一種繼電保護方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力系統保護領域，具體涉及一種繼電保護方法。
【背景技術】
[0002] 21世紀，人類面臨著經濟和社會可持續發展的雙重挑戰。經濟和社會的持續地發 展，必須要有良好的環境和能源永久的利用作保障。世界一些國家為了應對這一形勢，均提 出和執行了開發可再生能源的政策和措施。由于化石燃料的日益枯竭和全球氣候變暖問 題，加之利用可再生能源發電在電力生產過程中不用消耗化石燃料、所排放的廢氣廢水都 比較少，因此對分布式電源（Distributed Generation，簡稱DG)的利用成為了當前的研究 重點。
[0003] 當今世界電力系統的主要運行方式是采用集中發電、高壓遠距離輸電和大電網互 聯等。但是隨著用戶多樣化的供電需求和越來越高的可靠安全性要求，有時候高壓遠距離 輸電系統顯得很笨拙和脆弱。例如典型互聯電力系統中局部事故極易擴散，對整個電網造 成較大影響，嚴重時可能引起大面積停電甚至是全網崩潰；大電網不能靈活跟蹤系統電力 負荷的變化，造成發電設施利用率低，進而整個經濟效益不夠理想；同時大電網的發展還會 引發嚴重的環保問題。采用分布式發電供電技術，有助于充分利用各地豐富的清潔和可再 生能源，對我國實施可持續發展的戰略具有重大的現實意義。分布式發電的主要特點是電 力的生產和使用在同一地點或者限制在局部區域，能夠實現經濟、高效、可靠地發電。它可 以延緩由于負荷的增長而需要增建或擴容的電力系統的設施。可以減少或者避免在輸配 電網上的投資；可以為用戶之間提供部分負荷，特別是在峰荷時期可以降低用戶需要支付 的總電費，并且可以為用戶提供緊急或者后備電源以提高配電網供電的可靠性和安全穩定 性。總之，分布式發電可以有效配置在負荷區，增加配電網的穩定性、改善配電網電壓和負 荷功率因數、延緩系統的更新速度、增加電網可靠性和經濟性。分布式發電因具有其獨特的 優勢，將逐步成為未來大電網的有力補充和支撐。目前，世界許多能源、電力專家認為大電 網和分布式發電結合能提高電力系統可靠性和靈活性，同時又能節省投資、降低損耗，是21 世紀電力工業發展的方向。這樣對于解決節能環保、投資、電力安全、滿足用戶多樣化需求 發揮著重要的作用。
[0004] 在分布式發電的優點很突出的同時，它也為電力系統帶來一些新的問題和挑戰， 例如，分布式單機電源上網電價較高、對其控制很困難等。分布式電源的接入使傳統的單電 源輻射狀配電網變成了一個遍布電源和負荷的多電源系統，改變了配電網輻射狀的結構， 改變了配網的潮流大小和方向，對系統的運行和保護產生了一系列的影響。
[0005] 分布式電源的并網為配電網系統的規劃、電力負荷的預測以及電網的網架結構、 電能質量帶來較大的影響：
[0006] (1)潮流的非單向性
[0007] 傳統的配電網系統一般是一個單電源網絡，它的拓撲結構一般是輻射狀的，潮流 的方向由系統側流向負荷側。當分布式電源接入配電網系統后，它就變成了一個多電源網 絡，潮流的方向就不再是單向的，此時系統的潮流方向存在反向的可能。一方面，在某些情 況下（如配電網系統在輕載或者分布式電源滲透率高的情況下），系統總體供需可能存在 不平衡，進而出現潮流反向的現象，這對傳統的繼電保護提出了新的要求和挑戰；另一方 面，當系統總的供需平衡，但是由于可再生能源存在間歇性的特點，它對氣候和地域性依賴 很強，所以它的出力很難預測，在此情形下，配電網系統局部也有可能出現潮流時而正向時 而反向的情況，此時就需要一種新的保護策略。
[0008] ⑵保護的誤動和拒動
[0009] 分布式電源接入系統前，系統潮流是單向的，故障電流是從系統電源側流向故障 點，一般情況下線路阻抗是影響故障電流的主要因素。而接入分布式電源后，系統故障時相 當于引入了額外的故障電流源，存在潛在的雙向故障電流。當分布式電源向故障點注入短 路電流時，主饋線保護檢測到的故障電流值就可能減少，從而減低保護的靈敏度。同時，由 于分布式電源向故障點提供故障電流的情況存在，從而影響系統保護檢測到的故障電流的 大小和方向，致使相關保護存在誤動和拒動的可能。
[0010] (3)自動重合閘
[0011] 重合閘技術之所以在配電網系統中得到廣泛的應用，是因為配網系統中80%的 故障是瞬時性故障。然而分布式電源的接入后，對重合閘技術就帶來了兩個方面影響和挑 戰。造成重合閘失敗的原因主要有兩個，一是由于系統發生故障時，分布式電源給短路點提 供的短路電流延長了故障點去游離的時間，讓重合動作時電弧重燃，導致重合閘失敗；另一 個是由于系統電源和分布式電源之間不滿足準同期重合閘的要求，會出現非同期合閘的問 題，導致重合閘失敗，甚至會對配電網系統尤其是對DG產生沖擊和破壞。
[0012] ⑷距離保護
[0013] 所謂距離保護就是故障點在保護范圍以內時，即測量阻抗小于整定阻抗時保護動 作。故距離保護為欠量保護，也稱為阻抗保護，實際上是測量保護安裝處至故障點之間的阻 抗的大小。一般通過阻抗繼電器所感應的電壓和最大故障電流可以確定保護范圍，但分布 式電源接入后會改變阻抗繼電器所感應的電壓電流值的大小，所以對保護范圍產生影響， 進而使距離保護可能誤動。
[0014] (5)孤島和反孤島保護
[0015] 當分布式電源上游發生故障時，系統電源由于故障或者其他原因斷開，分布式電 源對系統部分負荷持續供電，系統將會出現孤島運行。系統在一般情況下是不允許孤島運 行的，因此必須對這種情況采取可行的保護策略和措施，這就是所謂的孤島保護。反孤島保 護是指為了防止孤島運行，避免由此而引起設備和人生安全的保護策略和措施。
【發明內容】
[0016] 至少部分的解決現有技術中所存在的問題，本發明提出了一種繼電保護方法，應 用于含有分布式電源的配電網中，包括：
[0017] 步驟100,以區域內的中心變電站為區域控制中心構建區域集中式保護系統結 構；
[0018] 步驟200,區域內各饋線保護智能終端設備IED獨立采集故障信息并進行計算，將 故障信息轉化為邏輯信息，然后向區域控制中心上傳邏輯信息；
[0019] 步驟300,區域控制中心處理各IED上傳的邏輯信息并得到相應決策結果，然后向 區域內各IED發送決策命令，驅動動作。
[0020] 其中，配電網的各線路出口處均安裝了斷路器，分布式電源上游電網側的保護都 是具有方向性的。
[0021] 其中，線路發生故障后，各線路端口處安裝的分布式IED進行故障檢測，若檢測到 故障發生，則向區域控制中心傳送數字信號1，即故障信號；區域控制中心匯集保護區域內 各IED所傳送過來的信息，判斷出故障元件，隨后向相關IED發出動作信息，驅動斷路器跳 閘，從而實現主后備保護一體化。
[0022] 其中，利用過流信息來進行故障檢測；I,表示IED的檢測信號，有故障電流時為1， 否則為〇, Ij由第j個IH)采集到的故障電流//和電流整定值<相比較得到：
[0024] 其中，區域控制中心收集區域內各IED傳送過來的故障信號，建立故障信息矩陣， 故障信息矩陣反應區域內斷路器是否有流過故障電流的情況。
[0025] 其中，判斷故障元件的過程包括：
[0026] 1)構建區域內的配電網網絡拓撲結構矩陣T ;
[0027] 把區域內的每個斷路器開關當作一個節點來處理，并對它們依次進行編號，由區 域控制中心生成故障區域內的網絡拓撲結構矩陣T，對于有η個節點的故障區域，其T矩陣 為η*η的方陣，T矩陣元素為：
[0029] 2)構建故障信息矩陣F ;
[0030] F矩陣反應故障發生后，IED檢測到的故障信息，F為1*η的行序列，元素仁為：
[0032] 3)修正故障信息矩陣F得到矩陣F';
[0033] 修正F矩陣中本線路故障時，相鄰線路開關發送的故障信號，使其在修正后的F' 矩陣中對應的元素為0 ;
[0034] 4)得到故障元件識別矩陣為：
[0035] P = TXF'T
[0036] 根據矩陣P識別故障元件，對于矩陣P中各元素的結果做如下解釋=P1= 0時，表 示該斷路器所在線路沒有故障；P1= 1時，表示該斷路器所在線路發生故障；P 2時，表 示該斷路器所在線路的相鄰線路發生故障，其中，？1表示矩陣P中第i行各元素的和。
[0037] 其中，區域控制中心根據故障元件識別矩陣P的信息向區域內各IED傳送控制信 號，驅動所在單元斷路器跳閘=P1= O時，不向對