荷电流12 1(^为0. 1726kA，其他负荷电流 如下表所示。下面给出S2的整定方法，根据已有的整定方法可得S2的过电流保护整定值 C为：
[0119]
[0120] 式中：[二是可靠系数，一般采用1.15~1.25,这里取为1.2 ;KSS是自启动系数， 数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定，这里取为1. 3 ;KM是电流继电器的返回系 数，一般采用0. 85~0. 95,这里取为0. 9。
[0121] 以此方法对其他保护装置进行整定，整定结果及其灵敏度如下表所示：
[0122]
[0124] 实施例三
[0125] 对于接入光伏电源的含光伏电源配电网来说，接入的光伏电源改不了原有配电网 原有的辐射状拓扑结构，相应地改变了系统的潮流分布和运行方式，又因为光伏电源的安 装位置和输出容量是多变的且控制策略具有多样性，因此对于具有光伏电源的含光伏电源 配电网的保护电流必须予以重新整定。如图2所示，该图给出了含有光伏电源的含光伏电 源配电网的示意图。针对该含光伏电源配电网进行保护电流的重新整定系统包括获取模 块、额定电流计算模块、电路模型计算模块、整定值计算模块和电流整定模块。
[0126] 获取模块用于获取光伏电源的安装位置和输出容量。
[0127] 相对于本申请中提到的其他方法，本申请中提供的重新整定方法只需要参考光伏 电源的安装位置和输出容量，取得安装位置后即可得到该光伏电源距离上级变电站的距 离，即上级线路的长度，还可以知道下级线路的长度。
[0128] 额定电流计算模块用于计算光伏电源的额定电流。
[0129] 假设系统短路容量为Sk，光伏电源的容量的Spv，光伏电源距离上级变电站距离为 ，下 级线路长度为1 2，线路单位长度阻抗为Z(1。
[0130] 根据系统短路容量可以求得系统电源阻抗Zs:
[0131]
[0132] 其中E为系统母线电压。近似认为光伏母线电压与系统电压相等，则光伏电源输 出额定电流为I N:
[0133]
[0134] 电路模型计算模块用于根据该额定电流和安装位置确定短路时的电路模型。
[0135] 对图2进行等值网络转换，得到如图3所示的电路模型的示意图。以该图作为进 一步对电流保护整定值进行计算的依据。
[0136] 整定值计算模块用于利用电路模型计算电流保护整定值。
[0137] 电流保护整定值包括电流速断保护值、限时电流速断保护值和过电流保护整定 值。本模块包括第一计算单元和第二计算单元。
[0138] 第一计算式单元用于计算电流速断保护值。该单元包括第一上级计算子单元和第 一下级计算子单元。
[0139] 第一上级计算子单元的计算过程为：
[0140]
[0141] L是可靠系数，K I = 1. 2~1. 3。
[0142] 第一下级计算子单元计算保护S2 :
[0143] S2线路末端发生三相短路时，可以得到此时，系统的等值网络如图4所示，其中，光 伏电源提供的短路电流一般不超过其额定电流的1. 5倍，可以得到光伏电源输出短路电流 乙为：I f= 1. 5 ? I N。由电路理论可知故障点流过的短路电流I :
[0144]
[0145]其中，Zf z。? lp Z2= z。? 12, Z =ZqX(li+lj 为线路阻抗。
[0146] 可以得到流过故障点的短路电流为：
[0147]
[0148] 常规配电网S2电流速断保护整定值/L.2为：
[0149]
[0150] 分布式配电网下S2整定值为：
[0151] 〇
[0152] 第二计算单元包括第二上级计算子单元和第二下级计算子单元。
[0153] 第二上级计算子单元的保护S1整定方法：
[0154] S2线路末端发生三相短路时，系统提供的短路电流I 3为：
[0155]
[0156] 则在有光伏电源接入情况下，输电线路的保护整定值/!L应该为：
[0157]
[0158] K" 是可靠系数，K"= 1.1 ~1.2。
[0159] 而常规配电网线路电流保护整定值^^为：
[0160]
[0161] 由此可以得到光伏并网后电流保护整定值与常规配电网保护整定值之间的关系 为：
[0162]
[0163] 第二下级计算子单元保护S2整定方法：
[0164] S2下级线路末端发生三相短路故障时，整定值计算方法与S2电流速断保护相同。
[0165]
[0166] 其中，/12为常规配电网限时电流速断保护整定值。
[0167] 考虑到含光伏电源的配电网电流保护往往配备有方向元件，过电流保护的整定可 以借鉴常规配电网整定方案。
[0168] 电流整定模块利用得到的电流保护整定值进行重新整定。
[0169] 利用上述步骤获得电流保护值整定值对含光伏电源配电网进行重新整定。
[0170] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公 式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位 置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此 计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问 题。
[0171] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上 述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领 域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些 实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量； 根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电源的额定电流； 根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电网在短路时的电路模 型； 利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值； 利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进行重新整定。2. 如权利要求1所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述电流保护整定值包 括电流速断保护值和限时电流速断保护值。3. 如权利要求2所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述利用所述电路模型 计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值，包括： 利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏电源配电网的系统电源阻 抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所述上级线路的电流速断保 护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。4. 如权利要求2所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述利用所述电路模型 计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值，包括： 利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额定电流、所述含光伏电源配 电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻抗和第三可靠系数计算所述光伏 电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第二可靠系数为I. 1~1. 2。5. -种含光伏电源配电网的保护电流重新整定系统，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量； 额定电流计算模块，用于根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电 源的额定电流； 电路模型计算模块，用于根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电 网在短路时的电路模型； 整定值计算模块，用于利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定 值； 电流整定模块，用于利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进 行重新整定。6. 如权利要求5所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述电流保护整定值包 括电流速断保护值和限时电流速断保护值； 所述整定值计算模块包括用于计算所述电流速断保护值的第一计算单元和用于计算 所述限时电流速断保护值的第二计算单元。7. 如权利要求6所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述第一计算单元包括： 第一上级计算子单元，用于利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏 电源配电网的系统电源阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所 述上级线路的电流速断保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。8. 如权利要求6所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述第二计算单元包括： 第二上级计算子单元，用于利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额
【专利摘要】本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法及系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位置，再结合线路相关参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问题。
【IPC分类】H02H7/26, H02H3/08
【公开号】CN104882864
【申请号】CN201510217741
【发明人】王子琦, 苏高峰, 王新铭, 杨忠礼, 宋国兵, 李广超, 黄芳, 杨正颖, 钟高跃, 杨远航, 申全宇
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司新乡供电公司, 西安交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月30日
【技术领域】
[0001] 本申请涉及电力技术领域，更具体地说，涉及一种含光伏电源配电网的电流保护 重新整定方法及系统。
【背景技术】
[0002] 光伏电源投入到配电网，使得配网由原来的单电源辐射状变为多电源结构。随着 光伏容量的不断增大，短路电流分布同原来比有很大变化，继电保护装置所面对的故障特 征发生了改变，造成原来的继电保护方案难以适应，进而威胁电网的安全运行。配网中的保 护配置多为电流保护，短路电流分布变化必将影响电流保护的选择性、灵敏性和可靠性，因 此必须对包含光伏电源配电网的电流保护进行重新整定，以保证配电网安全运行。
[0003]目前国内外针对含光伏电源配电网的电流保护整定的方法已做了一些的研宄。文 献《含分布式电源的配电网自适应保护新方法》中将光伏电源看作电流源，利用等效方法将 保护背侧系统等效为戴维南电路，然后求得电流速断保护整定值。该方法用在含众多支路 以及光伏电源时，等效会及其复杂，且影响等效后的戴维南电路的精度，从而影响整定值的 精度，对限时电流速断保护整定时采用了矩阵算法，其本质仍然是求取分支系数，然后与相 邻线路电流速断保护配合整定，整个计算过程及其繁琐，很难大规模推广。文献《含逆变型 分布式电源配电网自适应电流速断保护》中通过求取保护背侧系统的等效电源和系统等效 阻抗，并用求取的等效值修正自适应电流速断保护整定表达式，从而求取相应的电流速断 保护整定值。该方法所提供的计算步骤同样繁琐，不宜在大规模配网中应用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本申请提供一种含光伏电源配电网的电流保护重新整定方法及系统， 以解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问题。
[0005]为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0006]一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法，包括如下步骤：
[0007]获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量；
[0008]根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电源的额定电流；
[0009]根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电网在短路时的电路 丰旲型；
[0010] 利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值；
[0011] 利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进行重新整定。
[0012] 可选的，所述电流保护整定值包括电流速断保护值和限时电流速断保护值。
[0013]可选的，所述利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值， 包括：
[0014]利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏电源配电网的系统电源 阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所述上级线路的电流速断 保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。
[0015] 可选的，所述利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值， 包括：
[0016] 利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额定电流、所述含光伏电 源配电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻抗和第二可靠系数计算所述 光伏电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第三可靠系数为1. 1~1. 2。
[0017] -种含光伏电源配电网的保护电流重新整定系统，包括：
[0018] 获取模块，用于获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量；
[0019] 额定电流计算模块，用于根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述 光伏电源的额定电流；
[0020] 电路模型计算模块，用于根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源 配电网在短路时的电路模型；
[0021] 整定值计算模块，用于利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护 整定值；
[0022] 电流整定模块，用于利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电 流进行重新整定。
[0023] 可选的，所述电流保护整定值包括电流速断保护值和限时电流速断保护值；
[0024] 所述整定值计算模块包括用于计算所述电流速断保护值的第一计算单元和用于 计算所述限时电流速断保护值的第二计算单元。
[0025] 可选的，所述第一计算单元包括：
[0026] 第一上级计算子单元，用于利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含 光伏电源配电网的系统电源阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计 算所述上级线路的电流速断保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。
[0027] 可选的，所述第二计算单元包括：
[0028] 第二上级计算子单元，用于利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系 统额定电流、所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻 抗和第二可靠系数计算所述光伏电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第二可靠系 数为1. 1~1. 2。
[0029] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定方法及系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定 计算公式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和 安装位置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变 换，因此计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁 复的问题。
【附图说明】
[0030] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0031] 图1为本申请实施例提供的一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法的 流程图；
[0032] 图2为本申请提供的含光伏电源配电网中某一条线路上含光伏电源结构图；
[0033] 图3为本申请提供的含光伏电源配电网的等值网络图；
[0034] 图4为本申请提供的含光伏电源的分布式配电网示意图；
[0035] 图5为本申请提供的S2末端故障时等效电路图；
[0036] 图6为本申请提供的S5末端故障时等效电路图；
[0037] 图7为本申请提供的55末端故障时等值变换电路图；
[0038] 图8为本申请提供的&末端故障时等值变换电路图。
【具体实施方式】
[0039] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。
[0040] 实施例一
[0041] 图1为本申请实施例提供的一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法的 流程图。
[0042] 对于接入光伏电源的含光伏电源配电网来说，接入的光伏电源改变了原有配电网 原有的辐射状拓扑结构，相应地改变了系统的潮流分布和运行方式，又因为光伏电源的安 装位置和输出容量是多变的且控制策略具有多样性，因此对于具有光伏电源的含光伏电源 配电网的保护电流必须予以重新整定。如图2所示，该图给出了含有光伏电源的含光伏电 源配电网的示意图。针对该含光伏电源配电网进行保护电流的重新整定包括如下步骤：
[0043] S101 :获取光伏电源的安装位置和输出容量。
[0044] 相对于本申请中提到的其他方法，本申请中提供的重新整定方法只需要参考光伏 电源的安装位置和输出容量，取得安装位置后即可得到该光伏电源距离上级变电站的距 离，即上级线路的长度，还可以知道下级线路的长度。
[0045] S102 :计算光伏电源的额定电流。
[0046] 假设系统短路容量为Sk，光伏电源的容量的Spv，光伏电源距离上级变电站距离为 ，下级线路长度为1 2，线路单位长 度阻抗为Z(1。
[0047] 根据系统短路容量可以求得系统电源阻抗Zs:
[0048]
[0049] 其中E为系统母线电压。近似认为光伏母线电压与系统电压相等，则光伏电源输 出额定电流为I N:
[0050]
[0051] S103:根据该额定电流和安装位置确定短路时的电路模型。
[0052] 对图2进行等值网络转换，得到如图3所示的电路模型的示意图。以该图作为进 一步对电流保护整定值进行计算的依据。
[0053] S104 :利用电路模型计算电流保护整定值。
[0054] 电流保护整定值包括电流速断保护值、限时电流速断保护值和过电流保护整定 值。
[0055] (1)电流速断保护值的计算方法。
[0056] 1)保护S1整定方法：
[0057]
[0058] K:是可靠系数，K I = 1. 2 ~1. 3。
[0059] 2)保护S2整定方法：
[0060] S2线路末端发生三相短路时，可以得到此时，系统的等值网络如图4所示，其中，光 伏电源提供的短路电流一般不超过其额定电流的1. 5倍，可以得到光伏电源输出短路电流 乙为：I f= 1. 5 ? I N。由电路理论可知故障点流过的短路电流I :
[0061]
[0062] 其中，Zf z Q ?lpZ2= z Q ?12,Z = zQX (li+D 为线路阻抗。
[0063] 可以得到流过故障点的短路电流为：
[0064]
[0065] 常规配电网S2电流速断保护整定值/12为：
[0066] , 、(1-6)[0067] 分布式配电网下S2整定值/L.2为：
[0068] (1-7)。
[0069] (2)限时电流速断保护值的计算方法。
[0070] 1)保护S1整定方法：
[0071] S2线路末端发生三相短路时，系统提供的短路电流I3为：
[0072]
[0073]则在有光伏电源接入情况下，输电线路的保护整定值/=应该为：
[0074]
[0075] K" 是可靠系数，K" = 1. 1 ~1. 2。[0076] 而常规配电网线路电流保护整定值为：
[0077] , 、 (1-10)
[0078] 由此可以得到光伏并网后电流保护整定值与常规配电网保护整定值之间的关系 为：
[0079] (111)
[0080] 2)保护S2堅定万法：
[0081] S2下级线路末端发生三相短路故障时，整定值计算方法与S2电流速断保护相同。
[0082] (1-12)
[0083] 其中，/=2为常规配电网限时电流速断保护整定值。
[0084] (3)过电流保护整定方法
[0085] 考虑到含光伏电源的配电网电流保护往往配备有方向元件，过电流保护的整定可 以借鉴常规配电网整定方案。
[0086] S105 :利用得到的电流保护整定值进行重新整定。
[0087] 利用上述步骤获得电流保护值整定值对含光伏电源配电网进行重新整定。
[0088] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定方法，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公 式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位 置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此 计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问 题。
[0089] 实施例二
[0090] 以图2所示配电网为例，其中，10kV变电站的短路容量Sk= 200MW，光伏电源PV1 的额定容量SN1= 3. 6MW，PV2的额定容量SN2= 1. 9MW，PV3的额定容量SN3= 1. 4MW;输电 线路均采用JKLYJ-240导线，等效线路参数为Z(l= 0. 35 Q /km，线路长度如图4所示，以保 护2和保护5的整定为例说明电流保护整定值的修正方法。
[0091] (1)不考虑分布式光伏电源情况下电流速断和限时电流速断保护的整定计算
[0092] S2末端发生三相短路时，流过S 2的短路电流：
[0093]
[0094] 因此，民的电流速断保护定值为：
[0095]
[0096] S5末端发生三相短路时，流过S 5的短路电流为：
[0097]
[0098] 因此，35的电流速断保护定值为：[0099]
[0100] 1+mPhT但c 曰口4 由、、志；击 卓估为.
[0101] 祀 …[0102] 计由流逋断保栌宙佶为.
[0103]
[0104] (2)考虑分布式光伏电源情况下电流速断和限时电流速断保护的整定计算
[0105] 1)对S2电流速断保护进行修正。当S2末端发生三相短路时，其等值电路如图5 所示，其中，图中S pvf = 5MW，由公式（1-7)可得：
[0106]
[0107] 2)对\电流速断保护进行修正。当S 5末端发生三相短路时，其等效电路网络如 下图6所示，其中，Spvfl= 5MW，Spvf2= 1. 9丽。对其进行变形，可以得到如图7所示等值电 路，其中，Spvf= SpvflX (Zs+ZQV(Zs+ZQ+Z2)+S pvf2= 4. 21MW，由公式（1-7)可得：
[0108]
[0109] 3)对S2限时电流速断保护进行修正。对图7所示电路图进行等值变换得到图8 等值变换电路图，其中 spvf' = Spvfl-Spvf2XZ5AZ2+Z 5) = 4. 063MW，由公式（1-12)可得：[0110]
[0111] 4)对S5限时电流速断保护进行修正。由公式（1-12)可得：
[0112]
[0113] S2末端故障时，相间短路电流Ibc= 1. 6046kA ;S5末端故障时，相间短路电流Ibc = 1. 0259kA ；
[0114] 下面将6个保护装置的I段和II段保护整定值，I段的保护范围和II段保护灵敏 度展示如下：
[0117] (3)过电流保护的整定计算
[0118] 在不考虑光伏电源时，流过保护S2的负荷电流12 1(^为0. 1726kA，其他负荷电流 如下表所示。下面给出S2的整定方法，根据已有的整定方法可得S2的过电流保护整定值 C为：
[0119]
[0120] 式中：[二是可靠系数，一般采用1.15~1.25,这里取为1.2 ;KSS是自启动系数， 数值大于1，应由网络具体接线和负荷性质确定，这里取为1. 3 ;KM是电流继电器的返回系 数，一般采用0. 85~0. 95,这里取为0. 9。
[0121] 以此方法对其他保护装置进行整定，整定结果及其灵敏度如下表所示：
[0122]
[0124] 实施例三
[0125] 对于接入光伏电源的含光伏电源配电网来说，接入的光伏电源改不了原有配电网 原有的辐射状拓扑结构，相应地改变了系统的潮流分布和运行方式，又因为光伏电源的安 装位置和输出容量是多变的且控制策略具有多样性，因此对于具有光伏电源的含光伏电源 配电网的保护电流必须予以重新整定。如图2所示，该图给出了含有光伏电源的含光伏电 源配电网的示意图。针对该含光伏电源配电网进行保护电流的重新整定系统包括获取模 块、额定电流计算模块、电路模型计算模块、整定值计算模块和电流整定模块。
[0126] 获取模块用于获取光伏电源的安装位置和输出容量。
[0127] 相对于本申请中提到的其他方法，本申请中提供的重新整定方法只需要参考光伏 电源的安装位置和输出容量，取得安装位置后即可得到该光伏电源距离上级变电站的距 离，即上级线路的长度，还可以知道下级线路的长度。
[0128] 额定电流计算模块用于计算光伏电源的额定电流。
[0129] 假设系统短路容量为Sk，光伏电源的容量的Spv，光伏电源距离上级变电站距离为 ，下 级线路长度为1 2，线路单位长度阻抗为Z(1。
[0130] 根据系统短路容量可以求得系统电源阻抗Zs:
[0131]
[0132] 其中E为系统母线电压。近似认为光伏母线电压与系统电压相等，则光伏电源输 出额定电流为I N:
[0133]
[0134] 电路模型计算模块用于根据该额定电流和安装位置确定短路时的电路模型。
[0135] 对图2进行等值网络转换，得到如图3所示的电路模型的示意图。以该图作为进 一步对电流保护整定值进行计算的依据。
[0136] 整定值计算模块用于利用电路模型计算电流保护整定值。
[0137] 电流保护整定值包括电流速断保护值、限时电流速断保护值和过电流保护整定 值。本模块包括第一计算单元和第二计算单元。
[0138] 第一计算式单元用于计算电流速断保护值。该单元包括第一上级计算子单元和第 一下级计算子单元。
[0139] 第一上级计算子单元的计算过程为：
[0140]
[0141] L是可靠系数，K I = 1. 2~1. 3。
[0142] 第一下级计算子单元计算保护S2 :
[0143] S2线路末端发生三相短路时，可以得到此时，系统的等值网络如图4所示，其中，光 伏电源提供的短路电流一般不超过其额定电流的1. 5倍，可以得到光伏电源输出短路电流 乙为：I f= 1. 5 ? I N。由电路理论可知故障点流过的短路电流I :
[0144]
[0145]其中，Zf z。? lp Z2= z。? 12, Z =ZqX(li+lj 为线路阻抗。
[0146] 可以得到流过故障点的短路电流为：
[0147]
[0148] 常规配电网S2电流速断保护整定值/L.2为：
[0149]
[0150] 分布式配电网下S2整定值为：
[0151] 〇
[0152] 第二计算单元包括第二上级计算子单元和第二下级计算子单元。
[0153] 第二上级计算子单元的保护S1整定方法：
[0154] S2线路末端发生三相短路时，系统提供的短路电流I 3为：
[0155]
[0156] 则在有光伏电源接入情况下，输电线路的保护整定值/!L应该为：
[0157]
[0158] K" 是可靠系数，K"= 1.1 ~1.2。
[0159] 而常规配电网线路电流保护整定值^^为：
[0160]
[0161] 由此可以得到光伏并网后电流保护整定值与常规配电网保护整定值之间的关系 为：
[0162]
[0163] 第二下级计算子单元保护S2整定方法：
[0164] S2下级线路末端发生三相短路故障时，整定值计算方法与S2电流速断保护相同。
[0165]
[0166] 其中，/12为常规配电网限时电流速断保护整定值。
[0167] 考虑到含光伏电源的配电网电流保护往往配备有方向元件，过电流保护的整定可 以借鉴常规配电网整定方案。
[0168] 电流整定模块利用得到的电流保护整定值进行重新整定。
[0169] 利用上述步骤获得电流保护值整定值对含光伏电源配电网进行重新整定。
[0170] 从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新 整定系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公 式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位 置，再结合相关线路参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此 计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问 题。
[0171] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上 述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领 域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些 实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量； 根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电源的额定电流； 根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电网在短路时的电路模 型； 利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值； 利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进行重新整定。2. 如权利要求1所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述电流保护整定值包 括电流速断保护值和限时电流速断保护值。3. 如权利要求2所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述利用所述电路模型 计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值，包括： 利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏电源配电网的系统电源阻 抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所述上级线路的电流速断保 护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。4. 如权利要求2所述的保护电流重新整定方法，其特征在于，所述利用所述电路模型 计算相对于常规配电网的新的电流保护整定值，包括： 利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额定电流、所述含光伏电源配 电网的系统母线电压、所述光伏电源的下级线路的线路阻抗和第三可靠系数计算所述光伏 电源的上级线路的限时电流速断保护值，所述第二可靠系数为I. 1~1. 2。5. -种含光伏电源配电网的保护电流重新整定系统，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取所述含光伏电源配电网的光伏电源的安装位置和输出容量； 额定电流计算模块，用于根据所述输出容量与预设的保护策略确定短路时所述光伏电 源的额定电流； 电路模型计算模块，用于根据所述额定电流与所述安装位置确定所述含光伏电源配电 网在短路时的电路模型； 整定值计算模块，用于利用所述电路模型计算相对于常规配电网的新的电流保护整定 值； 电流整定模块，用于利用所述电流保护整定值对所述含光伏电源配电网的保护电流进 行重新整定。6. 如权利要求5所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述电流保护整定值包 括电流速断保护值和限时电流速断保护值； 所述整定值计算模块包括用于计算所述电流速断保护值的第一计算单元和用于计算 所述限时电流速断保护值的第二计算单元。7. 如权利要求6所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述第一计算单元包括： 第一上级计算子单元，用于利用所述含光伏电源配电网的系统母线电压、所述含光伏 电源配电网的系统电源阻抗、所述光伏电源的上级线路的线路阻抗和第一可靠系数计算所 述上级线路的电流速断保护值，所述第一可靠系数为1. 2~1. 3。8. 如权利要求6所述的保护电流重新整定系统，其特征在于，所述第二计算单元包括： 第二上级计算子单元，用于利用所述光伏电源的下级线路的末端发生短路时的系统额
【专利摘要】本申请提供了一种含光伏电源配电网的保护电流重新整定方法及系统，本申请在整定时充分考虑了光伏电源的输出容量和安装位置，并在整定计算公式中仅体现光伏容量和安装位置这两个变量。因此只要给出光伏电源的安装容量和安装位置，再结合线路相关参数便可计算出相应的电流保护整定值，而无需经过复杂的变换，因此计算较为简单便捷，具有很强的移植性，能够解决现有的重新整定方法计算较为繁复的问题。
【IPC分类】H02H7/26, H02H3/08
【公开号】CN104882864
【申请号】CN201510217741
【发明人】王子琦, 苏高峰, 王新铭, 杨忠礼, 宋国兵, 李广超, 黄芳, 杨正颖, 钟高跃, 杨远航, 申全宇
【申请人】国家电网公司, 国网河南省电力公司新乡供电公司, 西安交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月30日
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