首页 / 专利分类库 / 发电、变电或配电 / 紧急保护电路装置 / 一种配电网自适应重合闸方法、装置、介质和设备

一种配电网自适应重合闸方法、装置、介质和设备

申请号 CN202410322425.8 申请日 2024-03-20 公开(公告)号 CN117996677A 公开(公告)日 2024-05-07
申请人 河北工业大学; 发明人 杨彬; 李永建; 韩凯;
摘要 本 发明 公开了一种配 电网 自适应重合闸方法、装置、介质和设备,涉及配电网自动控制技术领域。先根据配电网未发生故障前配电网 断路器 下游接入负荷的功率值和分布式新 能源 的功率值设置重合闸启动的 电压 阈值 ,然后在配电网发生故障后,计算正序电压幅值及其变化率,最后根据正序电压幅值及其变化率对分布式新能源网的脱网和故障状态进行判断,并对应不同的情况基于预设的对应延时重合闸。本发明采用正序电压幅值导数放大电压抬升的特征,有效提升故障清除的检测灵敏度,并设计了正序电压幅值阈值比较和正序电压幅值导数双重判据用于反映电压抬升,可有效避免测量误差和抖动可能导致的误判,无需额外设备注入 信号 ,提高了故障判断的准确性和安全性。
权利要求

1.一种配电网自适应重合闸方法,其特征在于,包括:
获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值
在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率;
判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值:
若否,则确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸;
若是,则根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
2.如权利要求1所述的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,所述根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值,具体包括:
根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压,通过下式计算断路器跳闸至故障清除后配电网预测电压幅值:
根据故障清除后配电网预测电压幅值,通过下式设置重合闸启动的电压阈值:
USet=0.85·UAfter;
其中,UAfter为断路器跳闸至瞬时性故障清除后的配电网预测电压幅值,PRES为分布式新能源供电的供电功率值,PLoad为负荷功率值,K为新能源供电与接入负荷有功功率比值,UN为配电网发生故障前电力系统额定电压幅值,USet为重合闸启动的电压阈值。
3.如权利要求1所述的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,所述通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,具体包括:
通过下式基于快速傅里叶变换提取基波电压分量:
通过下式基于对称法提取正序电压幅值:
其中, 为基于快速傅里叶变换提取所得的基波电压分量,M为进行傅里叶分解的数据点数,u(n)为配电网断路器下游出口处三相电压值, 表示相量逆时针旋转(2π/M)弧度,j表示复数的虚部单位, 为断路器下游出口处正序电压幅值,f为配电网交流频率
4.如权利要求1所述的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,所述计算正序电压幅值的变化率,具体包括:
根据正序电压幅值在采集时间内的变化量,通过下式计算正序电压幅值:
式中,UDer为正序分量正序电压幅值导数计算值,t为采集时刻, 为t时刻断路器下游出口处正序电压幅值。
5.如权利要求1所述的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,所述根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,具体包括:
根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限,通过下式计算故障检测时限:
其中,tLimit为故障检测时限。
6.如权利要求4所述的配电网自适应重合闸方法,其特征在于,判断正序电压幅值是否为正向变化率,具体包括:
判断正序电压幅值导数是否大于预设正向阈值,若是,则确定正序电压幅值为正向变化率,其中,预设正向阈值为5V/ms。
7.一种配电网自适应重合闸装置,其特征在于,包括:
采集模,用于获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值;
计算模块,用于在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率;
判断模块及合闸模块,用于判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值,若否,则则确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸;若是,则根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1~6任一项所述的方法。
9.一种计算机设备,其特征在于,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1~6任一所述的方法。

说明书全文

一种配电网自适应重合闸方法、装置、介质和设备

技术领域

[0001] 本申请涉及配电网自动控制技术领域,特别涉及一种配电网自适应重合闸方法、装置、介质和设备。

背景技术

[0002] 目前,分布式新能源接入下,配电网发生瞬时性故障后,如何可靠判别故障清除并快速合闸恢复供电是需要重点考虑的问题。自动重合闸是实现配网供电快速恢复的重要手段。然而,随着分布式新能源的高比例接入,现行国标要求经10(6)~35kV电压等级并网的分布式新能源具备故障穿越能。这导致保护跳闸后下游新能源可能持续带故障运行,引起重合闸失败、造成系统二次冲击,严重影响配网安全运行。亟需研究适用于高比例新能源配网的新型重合闸方法。
[0003] 现有技术中,针对新能源配网的重合闸改进研究主要分为三类:增长延时整定、增设检无压和自适应重合闸。其中,增长延时整定方法通过与新能源孤岛保护、故障穿越配合,固定地增长重合延时(3s及以上)以规避新能源接入的影响。但该方法耗时过长,即使瞬时性故障也将导致全部新能源脱网,不利于系统快速恢复。增设检无压方法则通过检测电压辨识新能源脱网状态,但无法与三相金属性故障的零压情况进行区分,仍无法解决重合于故障的冲击问题。自适应重合闸是指,在断路器跳闸后首先判断故障状态,如果判别为瞬时性故障且已清除,加速重合闸。否则闭,防止重合于永久性故障。
[0004] 现有自适应重合闸方法主要分为主动注入法和被动检测法两种。其中,基于被动检测的自适应重合闸通过检测跳闸后线路中的自由振荡频率、非故障相感应电流、相电压等信息判断故障状态,但是这些方法均针对配置单相重合闸和振荡时间常数较大的输电线路设计,不适用于配电馈线振荡分量短暂、三相跳闸的情况。而基于主动注入的自适应重合闸利用并网逆变器或外加设备向跳闸后的下游系统注入高频信号、特征电压等判断故障是否清除,该类方法虽适用于配电馈线振荡分量短暂、三相跳闸的情况,但是需额外设备成本投入,且注入信号对电力电子变流器和敏感负荷的安全性存在负面影响。发明内容
[0005] 基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种配电网自适应重合闸方法、装置、介质和设备。
[0006] 本说明书采用下述技术方案:
[0007] 本说明书提供了一种配电网自适应重合闸方法,包括:
[0008] 获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值
[0009] 在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率;
[0010] 判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值:
[0011] 若否,则确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸;
[0012] 若是,则根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
[0013] 可选地,所述根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值,具体包括:
[0014] 根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压,通过下式计算断路器跳闸至故障清除后配电网预测电压幅值:
[0015]
[0016] 根据故障清除后配电网预测电压幅值,通过下式设置重合闸启动的电压阈值:
[0017] USet=0.85·UAfter;
[0018] 其中,UAfter为断路器跳闸至瞬时性故障清除后的配电网预测电压幅值,PRES为分布式新能源供电的供电功率值,PLoad为负荷功率值,K为新能源供电与接入负荷有功功率比值,UN为配电网发生故障前电力系统额定电压幅值,USet为重合闸启动的电压阈值。
[0019] 可选地,所述通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,具体包括:
[0020] 通过下式基于快速傅里叶变换提取基波电压分量:
[0021]
[0022] 通过下式基于对称法提取正序分量电压幅值:
[0023]
[0024] 其中, 为基于快速傅里叶变换提取所得的基波电压分量,M为进行傅里叶分解的数据点数,u(n)为配电网断路器下游出口处三相电压值, 表示相量逆时针旋转(2π/M)弧度,j表示复数的虚部单位, 为断路器下游出口处正序电压幅值,f为配电网交流频率。
[0025] 可选地,所述计算正序电压幅值的变化率,具体包括:
[0026] 根据正序电压幅值在采集时间内的变化量,通过下式计算正序电压幅值:
[0027]
[0028] 式中,UDer为正序分量正序电压幅值导数计算值,t为采集时刻, 为t时刻断路器下游出口处正序电压幅值。
[0029] 可选地,所述根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,具体包括:
[0030] 根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限,通过下式计算故障检测时限:
[0031]
[0032] 其中,tLimit为故障检测时限。
[0033] 可选地,判断正序电压幅值是否为正向变化率,具体包括:
[0034] 判断正序电压幅值导数是否大于预设正向阈值,若是,则确定正序电压幅值为正向变化率,其中,预设正向阈值为5V/ms。
[0035] 本说明书提供了一种配电网自适应重合闸装置,包括:
[0036] 采集模,用于获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值;
[0037] 计算模块,用于在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率;
[0038] 判断模块及合闸模块,用于判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值,若否,则则确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸;若是,则根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
[0039] 本说明书提供了一种计算机可读存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述配电网自适应重合闸方法。
[0040] 本说明书提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述配电网自适应重合闸方法。
[0041] 本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果:
[0042] 先根据配电网未发生故障前配电网断路器下游接入负荷的功率值和分布式新能源的功率值设置重合闸启动的电压阈值,然后在配电网发生故障后,计算正序电压幅值及其变化率,最后根据正序电压幅值及其变化率对分布式新能源网的脱网和故障状态进行判断,并对应不同的情况基于预设的对应延时重合闸。
[0043] 本发明采用正序电压幅值变化率放大电压抬升的特征,有效提升故障清除的检测灵敏度,并设计了正序电压幅值阈值比较和正序电压幅值变化率双重判据用于反映电压抬升,可有效避免测量误差和抖动可能导致的误判,本发明在配电馈线振荡分量短暂、三相跳闸的情况适用,且无需额外设备注入信号,提高了重合闸中故障判断的准确性和安全性。附图说明
[0044] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0045] 图1为本说明书提供的一种配电网自适应重合闸方法流程示意图;
[0046] 图2为本说明书提供的一种分布式新能源接入配网拓扑示意图;
[0047] 图3为本说明书提供的一种断路器下游出口三相电压波形示意图;
[0048] 图4为本说明书提供的一种断路器下游出口正序电压幅值示意图;
[0049] 图5为本说明书提供的一种正序电压幅值导数计算值示意图;
[0050] 图6为本说明书提供的一种配电网自适应重合闸装置示意图;
[0051] 图7为本说明书提供的一种实现配电网自适应重合闸方法的计算机设备示意图。

具体实施方式

[0052] 为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于说明书中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
[0053] 为解决分布式新能源渗透下配电网重合闸盲目投切可能导致系统遭受二次冲击的问题,本发明提出一种基于正序电压幅值导数检测的配电网自适应重合闸方法。在故障发生、断路器跳闸后通过实时测算断路器下游的正序电压幅值及其导数,灵敏检测电压抬升的特征、可靠判别故障清除状态。同时考虑分布式新能源故障穿越时限设计重合延时整定方案,提出适用于高比例新能源配网的自适应重合闸。本发明所提重合闸方法可根据故障检测结果与分布式新能源离/并网情况自适应地缩短重合闸延时,极大程度避免了瞬时性故障后分布式新能源的大量脱网,有利于供电快速恢复。
[0054] 以下结合附图,详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0055] 图1为本说明书中一种配电网自适应重合闸方法流程示意图,具体包括以下步骤:
[0056] S101:获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值。
[0057] 在实际应用中,在配电网发生故障前,业务平台的服务器可定时采集配电网断路器下游接入负荷、分布式新能源的功率值,电力系统如图2所示,图2为本说明书中一种分布式新能源接入配网拓扑示意图,通常以分布式新能源供电为上游,以接入负荷为下游。在配电网发生故障前,服务器可定时获取测点位置检测到的下游接入负荷的负荷功率值和分布式新能源的供电功率值。
[0058] 然后,服务器可根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压,通过下式计算断路器跳闸至故障清除后配电网预测电压幅值:
[0059]
[0060] 式中,UAfter为断路器跳闸至瞬时性故障清除后的配电网预测电压幅值,PRES为分布式新能源供电的供电功率值,PLoad为负荷功率值,K为新能源供电与接入负荷有功功率比值,UN为配电网发生故障前电力系统额定电压幅值。
[0061] 之后,服务器可根据故障清除后配电网预测电压幅值,通过下式设置重合闸启动的电压阈值:
[0062] USet=0.85·UAfter
[0063] 式中,USet为重合闸启动的电压阈值。
[0064] 本说明书中提到的服务器可以是设置于业务平台的服务器,或能执行本说明书方案的诸如台式机、笔记本电脑等设备。为了方便说明,下面仅以服务器为执行主体进行说明。
[0065] S102:在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化(Fast Fourier Transform,FFT)和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率。
[0066] 通过上述得到配电网发生故障前的数据信息并设置重合闸启动的电压阈值后,当配电网发生故障时,服务器可计算正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率。从而通过正序电压幅值和其变化率对故障排除情况进行判断。
[0067] 具体的,在本说明书一个或多个实施例中,服务器可通过下式基于快速傅里叶变换提取基波电压分量:
[0068]
[0069] 通过下式基于对称法提取正序电压幅值计算公式:
[0070]
[0071] a=ej·2πf·120°
[0072] 式中, 是基于快速傅里叶变换提取所得的基波电压分量,M是进行傅里叶分解的数据点数,u(n)为配电网断路器下游出口处三相电压值,可以是测量的离散电压数据,表示相量逆时针旋转(2π/M)弧度,j表示复数的虚部单位, 为断路器下游出口处正序分量电压幅值,f为配电网交流频率。
[0073] 最后,服务器可根据正序电压幅值在采集时间内的变化量,通过下式计算正序电压幅值:
[0074]
[0075] 式中,UDer为正序分量正序电压幅值导数计算值,t为采集时刻, 为t时刻断路器下游出口处正序电压幅值。
[0076] 为反映故障清除时伴随发生的电压抬升特征,本发明提出利用电压幅值导数为正进行数理表征。为适应不同类型故障场景,选择正序分量电压计算导数。正序电压幅值的导数可以更加直观地表征电压抬升特征,对ms级时间进行求导对数值变化特征进行了放大,有助于所提方法更加灵敏地检测到瞬时性故障清除。
[0077] 所说的采集配电网断路器下游出口处三相电压值并进行后续计算,通常并非只进行一次,可以是高频率实时采集,从而在一段时间内对配电网故障排除情况进行判断,以及时对断路器进行重合闸操作。
[0078] S103:判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值。若否,则执行步骤S104,若是,则执行步骤S105。
[0079] S104:确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸。
[0080] S105:根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
[0081] 参考图1的流程,服务器可首先根据步骤S101中的重合闸启动的电压阈值与正序电压幅值的比较判断分布式新能源网是否脱网,当正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值时,则说明新能源供电全部脱离配电网,于是,服务器可在预设的第一延时后重合闸,优选的,这里的第一延时可以是0.3s。
[0082] 若第一时间判断分布式新能源网未全部脱网时,服务器可进一步进行故障清除情况的判断,这里需要先划定故障检测时限。具体的,在本说明书一个或多实施例中,服务器可根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限,通过下式计算故障检测时限:
[0083]
[0084] 式中,tLimit为故障检测时限,“p.u.”表示标幺值,本说明书中的标幺值的基准值可为中压配电网电压等级:10kV。
[0085] 然后,服务器可在故障检测时限内,判断正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据是否同时成立,若是,则说明故障已清除,服务器可在预设的第二延时后重合闸,优选的,这里第二延时可以是0.15s。若否,则可进行下一轮判断直至超出故障时限,若在故障检测时限内上述判据一直都不成立,则说明故障未清除,服务器可在预设的第三延时后重合闸,优选的,这里第三延时可以是2s。
[0086] 当然了,在本说明书一个或多个实施例中,服务器在判断正序电压幅值是否为正向变化率时,可通过下式进行判断:
[0087] UDer>δ
[0088] 式中,δ为零点附近一小值。在判断故障清除后启动重合闸,理论上,当电压抬升、正序电压幅值导数值大于0时即可认为故障清除。为避免电压互感器传变误差影响和零值的不可靠判别,在0附近增设死区。即,判断正序电压幅值导数是否大于预设正向阈值,若是,则确定正序电压幅值为正向变化率,优选的,预设正向阈值可为5V/ms。
[0089] 基于图1所示的配电网自适应重合闸方法,先根据配电网未发生故障前配电网断路器下游接入负荷的功率值和分布式新能源的功率值设置重合闸启动的电压阈值,然后在配电网发生故障后,计算正序电压幅值及其变化率,最后根据正序电压幅值及其变化率对分布式新能源网的脱网和故障状态进行判断,并对应不同的情况基于预设的对应延时重合闸。
[0090] 本发明采用正序电压幅值导数放大电压抬升的特征,有效提升故障清除的检测灵敏度,并设计了正序电压幅值阈值比较和正序电压幅值导数双重判据用于反映电压抬升,可有效避免测量误差和抖动可能导致的误判,具有良好的工程适用性。本发明通过考虑分布式新能源故障穿越时间,融入重合闸延时整定方案,实现重合闸延时根据不同故障情况实时自适应调整,可灵活缩短重合闸延时。本发明可适用于配电馈线振荡分量短暂、三相跳闸的情况,且无需额外设备注入信号,提高了重合闸中故障判断的准确性和安全性。
[0091] 在应用本说明书提供的配电网自适应重合闸方法时,可不根据图1所示的各步骤的顺序执行,具体各步骤的执行顺序可根据需要确定,本说明书对此不做限制。
[0092] 此外,本说明书还提供了应用本说明书提供的配电网自适应重合闸方法的实施例,首先,在PSCAD/EMTDC中搭建如图2所示的含4座100kW的分布式光伏电站接入10kV配电馈线的仿真系统,配电网中接入256kW的负荷,变电站出口断路器配置三段式电流保护,光伏电站均依照国标具备故障穿越能力。自适应重合闸电压测点在断路器下游出口处,电压信号采样频率为10kHz,跳闸后采用20ms窗长移窗FFT计算下游正序电压幅值,根据跳闸后正序电压幅值和正序电压幅值导数计算情况调整重合时间/闭锁指令。在馈线F1处设置不同类型的瞬时性故障(持续70ms)与永久性故障,故障发生后30ms保护动作断路器跳闸。故障类型分别为两相相间故障(AB)、两相接地故障(ABG)、三相故障(ABC)。
[0093] 在模拟故障发生前,采集配电网断路器下游接入的负荷、分布式新能源功率值,利用功率比估算断路器跳闸、故障清除后的配电网电压幅值,电压幅值估算结果如下:
[0094]
[0095] 根据电压幅值估算值计算重合闸启动的电压阈值为:
[0096] USet=0.85·UAfter=0.68UN
[0097] 当模拟故障发生、断路器跳闸后,采集断路器下游出口处三相电压值,通过FFT和对称分量法计算正序电压幅值,对实时测算的正序电压幅值进行求导计算,断路器下游出口处三相电压值、正序电压幅值及其导数计算结果分别如图3、图4和图5所示,图3为本说明书中一种断路器下游出口三相电压波形示意图,图4为本说明书中一种断路器下游出口正序电压幅值示意图,图5为本说明书中一种正序电压幅值导数计算值示意图。
[0098] 接着,进行重合闸启动判别,将正序电压幅值实时测算值与上述所得重合闸启动的电压阈值比较,并且将计算得到的正序电压幅值导数值与较小非零值比较,若正序电压幅值实时测算值高于阈值、且正序电压幅值导数值高于较小非零值,则允许重合闸启动。
[0099] 最后,根据上述记录的实时测算的正序电压幅值,对照分布式新能源故障穿越时间极限设定重合延时时长,在上述启动判据检测满足后控制断路器经延时重合闸。
[0100] 在不同类型瞬时性故障场景下,所提自适应重合闸故障检测时间与重合闸情况如表1所示。其中检测时间从断路器跳闸为零时刻计起。瞬时性故障清除后对应孤岛电压幅值为0.67p.u.,此时故障检测时限为1.55s;对于永久性AB和ABG故障情况,系统正序电压为0.265p.u.,对应故障检测时限为0.75s;三相金属性故障下检测时限为0.2s,在对应时限内未检测到判据认定为永久故障闭锁重合闸。
[0101] 根据表1可知,在断路器跳闸后,所提故障状态检测判据可有效辨别瞬时性/永久性故障。在瞬时性故障情况下,相比目前需2.5~3s时延的工程方法,所提方法可有效缩短重合闸延时在2s以内,瞬时性故障情况则可大大缩短重合时间。尤其对于三相短路故障,所提故障检测判据可在故障清除后14.6ms完成判别,可将重合闸延时缩短至54.6ms。
[0102] 表1不同类型故障下所提自适应重合闸性能
[0103] 故障类型 检测结果 检测时间/ms 重合闸指令AB瞬时故障 检测到故障清除 111.25 0.111s后重合
AB永久故障 时限内未检测到故障清除 / 0.75s后闭锁
ABG瞬时故障 检测到故障清除 111.20 0.111s后重合
ABG永久故障 时限内未检测到故障清除 / 0.75s后闭锁
ABC瞬时故障 检测到故障清除 54.60 0.055s后重合
ABC永久故障 时限内未检测到故障清除 / 0.15s后闭锁
[0104] 以上为本说明书的一个或多个实施例提供的配电网自适应重合闸方法,基于同样的思路,本说明书还提供了相应的配电网自适应重合闸装置,如图6所示。
[0105] 图6为本说明书提供的一种配电网自适应重合闸装置示意图,包括:
[0106] 采集模块201,用于获取无故障情况下分布式新能源供电的供电功率值和配电网断路器下游接入负荷的负荷功率值,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压设置重合闸启动的电压阈值;
[0107] 计算模块202,用于在配电网发生故障且断路器跳闸后,采集配电网断路器下游出口处三相电压值,通过快速傅里叶变化和对称分量法确定断路器下游出口处正序电压幅值,并计算正序电压幅值的变化率;
[0108] 判断模块及合闸模块203,用于判断正序电压幅值是否小于或等于重合闸启动的电压阈值,若否,则则确定分布式新能源供电全部脱离配电网,在第一延时时间后重合闸;若是,则根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限设定故障检测时限,当在故障检测时限内正序电压幅值大于重合闸启动的电压阈值同时正序电压幅值为正向变化率的判据成立时,确定故障已清除并在第二延时时间后重合闸;当在故障检测时限内判据始终不成立时,确定故障未清除并在第三延时时间后重合闸。
[0109] 可选地,所述采集模块201,根据供电功率值和负荷功率值的功率比与电力系统额定电压,通过下式计算断路器跳闸至故障清除后配电网预测电压幅值:
[0110]
[0111] 根据故障清除后配电网预测电压幅值,通过下式设置重合闸启动的电压阈值:
[0112] USet=0.85·UAfter;
[0113] 其中,UAfter为断路器跳闸至瞬时性故障清除后的配电网预测电压幅值,PRES为分布式新能源供电的供电功率值,PLoad为负荷功率值,K为新能源供电与接入负荷有功功率比值,UN为配电网发生故障前电力系统额定电压幅值,USet为重合闸启动的电压阈值。
[0114] 可选地,所述计算模块202,通过下式基于快速傅里叶变换提取基波电压分量:
[0115]
[0116] 通过下式基于对称法提取正序分量电压幅值:
[0117]
[0118] 其中, 为基于快速傅里叶变换提取所得的基波电压分量,M为进行傅里叶分解的数据点数,u(n)为配电网断路器下游出口处三相电压值, 表示相量逆时针旋转(2π/M)弧度,j表示复数的虚部单位, 为断路器下游出口处正序电压幅值,f为配电网交流频率。
[0119] 可选地,所述计算模块202,根据正序电压幅值在采集时间内的变化量,通过下式计算正序电压幅值:
[0120]
[0121] 式中,UDer为正序分量正序电压幅值导数计算值,t为采集时刻, 为t时刻断路器下游出口处正序电压幅值。
[0122] 可选地,所述判断模块及合闸模块203,根据正序电压幅值和分布式新能源故障穿越时间极限,通过下式计算故障检测时限:
[0123]
[0124] 其中,tLimit为故障检测时限。
[0125] 可选地,所述判断模块及合闸模块203,判断正序电压幅值导数是否大于预设正向阈值,若是,则确定正序电压幅值为正向变化率,其中,预设正向阈值为5V/ms。
[0126] 关于配电网自适应重合闸装置的具体限定可以参见上文中对于配电网自适应重合闸方法的限定,在此不再赘述。上述配电网自适应重合闸装置中的各个模块可全部或部分通过软件硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0127] 本说明书还提供了一种计算机可读存储介质,该存储介质存储有计算机程序,计算机程序可用于执行上述图1提供的配电网自适应重合闸方法。
[0128] 本说明书还提供了图7所示的计算机设备的结构示意图,如图7所述,在硬件层面,该计算机设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器,当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行,以实现上述图1提供的配电网自适应重合闸方法。
[0129] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read‑Only Memory,ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)等。
[0130] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
QQ群二维码
意见反馈