一种基于配网WAMS的波动性新能源电网电流保护方法及装置

本发明涉及一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护方法及装置，属于电力系统继电保护领域。

背景技术：

1、目前，电力的生产仍然高度依赖化石燃料，不仅消耗大量不可再生资源，而且对环境造成污染破坏。基于此背景，可再生、无污染、环境友好型的新能源发电受到各方青睐，分布式新能源电源占比高已成为新型电力系统的重要特征。

2、新能源电源的输出具有较强的非线性自控特性，同时与其和短路点间的电气距离有关。因此，分布式新能源发电并网的波动性造成电网故障信息的模糊，同时导致电网运行状态多变且不可预测。因此，基于分布式新能源电源并网波动性的新型电力系统的实时运行状态对电流保护定值进行实时修正的需求十分迫切。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护方法及装置，可有效解决由于并网新能源电源比例不断增加以及电网运行状态难以预测而导致的分段式电流保护定值整定困难的问题。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护方法，包括以下步骤：

4、对新型电力系统进行故障电流成分占比初值和保护定值初值的计算，得到故障电流成分占比初值和保护定值初值；新型电力系统含有分布式新能源电源和传统发电机；

5、实时获取传统发电机短路电流与新能源电源短路电流；

6、获取线路实际短路电流的测量值；

7、根据所述传统发电机短路电流与新能源电源短路电流，对所述线路实际短路电流的测量值进行在线实时归并，得到本线保护安装处的发电机提供的短路电流与新能源电源提供的短路电流的占比；

8、基于故障电流成分占比初值和保护定值初值，根据故障线路的短路电流成分占比，实时修正保护定值。

9、进一步的，对新型电力系统进行故障电流成分占比初值和保护定值初值的计算，包括：

10、传统发电机模型中，线路电流保护分为ⅰ段保护、ⅱ段保护、ⅲ段保护；

11、电路系统中设有三条母线a,b,c，母线之间线路分别为ab,bc,cd；三条母线之间设有保护1、保护2和保护3；

12、利用传统发电机的电力系统短路模型，对保护安装处故障电流成分占比初值k0和电流ι段保护定值进行整定：

13、

14、

15、上式中，为当bc段出口处发生短路时，各传统发电机提供的短路电流，e为各传统发电机内电势，z为各传统发电机内阻抗；zab为线路ab全长阻抗；为当bc段出口处发生短路时，各新能源电源提供的短路电流；为短路故障时，新能源提供的短路电流与额定电流的比值；in为新能源电源额定电流。

16、

17、

18、上式中，为当bc段出口处发生短路时，各传统发电机提供的短路电流的总和，为当bc段出口处发生短路时，各新能源电源提供的短路电流的总和。

19、

20、

21、上式中，k0为故障电流成分占比初值，即新型电力系统保护安装处传统发电机提供的短路电流和新能源电源提供的短路电流占比初值，为电流ι段保护定值，为保护1ι段保护可靠系数。

22、利用传统发电机的电力系统短路模型，对电流ιι段保护定值进行整定：

23、

24、

25、上式中，为当cd段出口处发生短路时，各传统发电机提供的短路电流；zab、zbc分别为线路ab、bc全长阻抗；为当cd段出口处发生短路时，各新能源电源提供的短路电流；

26、

27、

28、上式中，为当cd段出口处发生短路时，各传统发电机提供的短路电流的总和，为当cd段出口处发生短路时，各新能源电源提供的短路电流的总和。

29、

30、上式中，为电流ιι段保护定值，为保护1ιι段保护可靠系数，为保护2ι段保护可靠系数。

31、对电流ιιι段保护定值进行整定：

32、

33、

34、上式中，为各新能源电源最大负荷电流的总和；il.max为线路最大负荷电流，包括新能源电源提供的负荷电流；为保护1ιιι段保护可靠系数；kre.1为电流继电器返回系数；kss为自启动系数。

35、系统初始状态下，系统电流保护初值为

36、进一步的，取1.2～1.5；

37、取1.1-1.2。

38、取1.1-1.2。

39、取1.1-1.2；

40、kre.1为0.85-0.95；

41、kss大于1。

42、进一步的，实时获得传统发电机短路电流与新能源电源短路电流，包括：

43、通过配网wams，实时获得传统发电机短路电流与新能源电源短路电流：

44、

45、

46、上式中，为传统发电机实时短路电流测量值之和，为各传统发电机实时短路电流测量值。为新能源电源实时短路电流测量值之和，为各新能源电源实时短路电流测量值。

47、进一步的，获取线路实际短路电流的测量值，包括：

48、通过保护装置获得线路实际短路电流i测量值。

49、进一步的，对所述线路实际短路电流的测量值进行在线实时归并，得到本线保护安装处的发电机提供的短路电流与新能源电源提供的短路电流的占比，包括：

50、为保证两部分短路电流测量值之和等于线路实际短路电流测量值i，即令i1+i2＝i，对与进行修正，分别乘以修正系数n：

51、

52、

53、

54、上式中，i1、i2为修正后传统发电机实时提供的短路电流实际值和修正后新能源电源实时提供的短路电流实际值。

55、此时保护安装处的故障电流成分占比k为：

56、

57、进一步的，根据故障线路的短路电流成分占比，实时修正保护定值，包括：根据故障电流实际值i1、i2的比例关系，对电流保护定值进行实时修改：系统初始状态下，系统电流保护初值为

58、若-δε＜k-k0＜δε，则保护定值不变，沿用系统初始状态下的电流保护定值初值，其中δε为误差限，可根据系统实际进行设定。

59、若k-k0＞δε，则代表相比于初始状态，发电机容量占比大，限流特性减弱，此时流经保护安装处的短路电流比初始条件下更大，对保护定值初值就行正向修正，即

60、iset＝iset(0)+δiset  (20)

61、

62、上式中，iset(0)为初始条件下设定的电流保护定值，δiset为根据实际系统所选取的保护定值修正量，krel为可靠系数，为保护对应的新能源电源提供的短路电流的总和。

63、对应分段式电流保护，即：

64、

65、

66、

67、

68、

69、

70、若k-k0＜-δε，则代表相比于初始状态，发电机容量占比小，限流特性增强，此时流经保护安装处的短路电流比初始条件下更小，对保护定值初值就行反向修正：

71、iset＝iset(0)+δiset  (28)

72、

73、对应分段式电流保护，即：

74、

75、

76、

77、

78、

79、

80、进一步的，krel取1.1-1.2。

81、进一步的，实时修正定值后，根据修正后的定值，按照传统三段式电流保护进行保护动作判定。

82、进一步的，根据修正后的定值，按照传统三段式电流保护进行保护动作判定，：

83、若实际短路电流测量值i大于本条线路电流保护ⅰ段动作整定值，则该短路故障位于本条线路电流保护ⅰ段保护范围，相应保护动作；否则(即小于本条线路电流保护ⅰ段动作整定值)，本线电流保护i段不动作。

84、若实际短路电流测量值i大于本线路电流保护ⅱ段整定值，则本线电流保护ii段保护开始计时；若计时时刻到来之前，实际短路电流测量值i降到足够低，说明故障发生在下一条线路上，并且已经由下一条线路的电流保护i段切除；若计时时刻到来后，实际短路电流测量值i仍然维持大于本线路电流保护ⅱ段整定值，说明故障发生在本线或者下一条线路保护拒动，因此由本线电流保护ii段切除故障，实现本线路的全线保护以及下一条线出口的后备保护。

85、上述所有线路的电流保护i段和电流保护ii段依次构成完整的保护范围。

86、另外，需设置电流保护ⅲ段，其动作整定值为一般额定电流的1.5倍-2倍左右。若实际短路电流测量值i大于电流保护ⅲ段整定值，则开始计时；若到达计时时间后电流仍超标，说明故障或过负荷仍存在，因此跳闸；若到达计时时间前实际短路电流测量值i小于电流保护ⅲ段整定值，说明故障或过负荷已消失，则返回。由于电源的非线性较强，导致各条线路的电流保护iii段动作整定值差别不大，此时可以采取不同的延时时间，即下一条线延时时间小于上一条线一个时间延时δt，实现不同线路电流保护iii段的依次动作。

87、第二方面，本发明提供一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护装置，包括：

88、初值计算模块：用于对新型电力系统进行故障电流成分占比初值和保护定值初值的计算，得到故障电流成分占比初值和保护定值初值；

89、实时电流量测模块：用于实时获取传统发电机短路电流与新能源电源短路电流；

90、短路电流量测模块：用于获取线路实际短路电流的测量值；

91、故障电流成分比计算模块：用于根据所述传统发电机短路电流与新能源电源短路电流，对所述线路实际短路电流的测量值进行在线实时归并，得到本线保护安装处的发电机提供的短路电流与新能源电源提供的短路电流的占比；

92、修正模块：用于基于故障电流成分占比初值和保护定值初值，根据故障线路的短路电流成分占比，实时修正保护定值。

93、第三方面，本发明提供一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护装置，包括处理器及存储介质；

94、所述存储介质用于存储指令；

95、所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述方法的步骤。

96、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

97、1、本发明提出的一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护方法及装置，可解决由于新能源电源占比逐渐升高，导致系统故障特性减弱以及电网运行状态难以预测，从而导致分段式电流保护定值整定困难、保护难以准确动作的问题。

98、2、本发明提出一种波动性新能源电网电流保护总体方法与硬件架构；并通过配网wams实时获取远方的电流信息，通过在线的统计与矫正方法，得到本线保护安装处的故障电流成分占比；

99、3、本发明的本线保护安装处的发电机提供短路电力与新能源电源提供短路电流占比，按照定性的性质确定修正方向，再按照比例关系进行修正定值。

100、4、本发明所提出的一种基于配网wams的波动性新能源电网电流保护方法及装置，能够充分利用现有电力线路继电保护装置，不需额外安装硬件设备，只需在软件层面进行功能拓展，电力系统的建设成本与运行成本大幅降低。