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CN115566722A - 考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法 - Google Patents

考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，包括：获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；根据电流定值及接入配网的分布式光伏的电流限幅倍数评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。通过本发明所提方法的实施，计算出当前工况可接入的最大容量分布式光伏，可避免在配电网上级网络或并联线路发生故障时下级保护误动。

Description

考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法
技术领域
本发明属于分布式光伏接入容量计算技术领域，尤其涉及考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
新型电力系统主要以光伏、风电为代表的新能源广泛接入，大量分布式光伏接入后，传统配电网由单电源辐射状网络变为多端电源网络，同时电源呈现电力电子化特征，给传统配网过流保护带来极大的挑战，有可能出现传统保护不适应的情况。在一些特殊故障工况下，有引起配网保护不正确动作的风险，扩大停电范围，因此分布式光伏的大量接入配网给传统继电保护带来全所未有的挑战。
电网公司企业标准《Q/GDW 10370-2016配电网技术导则》11.1条款要求，10千伏电压等级配电网可接入分布式电源装机容量为0.4兆瓦-6兆瓦，35千伏电网等级配电网可接入分布式电源装机容量为6兆瓦-20兆瓦。此标准定义了从系统稳定性方面最大可接入分布式电源的容量，但缺乏对继电保护的影响考虑，存在接入容量不合理导致传统保护不适应的风险。
为确保配电网保护动作适应性，相当数量的文献提出在传统过流保护上增加方向元件，以判断故障发生位置是区内还是区外。
但在实际电网生产中，相当数量的配电网线路不具备增加电压互感器(以下简称“PT”)的条件，这就导致部分过流保护不具备增加方向保护的条件，因此配电网上级线路或并联线路故障时，有造成下级分布式光伏反供短路电流，导致下级保护误动的风险。
另外，现有技术中存在专利申请号：201910712909.2，提出了一种分布式光伏电源可接入容量的评估方法，考虑了过流I段和过流III段极端情况下的最大分布式光伏接入容量计算，但仅考虑了分布式光伏暂态短路期间提供1.2倍额定电流的情况，缺乏普适性。实际情况是，不同的分布式光伏并网控制器，所使用的短路电流限幅策略不尽相同，一般为1.0～1.5倍额定电流均有可能。
由此，关于如何确保在配网保护适应性的前提下计算分布式光伏接入容量是本申请所要解决的技术问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，考虑传统配电网过流保护定值计算方法、灵敏度及可能发生的故障类型及实际接入电网的分布式光伏控制器特性，在配电网线路不具备加装PT的条件时，通过本发明所提方法的实施，计算出当前工况可接入的最大容量分布式光伏，可避免在配电网上级网络或并联线路发生故障时下级保护误动。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，包括：
获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
根据电流定值及接入配网的分布式光伏的电流限幅倍数评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
作为进一步的技术方案，在配电网线路未接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流通过电压标幺值与从线路末端往电网侧看去的等值阻抗的比值来计算。
作为进一步的技术方案，基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值，具体公式为：
I＝Up.u./Xp.u.
Izd(p.u.)＝I/k
Figure BDA0003891457380000031
其中，I表示流过保护装置的短路电流；Up.u.表示电压标幺值，一般取1；Xp.u.表示从线路末端往电网侧看去的等值阻抗；k表示灵敏度系数；Izd(p.u.)表示流过保护装置电流定值标幺值；Izd表示流过保护装置电流定值有名值，单位千安；S表示基准容量，一般取值100或1000兆伏安；U表示所计算网络电压有名值，单位千伏。
作为进一步的技术方案，配电网线路不具备安装PT的条件时，不考虑本级配电网线路的负载，同时考虑不同型号的光伏并网控制器短路电流限幅特性，计算分布式光伏可提供的短路电流：
Ipv<Izd/kpv
其中，kpv表示分布式光伏可暂态期间提供的短路电流与额定电流的倍数，Izd表示流过保护装置电流定值有名值。
作为进一步的技术方案，计算分布式光伏可接入最大容量，具体为：
Figure BDA0003891457380000032
其中，Spv表示分布式光伏最大可接入容量，单位兆瓦，Ipv表示分布式光伏可提供的短路电流，U表示所计算网络电压有名值。
作为进一步的技术方案，上述方法适用于35千伏或10千伏配电网规划分布式光伏接入时，计算分布式光伏接入容量。
第二方面，公开了考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算系统，包括：
等值阻抗获取模块，被配置为：获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
最大短路电流计算模块，被配置为：基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
电流定值计算模块，被配置为：基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
最大分布式光伏容量计算模块，被配置为：根据电流定值评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
作为进一步的技术方案，最大短路电流计算模块，在计算时，在配电网线路未接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流通过电压标幺值与从线路末端往电网侧看去的等值阻抗的比值来计算。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
针对配电网线路不具备PT加装条件时，通过考虑传统配电网过流保护定值计算方法、灵敏度及可能发生的故障类型，计算出当前保护适应范围内的分布式光伏最大可接入容量。以防止配电网上级线路或并联线路故障时，下级分布式光伏反供短路电流，导致下级保护误动。基于分布式光伏一般接入到35或10千伏的配电网中，110以上电压等级接入的是集中式光伏，上述方法适用于35千伏或10千伏配电网规划分布式光伏接入。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例典型配电网拓扑图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，包括：
获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
根据电流定值及接入配网的分布式光伏的电流限幅倍数评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
目前配电网所采用的保护基本为三段式过流保护，其中过流I段为瞬时段，电流定值最大，保出线断路器出口侧金属性故障；过流II段为限时速断，一般与过流I段取0.4秒时间级差，电流定值与分支或分界保护配合；过流III段为定时速断，一般与过流II段取0.2秒时间级差，电流定值在三段式保护中最小，保线路末端金属性故障。
为保守考虑可接入最大分布式光伏容量，一般取三段式过流保护中电流定值最小的作为依据。传统配电网保护过流保护定值计算方法为：
(1)短路电流计算
在配电网线路为接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流为
I＝Up.u./Xp.u. (1)
其中，I表示流过保护装置的短路电流；Up.u.表示电压标幺值，通常取1；Xp.u.表示从线路末端往电网侧看去的等值阻抗。
(2)过流保护定值计算
为保证断路器出口发生金属性短路故障，保护应有一定的灵敏度，电流定值为
Izd(p.u.)＝I/k (2)
Figure BDA0003891457380000061
其中，Izd表示流过保护装置电流定值有名值，单位千安；Izd(p.u.)表示流过保护装置电流定值标幺值；S表示基准容量，根据整定计算整体考虑取值100兆伏安或1000兆伏安；U表示所计算网络电压有名值，单位千伏；k表示灵敏度系数，一般取值1.3～1.5。
(3)不考虑方向元件时下级分布式光伏可提供的短路电流
配电网线路不具备安装PT的条件时，考虑分布式光伏可提供的最大短路电流应不大于本级过流保护定值。为保守计算，不考虑本级配电网线路的负载，同时考虑不同型号的光伏并网控制器短路电流限幅特性，计算分布式光伏可提供的短路电流为
Ipv<Izd/kpv (4)
其中，kpv表示分布式光伏可暂态期间提供的短路电流与额定电流的倍数，一般取值1.0～1.5。
(4)计算分布式光伏可接入最大容量
Figure BDA0003891457380000062
其中，Spv表示分布式光伏最大可接入容量，单位兆瓦。
图1中，QF1～QF16代表相关馈线及支路的断路器，其均配有过流保护功能，DG1～DG3代表3座10千伏分布式光伏场站。
如图1所示的配电网网络。配网规划初期，无分布式光伏场站DG3，QF5断路器所配置过流保护定值仅考虑断路器出口发生金属性短路故障，通过式(1)至式(3)计算过流保护定值。因QF5所保护范围为QF5和QF6之间，在分布式光伏DG3接入后，若QF5和QF6之间发生故障，DG3所提供的短路电流不会流过QF5，所以在分布式光伏接入后一般不会对QF5做定值调整。
若QF5在DG3接入后，现场不具备PT加装条件，则QF5所配置的过流保护将无法进行方向判断。此时若F1处发生短路故障，QF5将流过DG3提供的反向短路电流。若DG3接入容量偏大，且前期QF5在进行整定计算时电流整定值小于DF3所提供的反向短路电流，则可能造成QF5过流保护误动，扩大了事故范围。
鉴于以上原因，因此在进行DG3分布式光伏网络接入规划计算时，需考虑当前QF5的保护适应性。
第一步，根据式(1)至式(3)计算QF5过流保护定值。
第二步，根据式(4)反推在QF5过流保护适应的条件下，DG3可提供的最大短路电流。
第三步，根据DG3可提供的最大短路电流，考虑新能源并网控制器的限幅特性，计算DG3可接入的最大容量。
至此，完成在适应传统过流保护的基础上，分布式光伏最大可接入容量的计算。
不同的分布式光伏并网控制器性能不同，在进行可接入最大容量评估时，需根据当前用户所采用的逆变器额定电流及控制器的性能来确定，因此本发明的适应范围更广，更贴合实际。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算系统，包括：
等值阻抗获取模块，被配置为：获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
最大短路电流计算模块，被配置为：基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
电流定值计算模块，被配置为：基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
最大分布式光伏容量计算模块，被配置为：根据电流定值评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
上述最大短路电流计算模块，在计算时，在配电网线路为接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流通过电压标幺值与从线路末端往电网侧看去的等值阻抗的比值来计算。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，包括：
获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
根据电流定值及接入配网的分布式光伏的电流限幅倍数评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
2.如权利要求1所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，在配电网线路为接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流通过电压标幺值与从线路末端往电网侧看去的等值阻抗的比值来计算。
3.如权利要求1所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值，具体公式为：
Izd(p.u.)＝I/k
Figure FDA0003891457370000011
其中，Izd表示流过保护装置电流定值有名值，单位千安；Izd(p.u.)表示流过保护装置电流定值标幺值；S表示基准容量；U表示所计算网络电压有名值，单位千伏；k表示灵敏度系数。
4.如权利要求1所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，配电网线路不具备安装PT的条件时，不考虑本级配电网线路的负载，同时考虑不同型号的光伏并网控制器短路电流限幅特性，计算分布式光伏可提供的短路电流：
Ipv<Izd/kpv
其中，kpv表示分布式光伏可暂态期间提供的短路电流与额定电流的倍数，Izd表示流过保护装置电流定值有名值。
5.如权利要求1所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，计算分布式光伏可接入最大容量，具体为：
Figure FDA0003891457370000021
其中，Spv表示分布式光伏最大可接入容量，单位兆瓦，Ipv表示分布式光伏可提供的短路电流，U表示所计算网络电压有名值。
6.如权利要求1-5任一所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算方法，其特征是，所述方法适用于35千伏或10千伏配电网规划分布式光伏接入时，计算分布式光伏接入容量。
7.考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算系统，其特征是，包括：
等值阻抗获取模块，被配置为：获得出线末端看向配电网系统的等值阻抗；
最大短路电流计算模块，被配置为：基于该等值阻抗计算线路末端故障时配电网系统侧提供的最大短路电流；
电流定值计算模块，被配置为：基于最大短路电流、考虑过流保护III段灵敏度计算电流定值；
最大分布式光伏容量计算模块，被配置为：根据电流定值评估当前线路可接入的最大分布式光伏容量。
8.如权利要求7所述的考虑配网保护适应性的分布式光伏接入容量计算系统，其特征是，最大短路电流计算模块，在计算时，在配电网线路为接入分布式光伏前，在线路末端发生故障时，系统侧提供的短路电流通过电压标幺值与从线路末端往电网侧看去的等值阻抗的比值来计算。
9.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
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