CN115000924B - 用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法及装置,包括:获取线路两侧的电压相量和电流相量;基于线路两侧的电流相量,确定线路的差动电流;基于线路两侧的电压相量,确定线路的电压相量和;根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳;根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据。解决新能源接入后短路电流受限导致故障识别灵敏度不足的技术难题,提高保护应对可控并联电抗或串补电容等新型设备接入的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域,具体涉及一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法及装置。
背景技术
随着大规模新能源及电力电子接入电网,现有保护面临灵敏度下降和新型电力设备接入后保护适应性不足的两大难题。
现有交流系统中的线路保护广泛采用的配置方案为,以电流差动保护作为主保护,以距离保护作为后备保护。
针对电流差动保护,随着新型电力系统中新能源的大规模接入,受新能源电源故障后控制系统策略的影响,故障电流表现出幅值受限的特征,新能源侧故障特征弱化,通过故障电流特征识别故障的电流差动保护原理灵敏度大幅降低。此外,对于新能源经柔直交流汇集线路送出的场景,其交流出线故障具有汲出特性,区内故障时线路两侧电流呈现区外故障特征,严重影响电流差动保护的动作性能。
针对距离保护,由于新能源电源及柔直系统的控制策略会对距离保护的动作特性造成影响,导致现有的距离保护可能出现拒动或误动。
上述情况导致现有保护不能适应,甚至会出现保护不正确动作,不能及时切除故障,从而影响系统稳定。目前大规模新能源集中送出电网已出现多起交流汇集线路继电保护装置灵敏度下降的问题。针对现有保护灵敏度与可靠性不足的问题,亟需研究适应高比例新能源接入的线路保护原理,快速准确识别新型电力系统故障。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法,包括:
获取线路两侧的电压相量和电流相量;
基于线路两侧的电流相量,确定线路的差动电流;基于线路两侧的电压相量,确定线路的电压相量和;
根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳;
根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据。
进一步的,在获取线路两侧的电压相量和电流值相量的步骤之前,还包括:
进一步的,获取线路两侧的电压相量和电流值相量,包括:
进一步的,基于线路两侧的电流相量,确定线路的差动电流,所述差动电流的表达式为:
进一步的,根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳,包括:
对差动电流的表达式进行变换,得到如下的差动电流的表达式:
根据所述差动电流与电压相量和的关系,确定线路对地导纳表达式为:
进一步的,根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据,包括:
构建线路导纳保护判据如下:
进一步的,在构建线路导纳保护动作判据的步骤之后,还包括:
将待判别的线路的对地导纳的幅值或相位的变化量,代入线路导纳保护动作判据,当任意一个线路导纳保护动作判据成立时,则导纳保护动作,具体的为:
本发明同时提供一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建装置,包括:
相量值获取单元,用于获取线路两侧的电压相量和电流值相量;
差动电流和电压相量和确定单元,用于基于线路两侧的电流相量,确定线路的差动电流;基于线路两侧的电压相量,确定线路的电压相量和;
导纳计算单元,用于根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳;
判据构建单元,用于根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据。
进一步的,还包括:
进一步的,还包括:
保护动作单元,用于将待判别的线路的对地导纳的幅值或相位的变化量,代入线路导纳保护动作判据,当任意一个线路导纳保护动作判据成立时,则导纳保护动作,具体的为:
本发明提供一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法及装置,针对高比例新能源接入系统的线路保护灵敏度与适应性降低的问题,提出利用线路导纳参数的变化识别故障的线路导纳保护原理。由于导纳参数为设备固有参数,因此该保护原理不受系统运行方式和电源故障特性的影响,在故障电流幅值受限或相位改变时,仍能通过区内区外故障时导纳参数性质的变化识别故障,解决了现有电流差动保护灵敏度受电源故障特性影响的难题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法的流程示意图;
图2是本发明实施例涉及的线路导纳模型;
图3是本发明实施例涉及的导纳保护动作区;
图4是本发明实施例涉及的导纳保护动作逻辑图;
图5是本发明实施例涉及的高比例新能源接入场景;
图6是本发明实施例涉及的高比例新能源接入场景导纳保护动作结果;
图7是本发明实施例涉及的新能源经柔直送出场景;
图8是本发明实施例涉及的新能源经柔直孤岛模式送出交流线路故障线路导纳保护动作结果;
图9是本发明实施例涉及的安装可控并联电抗器和串补电容的线路;
图10是本发明实施例涉及的可控电抗器100%投入区内故障线路导纳保护动作结果;
图11是本发明实施例涉及的可控电抗器67%投入区内故障线路导纳保护动作结果;
图12是本发明实施例涉及的安装串补电容的线路区内故障线路导纳保护动作结果;
图13是本发明实施例涉及的常规电源接入场景系统图;
图14是本发明实施例涉及的区内故障线路导纳保护动作结果;
图15是本发明实施例涉及的区外故障线路导纳保护动作结果;
图16是本发明实施例涉及的正常运行线路导纳保护动作结果;
图17是本发明实施例提供的一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建的结构示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
图1是本发明实施例提供的一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法的流程示意图,下面结合图1对本发明提供的方法进行详细说明。
步骤S101,获取线路两侧的电压相量和电流相量。
步骤S102,基于线路两侧的电流相量值,确定线路的差动电流;基于线路两侧的电压相量,确定线路的电压相量和。
线路的差动电流的表达式为:
步骤S103,根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳。
根据线路差动电流与线路两侧电压相量和的关系,对差动电流的表达式进行变换,得到如下的差动电流的表达式:
线路对地导纳模型如图2所示,根据所述差动电流与电压相量和的关系,确定线路对地导纳表达式为:
步骤S104,根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据。
利用线路对地导纳在区内区外故障时的幅值和相位的显著差异,构建线路导纳保护动作判据。
系统正常运行或发生区外故障时,线路对地导纳反映线路的对地电容,幅值小于1mS,相位呈容性。
发生区内故障时,线路对地导纳反映电导(过渡电阻倒数)与电纳(对地容抗的倒数)的并联,幅值大于100mS,相位呈感性或阻容性。
即线路故障前后,对地导纳的幅值和相位均发生显著变化。
构建线路导纳保护判据如下:
将待判别的线路的对地导纳代入线路导纳保护动作判据,当任意一个线路导纳保护动作判据成立时,则导纳保护动作,具体的为:
线路导纳保护无需人工整定,保护判据中的定值均可固化在保护装置中。关键定值整定方法如下:
通过上述关键定值整定方法,图3中的阴影部分为区外故障,剩余部分为区内故障。
故障后线路对地导纳进入动作区,则导纳保护动作。导纳保护动作逻辑图4所示。
实施例2
下面选择了以下几种场景,验证线路导纳保护的可靠性。
1、高比例新能源接入场景
高比例新能源接入场景为海上风电经海缆送出,海缆发生区内CN单相接地故障,系统电压等级为220kV。系统图如图5所示,导纳保护动作结果如图6所示,图中非阴影部分为动作区,A相对地导纳和B相对地导纳不进入动作区,C相对地导纳在5ms进入动作区。线路导纳保护可靠动作。
2、新能源经柔直送出场景
新能源经柔直送出场景为新能源经柔直孤岛模式送出,即新能源接入比例为100%,交流出线发生区内AB相间故障。系统图如图7所示,导纳保护动作结果如图8所示,图中非阴影部分为动作区,A相对地导纳在3.33ms进入动作区,B相对地导纳在2.5ms进入动作区,C相对地导纳不进入动作区。线路导纳保护可靠动作。
3、电力电子设备接入的场景
(1)安装可控并联电抗的交流线路
安装可控并联电抗器的线路,系统图如图9所示,图中串补电容不投入,当可控电抗器为100%投入时,发生线路区内AN单相接地故障,如图10所示,图中非阴影部分为动作区,A相对地导纳在1.67ms进入动作区,B相对地导纳和C相对地导纳不进入动作区。
当可控电抗器为67%投入时,发生线路区内AN单相接地故障,如图11所示,图中非阴影部分为动作区,对地导纳在1.67ms进入动作区。
(2)安装串补电容的交流线路
安装串补电容的线路,系统图如图9所示,串补电容投入,发生线路区内AN单相接地故障,如图12所示,图中非阴影部分为动作区,A相对地导纳在1.67ms进入动作区,B相对地导纳和C相对地导纳不进入动作区。
4、常规电源接入场景
常规电源接入的场景为线路两侧的电源均为常规电源,系统图如图13所示,分别对线路区内故障,区外故障和正常运行的情况进行讨论。
(1)区内故障
线路区内发生AN单相接地故障,线路导纳保护的动作情况如图14所示。图中非阴影部分为动作区,A相对地导纳在1.67ms进入动作区,B相对地导纳和C相对地导纳不进入动作区。
(2)区外故障
当线路发生线路外部故障时,线路导纳保护的动作情况如图15所示,图中非阴影部分为动作区,对地导纳始终在阴影部分,保护不动作。
(3)正常运行
当常规输电线路正常运行时,线路导纳保护的动作情况如图16所示,图中非阴影部分为动作区,对地导纳始终在阴影部分,保护不动作。
实施例3
基于同一发明构思,本发明同时提供一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建装置17,如图17所示,包括:
相量值获取单元170,用于获取线路两侧的电压相量和电流值相量;
差动电流和电压相量和确定单元171,用于基于线路两侧的电流相量,确定线路的差动电流;基于线路两侧的电压相量,确定线路的电压相量和;
导纳计算单元172,用于根据所述差动电流与电压相量和的关系,计算线路对地导纳;
判据构建单元173,用于根据线路在发生故障前后,所述线路对地导纳的幅值和相位的变化特性,构建线路导纳保护动作判据。
进一步的,还包括:
进一步的,还包括:
保护动作单元,用于将待判别的线路的对地导纳的幅值或相位的变化量,代入线路导纳保护动作判据,当任意一个线路导纳保护动作判据成立时,则导纳保护动作,具体的为:
本发明提供了一种用于高比例新能源系统的线路导纳保护判据构建方法及装置,其保护故障识别能力强,动作速度快,定值无需进行人工整定,便于装置实现,可应用于不同电压等级的线路,无需补偿电容电流,不受汲出特性影响,不受系统运行方式和电源故障特性的影响,能够适应电力系统大量新能源及电力电子设备接入的情况。解决新能源接入后短路电流受限导致故障识别灵敏度不足的技术难题,提高保护应对可控并联电抗或串补电容等新型设备接入的可靠性,为新型电力系统稳定性提供支撑,为大规模清洁能源消纳创造了条件,具有极高的实践价值和广泛的应用前景。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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