[发明专利]一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法

权利要求书

1.一种含逆变型分布式电源的配电网线路分区域保护方法，其特征在于：包括如下步骤：

将包含IIDG配电网系统的线路进行区域划分，得到IIDG上游线路区域、IIDG下游线路区域、IIDG并网线路区域；

将IIDG上游线路区域内线路两端的保护均加装方向元件，分别在IIDG上游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG上游线路区域内保护和方向元件进行整定；

分别在IIDG下游线路区域发生相间短路故障或三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定；

分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定；

所述IIDG上游线路区域为配电网电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域；所述IIDG下游线路区域为IIDG并网母线到末端负荷之间的线路区域；所述IIDG并网线路区域为逆变型分布式电源相邻母线到IIDG并网母线之间的线路区域；

当IIDG上游线路区域发生相间短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：

步骤2.1、根据保护线路末端相间短路故障时的边界条件以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到末端相间短路故障时配电网系统的复合序网，利用复合序网确定IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F¹；

步骤2.2、联立IIDG的故障等效模型F和IIDG的出口电压与输出电流之间的关系式F¹，将配电网系统正常运行时，IIDG的输出电流作为迭代初始值代入关系式F¹，计算出故障发生瞬间IIDG出口电压，将瞬间IIDG出口电压代入故障等效模型F，得到迭代修正后IIDG的输出电流，再将迭代修正后IIDG的输出电流重新代入关系式F¹中进行反复迭代计算，直至第k次与第k-1次并网点正序电压之间的误差满足停止迭代，输出最终迭代的IIDG并网点输出电压和输出电流，其中，分别代表第k次与第k-1次迭代后的并网点正序电压，ε为误差值，根据迭代计算得到的IIDG并网点输出电压和输出电流，计算保护线路末端发生相间短路故障情况下，流过IIDG上游线路区域保护的正序电流；所述故障等效模型F，具体公式如下：

其中，为有功电流和无功电流的参考值，K为比例系数，为故障时IIDG的出口正序电压的幅值，P_ref为IIDG直流侧输出功率，为IIDG的输出电流，I_N为IIDG额定电流、U_N为IIDG额定电压；

步骤2.3、将流过IIDG上游线路区域保护的正序电流乘以可靠系数，得到IIDG上游线路区域保护的保护电流的整定值；

步骤2.4、利用配电网电源等效阻抗以及IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，实时计算保护上游阻抗角以及除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角；

步骤2.5、对于线路配电网电源侧保护的方向元件，保护下游故障为正向故障，保护上游故障为反向故障，因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为正向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为反向灵敏角；对于线路IIDG侧保护的方向元件，保护下游故障为反向故障，保护上游故障为正向故障；因此以保护上游线路阻抗角的反向角作为反向灵敏角，以除IIDG并网线路的保护下游线路阻抗角作为正向灵敏角；

步骤2.6、将正向灵敏角与反向灵敏角的角平分线作为方向元件的动作区域边界进行整定；

当IIDG上游线路区域发生三相短路故障时，IIDG上游线路区域内保护和方向元件的进行整定，具体步骤如下：

步骤3.1、利用故障时保护处的电压对IIDG上游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：

其中，为保护的电流整定值，Z_L为线路的阻抗，K_k为可靠系数，为故障时保护的电压；

步骤3.2、若故障时保护测得的故障电压大于死区电压时，采用正序方向判据作为动作区域边界，正序方向判据公式如下：

其中，为最大灵敏角，即线路阻抗角；和为保护电压和电流的正序分量；

步骤3.3、若故障时保护测得的故障电压小于死区电压时，若保护测得的短路电流大于2倍的IIDG额定电流，故障位于方向元件下游；若短路电流为IIDG额定电流的1.2～1.5倍，故障位于方向元件上游；

当IIDG下游线路区域发生相间短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：

步骤4.1、根据故障前保护的电压与电流实时计算IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，公式如下：

其中，Z_a为负荷等效阻抗，Z_L1为保护下游线路的阻抗，为故障前保护的电压，为故障前保护的电流；

步骤4.2、根据故障后保护的电压和电流的负序分量实时计算IIDG上游线路区域的配电网电源等效阻抗，公式如下：

其中，Z_S为配电网电源等效阻抗，Z_L2为保护上游线路的阻抗，为故障后保护的电压负序分量，为故障后保护的电压负序分量；

步骤4.3、根据配电网电源等效阻抗和IIDG下游线路区域负荷等效阻抗，得到发生相间短路故障时配电网系统的复合序网，由复合序网得到故障时保护下游的正序等效阻抗，从而得到故障时保护正序电压，正序电流和保护下游正序等效阻抗之间的关系式F²，公式如下：

其中，为故障时保护的正序电压，为流过保护的正序电流，为复合序网中保护下游的正序等效阻抗；

步骤4.4、利用关系式F²得到相间短路故障时保护的保护电流的整定公式，通过公式对保护进行整定，整定公式如下：

其中，为保护的正序电流整定值，K_k为可靠系数；

当IIDG下游线路区域发生三相短路故障时，对IIDG下游线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：

步骤5.1：根据故障时保护的电压对IIDG下游线路区域三相短路故障时保护的保护电流进行整定，整定公式如下：

其中，为保护的电流整定值，Z_L为线路的阻抗，K_k为可靠系数，为故障时保护的电压；

分别在IIDG并网线路区域发生区内故障或区外故障时，对IIDG并网线路区域内保护进行整定，具体步骤如下：

步骤6.1、设置IIDG并网线路区域内保护的保护启动判据，当保护满足保护启动判据后启动，保护启动判据公式如下：

其中，和为线路节点m端、n端电流的正序分量，代表线路两端电流正序分量之和；是启动电流门槛；

步骤6.2、保护启动后，如保护满足保护动作判据，则保护动作；保护动作判据公式如下：

其中，K为制动系数。