一种基于故障特征量的防孤岛保护定值自适应配置方法与流程

本发明属于配电网继电保护领域，涉及一种基于故障特征量的防孤岛保护定值自适应配置方法。

背景技术：

1、当含有分布式电源的配网系统与电网断开时，分布式电源将有可能继续向孤立运行的电力系统供电，形成孤岛。一般情况下，基于对设备、运行人员的安全以及孤岛系统中电能质量等方面的考虑，应该避免分布式电源运行在孤岛状态。因此，研究防孤岛保护措施，将孤岛产生的危害降低到最小，具有重要的现实意义。目前防孤岛保护多通过检测系统的电压、频率实现对孤岛运行状态的鉴别及保护。

2、早期分布式电源接入比例低，对电力系统的安全稳定运行影响小，因此防孤岛保护定值整定比较灵敏，动作时间一般在2s以内。随着分布式电源渗透率的提高，原有防孤岛保护措施在系统发生扰动时会导致分布式电源因保护误动而大量脱网，进一步加剧了系统功率缺额，引起更严重的频率下降以及电压跌落，扩大事故影响，削弱电力系统稳定性。为此，近年许多国家都调整了防孤岛保护定值整定原则，调整不同电压/频率偏移量下的动作时间，避免系统扰动引起分布式电源误动；但保护整定策略的调整延长了分布式电源退出运行的时间，在孤岛发生时，分布式电源不能及时退出运行，导致区域内间歇性故障不能息弧，推迟重合闸动作时间，降低供电可靠性。因此目前防孤岛保护方法的配置策略仍难以兼顾区域内故障时分布式电源及时退出运行以及系统扰动时支撑电压/频率穿越需求。

3、目前，中国在国标gb/t 33593-2017中规定：dg应具备快速检测孤岛且立即断开与电网连接的能力，并且动作时间不大于2s，且与配电网侧线路重合闸和安全自动装置动作时间相配合，并且以电压、频率保护作为防孤岛保护的主要措施。对于经380v电压并网，以及通过10(6)kv电压等级接入用户的dg，电压保护整定应满足表1所示要求，频率保护要求，当频率超出49.5hz-50.2hz范围时，在0.2s内脱网。对于10(6)kv～35kv电压等级并网的dg，频率保护则需参考表2的要求整定。

4、表1gb/33593-2017对电压保护整定的要求

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7、注：un为dg并网点的电网额定电压

8、表2gb/33593-2017对频率响应的要求

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10、目前国内电压、频率的防孤岛保护方法的定值整定方案没有选择性，无法有效区别系统扰动及孤岛运行状态。若防孤岛保护提高保护定值的灵敏度，可在孤岛发生时保证防孤岛保护的快速动作，但在电网发生电压频率扰动时，会引起分布式电源误动，破坏电力系统的稳定性。若降低防孤岛保护定值整定灵敏度，则系统电压、频率发生扰动有可维持并网状态，满足分布式电源的电压、频率穿越需求，但孤岛发生时，延迟分布式电源的切除速度会影响孤岛内故障息弧及自动重合闸，降低供电质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提出一种兼顾电压、频率穿越的基于故障特征量的防孤岛保护定值自适应配置方法，解决目前分布式电源防孤岛保护无法兼顾孤岛发生时分布式电源保护快速动作及系统扰动时支撑分布电源的电压、频率穿越的问题；保证由故障引起孤岛时，分布式电源及时退出，以及电网电压、频率扰动时，分布式电源继续并网运行，为系统提供功率支撑。

2、本发明考虑到孤岛运行状态多由配电线路故障引起，因此针对目前防孤岛保护存在的问题，提供如下技术方案：

3、步骤1：分布式电源配置高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值、低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值，分布电源正常运行时采用低灵敏度防孤岛保护定值，执行步骤2；

4、步骤2：分布式电源内dsp处理器由模数转换器a/d检测到故障电气量则采用高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值，并执行步骤4；

5、若未监测到线路故障的特征电气量，但电压、频率测量值在低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值下越限，则执行步骤3；

6、步骤3：分布式电源采用高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值、低灵敏度电压、频率防孤岛保护动作定值时，依据设定的动作时限tset2、tset1，在完成等待时间后，系统电压、频率未恢复，分布式电源内dsp处理器经通用输入输出控制器gpio向断路器发出孤岛保护动作信号，分布式电源依据设定的动作时限停止输出电流信号，并由dsp处理器内部设定程序进入停止运行状态，等待重启指令；

7、步骤4：电压、频率测量值未在高灵敏电压、频率防孤岛保护定值下越限，但故障特征量消失，则恢复到低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值，若故障特征量未消失则执行步骤5；

8、步骤5：电压、频率测量值未在高灵敏电压、频率防孤岛保护定值下越限，但故障特征量持续存在则执行步骤3，否则继续维持对系统、电压频率的监测。

9、本发明所述步骤1中分布式电源内依据接入配电系统的运行参数配置高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值、低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值，所述基于电压、频率防孤岛保护定值的配置为：

10、设umin1、umax1分别为低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的电压保护定值上限与电压保护定值下限，fmin1、fmax1分别为低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的频率保护动作定值上限与频率保护动作定值下限，tset1为低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的保护动作时限；设umin2、umax2分别为高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的电压保护定值上限与电压保护定值下限，fmin2、fmax2分别为高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的频率保护定值上限与频率保护定值下限，tset2为高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值的保护动作时限；

11、设系统的电压测量值为u，频率测量值为f,则采用低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值时,若运行中判断条件:u<umin1、u>umax1、f<umin1、f>umax1有一项被触发,则保护启动,并在等待时延tset1后完成保护动作；同理,采用高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值时,若运行中判断条件:u<umin2、u>umax2、f<fmin2、f>fmax2有一项被触发,则保护启动,并在等待时延tset2后完成保护动作；

12、定值在整定时应满足umin2>umin1,umax1>umax2,fmin2>fmin1,fmax1>fmax2,tset1≥2s，tset2≤2s。

13、本发明所述步骤2中基于故障特征量的防孤岛保护定值选择策略：

14、分布式电源通过模数转换器a/d采样，实时监测并网端的电气量信息，依据是否监测到故障量进行防孤岛保护定值的选择；

15、其中故障特征量检测包含：零序分量uo超过零序分量阈值uoset，正序突变量δu1超过正序突变量阈值δu1set，负序分量u2超过负序分量阈值u2set，a相电压突变量δua超过a相电压突变量阈值δuaset，b相电压突变量δub超过b相电压突变量阈值δubset，c相电压突变量δuc超过c相电压突变量阈值δucset，上述启动条件,有一条触发时即将孤岛保护定值设定为高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值。

16、本发明所述步骤4中防孤岛保护定值的重置策略：分布式电源采用高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值后，若故障量在孤岛保护动作前消失，则回归到原有的低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值，若故障量一直未消失，而防孤岛保护在延时tset2后直接保护动作。

17、本发明用于实现基于故障特征量的防孤岛保护定值自适应配置方法的防孤岛保护装置包括控制器、并网断路器，控制器内有：

18、信号采集模块：被配置于分布式电源的控制器中，用于通过模数转换器a/d采集分布式电源接入点处的电压及频率信息，用于依据整定的保护定值执行保护判断。

19、dsp处理器：用于接收信号采集模块的采集信息，用于依据设定的逻辑，对孤岛运行状态的进行判断，监测到的故障特征量选择高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值或低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值配置；并向孤岛保护动作控制模块发出指令；

20、孤岛保护动作控制模块：被配置于分布式电源控制器中，用于依据分布式电源中dsp处理器对孤岛运行状态的判断结果，通过输入输出控制器gpio发出断路器跳开指令。

21、本发明的防孤岛保护装置所述控制器内的dsp处理器内有定值配置模块，用于依据设定的逻辑，以监测到的故障特征量选择高灵敏度电压、频率防孤岛保护定值或低灵敏度电压、频率防孤岛保护定值配置。

22、本发明解决了目前分布式电源防孤岛保护无法兼顾孤岛发生时分布式电源保护快速动作及系统扰动时支撑分布电源的电压、频率穿越的问题；保证由故障引起孤岛时，分布式电源及时退出，以及电网电压、频率扰动时，分布式电源继续并网运行，为系统提供功率支撑。本发明具有以下优点：1.避免了单纯采用高灵敏防孤岛保护动作定值带来的误动问题；2.避免了单纯采用低灵敏防孤岛保护定值对故障息弧及重合闸的影响；3.保证分布式电源在系统扰动时有效的时限故障穿越。