[发明专利]适用于多端弱馈电源型配电网的自适应多端电流差动保护方法

权利要求书

1.一种适用于多端弱馈电源型配电网的自适应多端电流差动保护方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

S1、分析多端弱馈电源型配电网中不同位置发生短路故障时多端电流的故障特性

多端弱馈电源型配电网中，PET表示电力电子变压器，LD表示负荷，PV是光伏电站，ESS是储能电站，光伏和储能都属于逆变电源，其等效输出电流模型为：

式中：U_pcc(1)为当前并网点正序相电压有效值；

U_pcc(1).N为额定运行状态下的并网点正序相电压有效值；

I_DGm.N为额定电流幅值；

P_ref.N为额定有功参考值；

P_ref为当前的有功参考值；

是输出电流；

i_d(1)、i_q(1)分别是输出电流正序分量的d、q轴分量；

为的相位；

由式(1)可知，逆变电源故障后输出电流幅值受限、相位受控，当P_ref确定时，逆变电源可等效成受并网点正序电压控制的正序电流源，在限流环节的作用下，无论是正常运行还是系统发生故障时，输出电流的幅值都不会超过1.2I_DGm.N；

逐渐呈现出弱馈电源特征的系统电源的输出故障电流有明显的减小，多点T接接入分布式电源的配电网逐渐演变成多端弱馈电源型配电网；

多端弱馈电源型配电网中，CB为变压器出线断路器，FSW1～FSW3为分段开关，QSW1～QSWn+1为T接分支线路的分支开关，分别为分段开关FSW1、FSW2对应的电流相量，分别为分支开关QSW2～QSWn对应的电流相量；

用P表示一组多端差动保护所涉及到的电流相量集，由相邻的两个分段开关及其两者之间的所有T接线路分支开关对应的电流相量构成，选取P为：

用相量表示集合P所含元素之和：

用表示集合P中幅值最大的电流，即：

用表示集合P中幅值次大的电流，即：

S2、针对步骤S1中集合P对应的多端差动保护，分析保护区域外部故障时多端电流的故障特性

多端弱馈电源型配电网中，保护区域外部发生故障的位置共有三类，第一类位于分段开关FSW1上游处，第二类位于分段开关FSW2下游处，第三类位于分支开关下游处；

第一类故障位置处发生故障时，和都由分布式电源提供，由式(1)可知，和的最大幅值为对应分布式电源额定电流的1.2倍，理论上为之和，其幅值相比于FSW1上游分布式电源输出故障电流叠加上系统等效电源输出的故障电流要小很多，此时所有电流互感器测量误差较小，对测量误差的影响可忽略不计；

第二类故障位置处发生故障时，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为之和，的幅值足以让电流互感器铁心工作处于饱和状态，的测量值与实际值之间的测量误差对测量误差的影响不可忽略；同时，的幅值不大，其测量误差较小，对测量误差的影响可忽略不计；而叠加了的其幅值不小，其测量误差对测量误差的影响也不可忽略，此时，必有一个是而另一个是且在分析电流互感器测量误差对测量误差的影响时仅需考虑的测量误差；

第三类故障位置处发生故障时，设为发生故障的分支线路对应分支开关的电流，其中i＝2,3,...,n，由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，(除外)和都由对应分支开关所在支路的分布式电源所提供，为(除外)和的和，与第二类故障类似，此时，必有一个是而另一个是在分析电流互感器测量误差对测量误差的影响时仅需考虑的测量误差；

用ΔI_max1、ΔI_max2表示的幅值测量误差：

I_max1.测、I_max1.实分别为幅值的测量值和实际值；

I_max2.测、I_max2.实分别为幅值的测量值和实际值；

电流互感器的幅误差不超过10％，角度误差不大于7°，在计及衰减非周期分量的影响时，的最大幅误差分别为Δ^maxI_max1、Δ^maxI_max2，具体如下：

其中：0.1表示电流互感器的幅误差不超过10％；

K_np为非周期分量的影响系数，一般为1.5～2；

用ΔI_Σ表示的幅值误差：

其中：分别为的测量值和实际值；

S3、分析电流互感器测量误差对ΔI_Σ的影响

基于步骤S2中的测量误差，分析电流互感器测量误差对ΔI_Σ的影响，保护区域外部发生故障时，表示即的实际值，表示即的实际值，表示满足α＝7°，表示电流互感器最大角度误差，以I_max1.实-Δ^maxI_max1、I_max1.实+Δ^maxI_max1、I_max2.实-Δ^maxI_max2、I_max2.实+Δ^maxI_max2为半径，以O为圆心画圆弧圆心角都为14°，围成的阴影区域S₁表示存在测量误差的情况下的测量值末端可能位置的集合，围成的阴影区域S₂表示的测量值末端可能位置的集合；

阴影区域S₁中，A₁点和A₂点到A点的距离最大，其距离为：

阴影区域S₁中，A₃点和A₄点到A点的距离次最大，其距离为：

阴影区域S₂中，B₁点和B₂点到B点的距离最大，其距离为：

阴影区域S₂中，B₃点和B₄点到B点的距离次最大，其距离为：

当末端在A₁处，末端在B₃处，并且恰好与同方向时；或者当末端在A₂处，末端在B₄处，并且恰好与同方向时，ΔI_Σ可取得最大值，其最大幅值误差Δ^maxI_Σ为：

考虑到K_np取值1.5～2时，满足：

因此，可认为ΔI_Σ满足：

S4、分析保护区域内部故障时多端电流的故障特性

多端弱馈电源型配电网中，保护区域内部k0处发生故障时，和都由分布式电源所提供，其电流幅值较小，其测量误差对测量误差的影响可忽略不计；由系统电源和分段开关FSW1上游的分布式电源共同提供，其幅值较大，有可能让电流互感器产生较大测量误差，其测量误差对测量误差的影响不可忽略；在保护区域内部发生故障时，的幅值很大，而此时必为且ΔI_Σ仅受测量误差的影响；

S5、构造自适应的多端电流差动保护动作判据

根据上述故障特性分析，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，自适应多端电流差动保护动作判据如下式所示：

其中：I_op是动作；

I_res是制动量；

k_res是制动系数；

k_rel为可靠性系数，一般取1.1～1.3；

K_np同式(7)；

为测得的I_max1.测、I_max2.测分别为测得的I_max1和I_max2；

I_set是保护固定门槛，用于克服线路分布电容电流的影响；

U_N是额定相电压；

B_C是单位长度线路的电纳值；

l_Σ是保护范围内线路长度总和；

当保护区域外部发生故障时，由基尔霍夫定律可知I_op的最大值为Δ^maxI_Σ，在电流互感器的幅误差不超过10％且K_np取2时，其必然满足：

I_max1.测+I_max2.测≥0.8(I_max1.实+I_max2.实)                           (17)

进而在k_rel取1.1～1.3时，其必然满足：

k_relk_resI_res＞Δ^maxI_Σ                                         (18)

因此，保护不会误动作；

S6、分析保护区域内部故障时的动作特性

保护区域内部发生故障时，图5中，表示α为电流互感器的最大角度误差，取α＝7°，为以O为圆心的圆弧，圆心角都为14°，分别以I_max1.实-Δ^maxI_max1和I_max1.实+Δ^maxI_max1为半径，

若用表示与之间的误差相量，阴影区域S表示以A点为首端时其末端可能出现的位置集，都是的可能，都是的可能，以O为圆心的圆，其圆半径r＝k_relk_res(I_max1.测+I_max2.测)+I_set，

当的末端落入圆内，表示区内故障时保护不动作(如)；当的末端落入圆外，表示区内故障时保护动作(如)，当的末端在圆弧上时(如)，的末端是最有可能落入圆内的，并且当所在的直线恰好穿过圆心O时(如)，若要的末端落入圆内，只需

当所在的直线不穿过圆心O时，需要更大的才能使得的末端落入圆内，特殊地，当的末端在圆弧上时，的相位在[173°，187°]的范围内，才可使得所在的直线有可能穿过圆心O；

显然，为保护区内故障时FSW1下游分布式电源输出故障电流之和，为FSW1下游幅值最大的分布式电源故障电流，由此可将式(19)化为

由于K_np取2时，有

0.8(I_max1.实+I_max2.实)≤I_max1.测+I_max2.测≤1.2(I_max1.实+I_max2.实)                (21)

可将的末端落入圆内的条件进一步化为

取k_rel＝1.1，K_np＝2即k_res＝0.3，可将式(22)进一步化为

式(23)表示的幅值，加上I_set和0.396倍的I_max2.实，幅值要大于0.404倍的I_max1，这几乎相当于，保护区域内部发生故障时，I_max1为幅值的2.5倍以下，才可使得保护不能正确动作；由于FSW1上游分布式电源输出故障电流叠加上系统侧等效电源的故障电流还不至于是FSW1下游分布式电源输出故障电流之和的2.5倍以下；分布式电源输出故障电流相位受控，在保护区域内部故障时与I_max1.实的相位差很难达到[173°，187°]的范围内，由此保护的可靠性就能充分得到保证。