一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法及系统

本发明涉及一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法及系统，属于微电网继电保护领域。

背景技术：

1、大力推动新能源在电力系统的应用具有重要意义。而在提高分布式电源渗透率、提高供电可靠性、保障偏远地区稳定供电、满足特殊电力用户供电需求等诸多方面，因微电网具有大电网无可比拟的优势，因此微电网的应用越来越被人们所青睐。

2、然而，微电网在网络形态、输出特性、空间特征等方面和大电网有着显著差异，使得应用于大电网的传统保护方法难以在微电网中直接应用。微电网内部发生短路故障后，现有微电网的保护方案大致可分为两种。一种是保持其处于并网模式，即保持微电网和大电网的连接。通过利用来自大电网的具有明显故障特征的短路电流量，实现微电网内部故障的有选择性识别，但来自大电网的幅值足够高的短路电流会对微电网内部电力电子设备的运行安全造成极大威胁。

3、另一种是保持其处于孤岛模式，即断开微电网和大电网的连接。因微电网内部含有的大量新能源电源通常会在故障后保持限幅输出，一般为额定电流的1.2-1.5倍，其限幅后的短路电流能保证微电网内部电力电子设备的运行安全，但无法为继电保护的动作提供足够明显的故障特征量。

4、此外，微电网范围较小，使得各电气设备间的电气距离较短，进而导致线路不同点间故障下的短路电流变化较小，因此大电网中广泛应用的电流保护将难以继续适用于微电网。

5、因此，微电网在网络形态、运行模式、空间特征等方面和大电网的显著差异，使得应用于大电网的传统保护方法难以在微电网中直接应用。如何兼顾微电网继电保护故障特征需要、内部电力电子设备运行安全以及微电网的独特特征等因素，设计一种针对微电网的继电保护方法，是当前微电网继电保护领域亟需解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法及系统，通过在大电网和微电网的连接处配置限流式电力电子开关，并参照传统三段式过电流保护方法，在微电网内部配备电流量启动的三段式低电压保护方法，可实现微电网内部故障有选择性切除和微电网运行安全的兼顾，有效提升地区供电的可靠性。

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，本发明提供了一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法，基于配备在微电网和大电网连接处的限流式电力电子开关，包括：

4、采集微电网和大电网连接处的电流；

5、若微电网和大电网连接处的电流小于限定值，则限流式电力电子开关处于零阻抗状态，不动作；

6、若微电网和大电网连接处的电流大于限定值，则限流式电力电子开关处于高阻抗状态，进入限流状态，对来自电网侧短路电流进行约束。

7、进一步的，所述限定值为在pcc点设置的限流式电力电子开关所限制流过的最大短路电流值，取为3-5倍线路额定电流。

8、进一步的，所述方法还包括：

9、在微电网内部配备三段式低电压保护。

10、进一步的，在微电网内部配备三段式低电压保护，包括：

11、进行三段式低电压保护定值整定；

12、基于整定后的三段式低电压保护定值，进行三段式低电压保护。

13、进一步的，进行三段式低电压保护定值整定的方法为：

14、保护1的低电压保护ⅰ段的动作电压值必须小于在母线b上发生短路时的母线a处残余电压，则保护1的低电压保护ⅰ段动作整定值为

15、

16、式中，is表示故障前大电网向微电网输送的正常电流；i1表示故障前流经保护1的正常电流；k1表示在pcc点设置的限流式电力电子开关的限幅倍数；k2表示故障后接于母线a的新能源电源限幅倍数；zab为母线a、b间线路的全长阻抗；为保护1低电压ⅰ段保护的可靠性配合系数；

17、保护1的低电压保护ⅱ段与下一条线的低电压保护ⅰ段配合，则保护1的低电压保护ⅱ段动作整定值为：

18、

19、式中，为保护1低电压ⅱ段保护的可靠性配合系数；为下一条线路保护2的低电压保护ⅰ段动作整定值。

20、保护1的低电压ⅲ段保护针对过负荷整定，须小于最大负荷时母线a处的残余电压，则保护1的低电压ⅲ段保护动作整定值为：

21、

22、式中，为保护1低电压ⅲ段保护的可靠性配合系数；il.max为线路上可能出现的过负荷电流；zbc为母线b、c间线路的全长阻抗；zcd为母线c、d间线路的全长阻抗。

23、进一步的，

24、k1取3-5；

25、k2取1.2-1.5；

26、取0.8-0.9；

27、取0.8-0.9；

28、取0.8-0.9。

29、进一步的，基于整定后的三段式低电压保护定值，进行三段式低电压保护，包括：

30、步骤a：测量保护安装处的电流，得到电流测量值；

31、步骤b：如果电流测量值大于保护启动值，则测量母线残余电压，否则跳转步骤a；

32、步骤c：若母线残余电压小于本条线路低电压i段保护动作定值，则该短路故障位于本条线路低电压ⅰ段保护范围，相应保护动作；否则，本线低电压i段保护不动作，跳转步骤d。

33、步骤d：若母线残余电压小于本线路低电压ii段保护定值，则本线低电压ii段保护开始计时；若计时时刻到来之前，母线残余电压升高至额定值附近，跳转步骤a；若计时时刻到来后，母线残余电压仍然维持小于本线路低电压ⅱ段保护定值，由本线低电压ii段保护切除故障。

34、步骤e：若母线残余电压小于低电压ⅲ段保护定值，则开始计时；若到达计时时间后母线残余电压仍较低，跳闸；若到达计时时间前母线残余电压大于低电压ⅲ段保护定值，说明故障或过负荷已消失，则返回步骤a。

35、进一步的，保护启动值设置为1.2-1.5倍的线路额定电流。

36、进一步的，ⅲ段延时时间小于ii段时间延时，ⅱ段延时时间小于ⅰ段时间延时，实现不同线路低电压保护的依次选择性动作。

37、第二方面，本发明提供一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护系统，包括：

38、配备在微电网和大电网连接处的限流式电力电子开关；

39、所述限流式电力电子开关用于采集微电网和大电网连接处的电流，若微电网和大电网连接处的电流小于限定值，则限流式电力电子开关处于零阻抗状态，不动作，若微电网和大电网连接处的电流大于限定值，则限流式电力电子开关处于高阻抗状态，进入限流状态，对来自电网侧短路电流进行约束。

40、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

41、1、本发明提出的一种采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法及系统，通过在微电网和大电网的连接处配备限流式电力电子开关，限流式电力电子开关正常时处于零阻抗状态以不影响功率的正常交换，故障时处于高阻抗状态以达到对来自电网侧短路电流进行约束的目的，能够有效兼顾微电网内部电力电子设备运行安全和微电网的继电保护特征量需要。

42、2、本发明针对含有大量新能源电源的微电网，提出的采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法，通过参照传统三段式过电流保护方法，在微电网内部配备三段式低电压保护方法。能够针对微电网内部各电气设备间电气距离较短的特点，利用变化较大的电压量作为继电保护特征量，有效提升保护的性能。

43、3、本发明所提出的采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法，基于新能源电源均含有的逆变器部件进行设计，能在含不同新能源种类的微电网中广泛应用，具有较高的通用性。

44、4、本发明所提出的采用电网侧短路电流约束的微电网电流电压保护方法，适用于新能源占比较高的微电网，对依靠微电网供电的偏远地区(如海岛、偏远山区)供电可靠性保证具有重要经济意义和民生意义。