一种光伏并网联络线接地距离保护方法及系统

摘要

本发明公开一种光伏并网联络线接地距离保护方法及系统，方法包括：根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据；选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段；根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的互感值以及等效过渡电阻值；判断等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及互感值是否在预设阈值区间内；若等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。解决了现有的距离保护在光伏并网联络线中可能出现保护拒动的技术问题。

权利要求

1.一种光伏并网联络线接地距离保护方法，其特征在于，包括：

根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；

选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；

根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值，其中，离散化后的时域方程的表达式为：式中，uxn为x相电压的瞬时值，Lm为线路的互感值，Rm为线路的互阻值，ixn为x相电流的瞬时值，iyn为y相电流的瞬时值，izn为z相电流的瞬时值，k1、k2均为比例系数，Dxn为x相电流的导数，Dyn为y相电流的导数，Dzn为z相电流的导数，i0n为某一时刻的并网联络线的零序电流，R′g为线路的等效过渡电阻值，x相、y相、z相为A相、B相或C相；

判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；

若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

2.根据权利要求1所述的一种光伏并网联络线接地距离保护方法，其特征在于，其中，计算x相电流的导数的表达式为：式中，ix(k+1)为x相某一时刻的第k+1个采样点的并网联络线光伏侧的电流，ix(k)为x相某一时刻的第k个采样点的并网联络线光伏侧的电流，Ts为预设采样周期。

3.根据权利要求1所述的一种光伏并网联络线接地距离保护方法，其特征在于，在判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内之后，所述方法还包括：若所述等效过渡电阻值不大于预设电阻阈值或所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区外故障并不进行保护动作。

4.根据权利要求1所述的一种光伏并网联络线接地距离保护方法，其特征在于，所述预设阈值区间为0‑0.0124H。

5.一种光伏并网联络线接地距离保护系统，其特征在于，包括：

获取模块，配置为根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；

选取模块，配置为选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；

计算模块，配置为根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值，其中，离散化后的时域方程的表达式为：式中，uxn为x相电压的瞬时值，Lm为线路的互感值，Rm为线路的互阻值，ixn为x相电流的瞬时值，iyn为y相电流的瞬时值，izn为z相电流的瞬时值，k1、k2均为比例系数，Dxn为x相电流的导数，Dyn为y相电流的导数，Dzn为z相电流的导数，i0n为某一时刻的并网联络线的零序电流，R′g为线路的等效过渡电阻值，x相、y相、z相为A相、B相或C相；

判断模块，配置为判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；

输出模块，配置为若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至4任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法。

说明书

一种光伏并网联络线接地距离保护方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种光伏并网联络线接地距离保护方法及系统。

背景技术

[0002] 以太阳能为基础的新能源并网已成为当今能源发展的必然要求，但其特殊的故障特征给继电保护带来极大的挑战。规模化集中式光伏电站并网送出场景已经屡见不鲜，但其并网联络线的保护仍具有适应性问题，距离保护作为线路的主保护和后备保护，其保护性能对系统稳定和功率传输有重要意义。新能源出力的随机性和波动性以及并网后控制系统的调节和响应都会对保护性能产生较大的影响。基于传统同步机故障特性的距离保护原理难以适用于光伏接入场景，会造成保护出现误动或拒动现象。

[0003] 因此，亟需研究保护新原理或适用于光伏并网接入的保护方案，这对电网的安全稳定运行和光伏产业的可持续发展具有重大意义。

发明内容

[0004] 本发明提供一种光伏并网联络线接地距离保护方法及系统，用于至少解决现有的距离保护在光伏并网联络线中可能出现保护拒动的技术问题。

[0005] 第一方面，本发明提供一种光伏并网联络线接地距离保护方法，包括：根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0006] 第二方面，本发明提供一种光伏并网联络线接地距离保护系统，包括：获取模块，配置为根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；选取模块，配置为选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；计算模块，配置为根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；判断模块，配置为判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；输出模块，配置为若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0007] 第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例的光伏并网联络线接地距离保护方法的步骤。

[0008] 第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的光伏并网联络线接地距离保护方法的步骤。

[0009] 本申请的光伏并网联络线接地距离保护方法及系统，根据光伏侧保护安装处的三相电压、电流数据，利用三相耦合模型建立时域方程，将互感、过渡电阻作为待识别量，利用不同时刻的采样数据构造超定方程组，通过最小二乘法求解，得出互感值和等效过渡电阻值，将等效过渡电阻值作为辅助判据，据此区分光伏侧正反方向故障，通过互感值和保护整定值的比较，判别区内外故障，解决了现有的距离保护在光伏并网联络线中可能出现保护拒动的问题。

附图说明

[0010] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0011] 图1为本发明一实施例提供的一种光伏并网联络线接地距离保护方法的流程图；

[0012] 图2为本发明一具体实施例提供的集中式光伏并网送出系统示意图；

[0013] 图3为本发明一具体实施例提供的光伏并网系统光伏侧电压波形图；

[0014] 图4为本发明一具体实施例提供的光伏并网系统光伏侧电流波形图；

[0015] 图5为本发明一具体实施例提供的光伏并网联络线三相耦合模型图；

[0016] 图6为本发明一实施例提供的一种光伏并网联络线接地距离保护系统的结构框图；

[0017] 图7是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0019] 请参阅图1，其示出了本申请的一种光伏并网联络线接地距离保护方法的流程图。

[0020] 如图1所示，在步骤S101中，根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；

[0021] 在步骤S102中，选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；

[0022] 在步骤S103中，根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；

[0023] 在步骤S104中，判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；

[0024] 在步骤S105中，若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0025] 综上，本申请的方法，根据光伏侧保护安装处的三相电压、电流数据，利用三相耦合模型建立时域方程，将互感、过渡电阻作为待识别量，利用不同时刻的采样数据构造超定方程组，通过最小二乘法求解，得出互感值和等效过渡电阻值。将等效过渡电阻值作为辅助判据，据此区分光伏侧正反方向故障；通过互感值和保护整定值的比较，判别区内外故障。当等效过渡电阻值为负值时，判定为光伏侧反方向故障；当正方向故障时，根据互感值判定是否位于保护范围内。本申请利用并网联络线光伏侧的电压电流数据进行时域方程求解，利用的信息量少，算法简便，在不同光伏出力、不同故障位置经过渡电阻接地故障时，保护均能准确可靠的动作，且具有一定的抗过渡电阻能力。

[0026] 在一个具体实施例中，光伏并网联络线接地距离保护方法具体包括以下步骤：

[0027] 步骤1、利用光伏并网联络线场站侧距离保护装置获取三相电压数据和三相电流数据；

[0028] 步骤2、考虑故障时控制环节的暂态过程，选取故障10ms后数据，计算互感值和等效过渡电阻值；

[0029] 在步骤2中，根据三相耦合模型建立时域方程，如式(1)所示：

[0030] ，(1)

[0031] 式中， 为t时刻x相电压的瞬时值， 为线路的互感值， 为线路的互阻值，为已知量，可根据单位线路参数计算， 为t时刻x相电流的瞬时值， 为t时刻y相电流的瞬时值， 为t时刻z相电流的瞬时值， 、  均为比例系数， ，
， 为线路的自阻， 为线路的自感， 为t时刻的并网联络线的零序电流，
为线路等效过渡电阻值，x相、y相、z相为A相、B相或C相。

[0032] 对式(1)进行离散化，用差分代替微分形式。假定光伏侧保护安装处电压电流信息采样间隔为Ts，则离散化后的表达式为：

[0033] ，(2)

[0034] 式中， 为x相电压的瞬时值， 为线路的互感值， 为线路的互阻值， 为x相电流的瞬时值， 为y相电流的瞬时值， 为z相电流的瞬时值， 、  均为比例系数，为x相电流的导数， 为y相电流的导数， 为z相电流的导数， 为某一时刻的并网联络线的零序电流， 为线路的等效过渡电阻值，x相、y相、z相为A相、B相或C相。

[0035] 其中， ，

[0036] 式中， 为某相某一时刻的第k+1个采样点的并网联络线光伏侧的电压，为某相某一时刻的第k个采样点的并网联络线光伏侧的电压， 为某相某一时刻的第k+1个采样点的并网联络线光伏侧的电流， 为某相某一时刻的第k个采样点的并网联络线光伏侧的电流， 为某一时刻的第k+1个采样点的并网联络线的零序电流， 为某一时刻的第k个采样点的并网联络线的零序电流， 为预设采样周期， 为x、y或z；

[0037] 选取时间窗口为M，根据式(2)不同时刻的采样数据，构成 个超定方程，利用最小二乘法进行求解，得到线路的互感值 和线路的等效过渡电阻值 。

[0038] 步骤3、将步骤2中得到的等效过渡电阻值作为辅助判据，据此区分光伏并网联络线光伏侧正反方向故障；

[0039] 在步骤3中，辅助判据为： ，(3)

[0040] 将等效过渡电阻门槛值设置为0，当等效过渡电阻值小于0时，判定为光伏侧反方向故障；当等效过渡电阻值大于0时，判定为正方向故障。

[0041] 步骤4、将步骤2中得到的互感值与整定门槛值相比较，构成保护判据；

[0042] 在步骤4中，保护判据为： ，(4)

[0043] 式中， 为整定门槛值，考虑新能源逆变侧控制策略的影响，将保护整定值设置为线路全长的0.6倍，即设置为0.0124H。

[0044] 进一步的，根据式(4)，保护判定结果为：

[0045] 互感值大于保护整定值 时，则判定为区外故障，保护不动作；互感值大于0小于保护整定值 时，则判定为区内故障，保护动作。

[0046] 以具体的实施例对本方法的光伏并网联络线接地距离保护方法的实施过程及效果进行详细说明，图2为本发明一实施例提供的集中式光伏并网送出系统示意图。在PSCAD/EMTDC中搭建光伏并网系统仿真模型，光伏场站额定容量为150MW，箱变采用Dyn接线，额定电压为35kV，箱变容量为1MVA，主变采用YNd11接线，额定电压为35kV，额定容量为160MVA，并网联络线40km，正序阻抗为0.076+j0.338Ω/km，零序阻抗为0.284+j0.824Ω/km，正序、零序电容分别为0.0086μF/km，0.0061μF/km。外部系统等效正序阻抗为0.4+j12.568Ω，等效零序阻抗为0.6+18.849Ω。采样频率2.5kHz。在光伏并网联络线上设置金属性接地故障和经过渡电阻接地故障，计算互感值和等效过渡电阻值。“+”表示保护动作，“‑”表示保护不动作。表1为在光伏并网联络线不同位置发生金属性A相接地故障时，互感值和等效过渡电阻值的仿真结果。表2为光伏并网联络线不同位置发生A相经过渡电阻接地故障时，互感值和等效过渡电阻值的仿真结果。表3为不同光伏出力工况下，光伏并网联络线发生A相经过渡电阻接地故障时，互感值和等效过渡电阻值的仿真结果。

[0047] ，

[0048] ，

[0049] ，

[0050] 从表1、表2和表3的仿真结果表明，本发明所述方法在光伏并网联络线上发生不同故障位置经不同过渡电阻接地故障时，在保护范围内，保护都能够正确动作，不同光伏出力工况下，保护也能够正确动作，且具有一定的抗过渡电阻能力和较好的灵敏度。

[0051] 图3和图4所示为光伏并网联络线区内中点处发生A相接地故障时，光伏侧保护安装处的故障电压、电流波形图。分析可知，故障电流相位呈现一致性，且幅值受限。

[0052] 图5所示为光伏并网联络线三相耦合模型图，将联络线路等效为三相耦合模型，利用光伏场站侧的电压电流信息来识别， 、 、 、 、、 分别为保护安装处的A相电压、保护安装处的B相电压、保护安装处的C相电压、保护安装处的A相电流，保护安装处的B相电流,保护安装处的C相电流； 、 、 、 分别为线路的自阻、线路的互阻、线路的自感、线路的互感； 为过渡电阻。

[0053] 请参阅图6，其示出了本申请的一种光伏并网联络线接地距离保护系统的结构框图。

[0054] 如图6所示，光伏并网联络线接地距离保护系统200，包括获取模块210、选取模块220、计算模块230、判断模块240以及输出模块250。

[0055] 其中，获取模块210，配置为根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；选取模块220，配置为选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；计算模块230，配置为根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；判断模块240，配置为判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；输出模块250，配置为若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0056] 应当理解，图6中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图6中的诸模块，在此不再赘述。

[0057] 在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的光伏并网联络线接地距离保护方法；

[0058] 作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

[0059] 根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；

[0060] 选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；

[0061] 根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；

[0062] 判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；

[0063] 若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0064] 计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据光伏并网联络线接地距离保护系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至光伏并网联络线接地距离保护系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0065] 图7是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例光伏并网联络线接地距离保护方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与光伏并网联络线接地距离保护系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。

[0066] 上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

[0067] 作为一种实施方式，上述电子设备应用于光伏并网联络线接地距离保护系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

[0068] 根据预设采样周期获取发生接地故障后预设时间段内的光伏场站侧的三相电压数据以及三相电流数据，其中所述三相电压数据中包含不同采样周期的三相电压数据段，所述三相电流数据中包含不同采样周期的三相电流数据段；

[0069] 选取预设时间窗口内的不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段，其中，所述预设时间窗口与所述预设采样周期的比值为整数；

[0070] 根据不同采样周期的三相电压数据段以及不同采样周期的三相电流数据段计算离散化后的时域方程中的待识别量，所述待识别量为互感值以及等效过渡电阻值；

[0071] 判断所述等效过渡电阻值是否大于预设电阻阈值以及所述互感值是否在预设阈值区间内；

[0072] 若所述等效过渡电阻值大于预设电阻阈值且所述互感值在预设阈值区间内，则判定为区内故障并进行保护动作。

[0073] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

[0074] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。