[发明专利]一种考虑逆变型分布式电源接入的配电网故障区域定位算法

摘要

本发明公开了一种考虑逆变型分布式电源接入的配电网故障区域定位算法，包括如下步骤：(1)建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型；(2)根据配电网中联络开关、断路器等开关器件的分布特点对配电网进行分区处理，使用图论的理论分析方法，建立配电网的图模型，并设定配电网的电流参考方向；(3)利用设定的配电网电流参考方向以及断路器处保护装置上传的故障信息，通过矩阵运算求取故障判断矩阵，实现故障区域的定位。本发明能够满足分布式电源接入，无需动作值整定，具备一定拓扑结构自适应的能力。

主权项

1.一种考虑逆变型分布式电源接入的配电网故障区域定位算法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立恒功率控制方式下逆变型分布式电源故障特性分析模型；根据建立的分布式电源故障特性分析模型，分析故障条件下分布式电源的故障特性；具体为：(11)对逆变型分布式电源模型进行简化；将逆变器直流侧电压近似看作保持恒定，逆变型分布式电源的电流故障特性主要取决于逆变器的控制策略；(12)对恒功率控制方式下逆变型分布式电源进行故障特性分析；逆变器输出功率在dq坐标系下的公式为：其中，P、Q为IIDG输出的有功功率和无功功率；u_gd、u_gq为电网电压的d、q轴分量；i_d、i_q为逆变器输出电流的d、q轴分量；将d轴定向于电网电压矢量时，有：其中，u_g为电网电压矢量幅值；将上述两式联立求解，得到逆变器PQ控制参考电流为：其中，P_ref、Q_ref为IIDG的有功功率参考值和无功功率参考值；i_d.ref、i_q.ref为正常运行时有功电流参考值和无功电流参考值；配电网发生故障时，公共连接点处发生电网电压跌落，逆变型分布式电源需要提供无功电流以保证电网稳定性；无功参考电流i_q.ref.f由采取的低电压穿越特性确定；考虑到分布式电源的逆变器功率元件过流能力有限，设最大输出电流i_max为额定电流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为故障时有功电流参考值和无功电流参考值；(13)分布式电源接入配电网后，当发生短路故障时，系统和逆变型分布式电源同时向故障点注入短路电流，由于分布式电源的助增作用，保护装置处电流值增大，有误动可能，且分布式电源容量越大，保护装置误动可能性越高；同时，故障线路上故障点上游分布式电源提供的短路电流会抬高并网点电压，造成系统流入故障线路的的电流变小；由于分布式电源的分流作用，保护装置处电流值减小，灵敏度降低，有拒动可能，且分布式电源容量越大，保护装置拒动可能性越高；(2)根据配电网中联络开关、断路器开关器件的分布特点对配电网进行分区处理，使用图论的理论分析方法，建立配电网的图模型，并设定配电网的电流参考方向；(3)利用设定的配电网电流参考方向以及断路器处保护装置上传的故障信息，通过矩阵运算求取故障判断矩阵，实现故障区域的定位；具体为：(31)故障方向测量元件是保护中的关键元件，利用工频电压电流的故障分量构成方向元件，作用是判断故障的方向；在DG接入的配电网线路上有发生双向潮流的可能，按照规定的电压、电流正方向，在保护的正方向短路时，保护安装处电压、电流关系为式中，为保护安装处工频故障分量电压、电流；Z_S为保护安装处母线上等效电源的阻抗；在保护的反方向短路时，保护安装处电压、电流关系为式中，Z'_S为为线路阻抗和对侧母线上等效电源阻抗之和；方向元件是比较故障分量电压和故障分量电流在模拟阻抗上Z_r的相位关系，设Z_S、Z'_S及Z_r的阻抗角相等，所以正方向故障时，故障电流方向为正，即考虑各种因素的影响，正方向故障时故障电流方向为正的判据为反方向故障时，功率方向为负，即考虑各种因素的影响，正方向故障时故障电流方向为负的判据为(32)故障信息矩阵的形成；若配电网发生故障前，断路器处电流为正方向，则当故障后电流方向不变且幅值增大时，故障区域为断路器下游区域之一；当故障后电流方向不变且幅值减小或方向改变时，故障区域为断路器上游区域之一；若配电网发生故障前，断路器处电流为负方向，则当故障后电流方向不变且幅值增大时，故障区域为断路器上游区域之一；当故障后电流方向不变且幅值减小或方向改变时，故障区域为断路器下游区域之一；对电流故障分量的方向进行判别，由各断路器处保护装置给出代表故障电流方向的逻辑值，形成故障信息矩阵D_F为：D_F＝[D_F·₁D_F·₂...D_F·_j]^T其中，j为断路器编号，故障信息矩阵D_F中元素作如下定义：(33)故障区域的定位；在发生相间短路故障时，故障点电压大幅下降，非故障区域将以类似电流源的形式向故障区域注入故障电流；定义故障电流方向变量E_j为：E_j＝c_ijD_F·j其中i为区域编号，j为断路器编号；E_j代表断路器j处故障电流方向，若E_j＝1，则故障电流由断路器j流向区域i；若E_j＝‑1，则故障电流由区域i流向断路器j；定义为与区域i相连接的断路器故障电流方向变量和，则保护方案的故障区域判据为：断路器处保护装置中预存有每个区域外围的断路器编号，根据保护判据确定故障区域i后，由保护装置向区域i边界的断路器发送动作信号，完成故障区域的隔离。