一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法

摘要

一种自适应分散式电源接入的电流保护系统及方法，该系统包括依次连接的故障启动单元、故障分量提取单元、故障类型识别单元、背侧阻抗实时计算单元以及在线整定与测量判断单元；其方法为：故障启动单元判断短路故障发生后，故障分量提取单元首先提取电流保护安装处电压及电流故障分量；故障类型识别单元利用电流故障分量判断故障类型及相别，背侧阻抗实时计算单元利用电压和电流故障分量的正序分量实时逐点计算电流保护的背侧阻抗；在线整定与测量判断单元利用该背侧阻抗实时值在线自动整定电流保护的定值，并发出相应的动作信号；本发明能够自动适应分散式电源投入、退出及系统运行方式的变化，自动适应短路类型的变化，且无需人工设置保护定值。

主权项

一种自适应分散式电源接入的电流保护系统的保护方法，所述电流保护系统包括依次连接的故障启动单元、故障分量提取单元、故障类型识别单元、背侧阻抗实时计算单元以及在线整定与测量判断单元；所述故障启动单元采用三相电流突变量启动算法判断是否发生故障；所述故障分量提取单元提取电流保护安装处电压及电流的故障分量；所述故障类型识别单元利用电流故障分量判断短路类型及相别，用于后续计算；所述背侧阻抗实时计算单元利用电压及电流故障分量的正序分量实时逐点计算电流保护的背侧阻抗；所述在线整定与测量判断单元利用计算的背侧阻抗在线计算速断电流保护整定值并判断保护是否动作；其特征在于：保护方法包括如下步骤：步骤一：故障启动单元利用三相电流突变量启动算法判断故障是否发生，记故障初始时刻为t₀；三相电流突变量启动算法如下：式中，k为采样时刻，N为每个工频周期的采样点数；为相电流瞬时值，为相电流突变量，由式(2)可得；为浮动门槛，由式(3)可得；m₁、m₂为可靠系数，取m₁＝1.25，m₂＝0.06，I_n表示额定电流幅值5A；为A、B、C三种相别；对于每相电流信号，当累计或连续3个电流突变量采样值超过预设门槛值即式(1)成立时，则判断发生相间短路，保护启动并确定故障时刻t₀；步骤二：故障分量提取单元提取故障发生后电压、电流的故障分量，具体实现方法如下：从相间短路故障初始时刻t₀开始，采集一个工频周期的故障电流与故障电压，然后按式(4)、式(5)计算各相电压、电流的故障分量的瞬时值：式中，k为采样时刻，N为每个工频周期的采样点数，为采样时刻相电压瞬时值，为故障前相电压瞬时值，为电压故障分量的瞬时值，为采样时刻相电流瞬时值，为故障前相电流瞬时值，为电流故障分量的瞬时值，为A、B、C三种相别；对电压、电流故障分量的瞬时值进行全周傅氏滤波，得到电压故障分量及电流故障分量步骤三：故障类型识别单元利用电流故障分量判断短路类型及相别，具体算法如下：BC两相短路：$\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_A\right[k\left]\right|<K_1\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_C\right[k\left]\right|---\left(14\right)$AB两相短路：$\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_C\right[k\left]\right|<K_1\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_A\right[k\left]\right|---\left(15\right)$CA两相短路：$\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_A\right[k]+\Delta {\stackrel{·}{I}}_C[k\left]\right|<K_1\left|\Delta {\stackrel{·}{I}}_A\right[k\left]\right|---\left(16\right)$为相电流故障分量幅值，k为采样时刻，系数K₁取0.5；式(14)～(16)中，任一式的条件满足时即为两相短路，并判断出故障相别；式(14)～(16)均不满足时判定为三相短路；步骤四：背侧阻抗实时计算单元利用电压及电流故障分量的正序分量实时逐点计算电流保护的背侧阻抗，具体算法如下：(A)求取电压、电流故障分量的正序分量按式(17)、式(18)分别求取电压、电流故障分量的正序分量：$\Delta {\stackrel{·}{U}}_1\left[k\right]=\frac{1}{3}\left(\Delta {\stackrel{·}{U}}_A\right[k]+a·\Delta {\stackrel{·}{U}}_B[k]+a^2·\Delta {\stackrel{·}{U}}_C[k\left]\right)---\left(17\right)$$\Delta {\stackrel{·}{I}}_1\left[k\right]=\frac{1}{3}\left(\Delta {\stackrel{·}{I}}_A\right[k]+a·\Delta {\stackrel{·}{I}}_B[k]+a^2·\Delta {\stackrel{·}{I}}_C[k\left]\right)---\left(18\right)$式中，k为采样时刻，为电压故障分量的正序分量，为电流故障分量的正序分量；利用对称分量法，A相作为基准相，取(B)利用电压及电流故障分量的正序分量逐点实时计算背侧阻抗：$Z_{s1}\left[k\right]=-\frac{\Delta {\stackrel{·}{U}}_1\left[k\right]}{\Delta {\stackrel{·}{I}}_1\left[k\right]}---\left(19\right)$式中，Z_s1[k]为正序背侧阻抗，k为采样时刻；步骤五：在线整定与测量判断单元利用背侧阻抗实时值在线计算速断电流保护整定值并进行保护动作判断，具体算法如下：(A)按照式(20)在线计算保护背侧等效相电动势：式中，k为采样时刻，为等效相电动势，分别为电流保护安装处实时电压与电流；(B)按照式(21)在线计算速断电流保护整定值：$I_{\mathrm{set}}^I\left[k\right]=\left|\frac{K_k^I{K}_d{\stackrel{·}{E}}_s\left[k\right]}{Z_{s1}\left[k\right]+Z_l}\right|---\left(21\right)$式中，k为采样时刻，为电流保护实时整定值；为可靠系数，取1.2～1.3，Z_l为被保护线路阻抗；K_d为故障类型系数，两相短路时取三相短路时取1；保护背侧等效相电动势保护背侧阻抗Z_s1[k]分别由式(19)、(20)求得；(C)将电流保护安装处实时短路电流幅值与实时速断电流保护整定值逐点比较，$I_d\left[k\right]\ge I_{\mathrm{set}}^I\left[k\right]---\left(22\right)$若式(22)成立，则判定被保护线路发生相间短路故障，速断电流保护发出动作信号；若式(22)不成立，则速断电流保护不发出动作信号。