CN120090148B 移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统 （国网上海市电力公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN120090148B(65)同一申请的已公布的文献号(73)专利权人国网上海市电力公司地址200122上海市浦东新区源深路1122号(72)发明人宗明魏本刚黄川秦虹谢婧朱勇杰赵熠旖孙志恒叶祺皮志旋孔祥君(74)专利代理机构北京智绘未来专利代理事务所(普通合伙)11689专利代理师张浩HO2H7/26(2006.01)移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统，包括：基于移相变压器的等效阻抗模型，确定输入输出电压关系，并分析接入配电网后引起的网络运行模式变化，进而计算分布式逆变电源在不同故障类型下的正序、负序和零序电流特性。基于故障电流特性，修正配电网距离保护的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器的等效阻抗，计算距离保护第二阶段的整定阻抗初值，建立其与移相变压器等效阻抗之间的对应关系。通过实时监测配电网闭环点两侧的相位角差，动态调整励磁变压器二次侧的抽头位置，使移相变压器等效阻抗随之变化，并实时21.一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于，包括以下步根据移相变压器的等效阻抗模型，确定移相变压器接入配电根据分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护根据配电网闭环点两侧的相位角差实时变化，动态改变移相2.根据权利要求1所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其所述确定移相变压器输入输出电压之间的关系，建立移相变压器的等效阻抗模型，包根据双芯对称移相变压器由串联变压器和并联变压器构成的根据上述匝数比及串联变压器和并联变压器各自的绕组阻抗参数，以如下式构建移相3.根据权利要求1所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其基于移相变压器的等效阻抗模型，以如下式计算移相变压器△Zeq=Zeqafter-Zeqbefore3根据线路等效阻抗变化量△Zeq和电压相位变化量△θ,以如下式移相变压器接入前后的潮流分布矩阵：入前线路的电压相位角；Pafter表示移相变压器接入后的潮流分布矩阵；Pbefore表器接入前的潮流分布矩阵。4.根据权利要求1所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：所述根据网络运行模式变化分析配电网中分布式逆变电源在不同故障类型下的正序、依据移相变压器接入配电网后的网络运行模式变化，构建配电网分别在单相接地故障和两相相间故障下含有移相变压器与分布式逆变电源的复合序网；根据复合序网，确定两相相间故障下的故障特性参数和单相接地故障下的故障特性参以如下式计算两相相间故障的故障特性参数a:以如下式计算单相接地故障的故障特性参数a:以如下式单相接地故障的故障特性参数b:段的负序阻抗；Z2s表示分布式逆变电源至故障点S段的负序阻抗；ZzPQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的负序阻抗；Z1s表示分布式逆变电源至故障点S段的正序阻抗；Z1PQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的正序阻抗；Zom表示移相变压器至故障点QM段的零序阻抗；Zoz表示配电网零序分量的合成等效阻抗；Es表示分布式逆变电源电压。5.根据权利要求4所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：获取移相变压器等效阻抗模型并确定网络运行模式变化后，在故障期间采集三相电压及三相电流的幅值与相位信息；对三相电压与电流进行正序、负序和零序分量分解，分别与预先设置的判别阈值进行比较，判别阈值包括接地判别阈值、非对称故障判别阈值和相量差阈值；按照以下规则判别4零序分量幅值低于接地判别阈值且负序分量低于非对称故障判别阈值，且三相电压、6.根据权利要求1或5所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，所述重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数将修正后的逆变电源正序、负序及零序电流分量分别纳入复合序7.根据权利要求6所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其5障点S段的正序阻抗；Z1PQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的正序阻抗；Es表示分布式逆变8.根据权利要求1所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：所述利用修正后的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器当前运行状态的等效阻抗，确定距离保护第二阶段保护的整定阻抗初值，包括：将分支系数K₆与等效阻抗模型Zeq相结合，以如下式计算整定阻抗初值Zset4:式中，Zset4表示整定阻抗初值；Kre₁和Krel2表示不同时间区间下的保护整定系数；ZDE表示保护装置的固定基准阻抗；Zset₃表示第一阶段保护的整定阻抗；Kb2表示修正后的分支系数；Zeq表示移相变压器等效阻抗；T表示故障发生后的时间；To表示预设时间门槛。9.根据权利要求8所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：所述以整定阻抗初值为基准建立距离保护第二阶段保护的整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系，包括：根据整定阻抗初值Zset4和移相变压器等效阻抗Zeq,以如下式构建整定阻抗随移相变压器等效阻抗变化的映射关系：式中，f(·)表示基于电网运行数据拟合得到的整定阻抗调整函数。10.根据权利要求1所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：所述根据配电网闭环点两侧的相位角差实时变化，动态改变移相变压器励磁变压器二次侧的抽头位置，包括：获取配电网闭环点左侧与右侧的相电压Uleft和Uright,计算两侧的电压相位角θ1eft和θright,以如下式计算实时相位角差△θ1:△θ₁=θleft-θright若△θ₁>△θth,则选择绕组匝数比大于当前绕组匝数比r和nB的抽头；若△θ₁<△θth,则选择绕组匝数比小于当前绕组匝数比r和nB的抽头。11.根据权利要求1或10所述的一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法，其特征在于：利用整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系实时更新距离保护第二阶段保护的整定阻抗值，包括：获取当前励磁变压器的抽头配置包括励磁变压器二次侧设有多个抽头，每个抽头对应不同的绕组匝数比r和nB;当抽头位置发生变化时，获取新的绕组匝数比n”w和n"gw,以如下式计算更新后的移相6变压器等效阻抗：Zeg,new=根据建立的整定阻抗与等效阻抗的对应关系，计算更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值：数；n"表示新的并联变压器绕组匝数比；n”"表示新的串联变压器绕组匝数比；Zr表示串联变压器的绕组阻；ZB表示并联变压器的绕组阻抗；Zset4,new表示更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值。12.一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护系统，包括：等效阻抗计算模块、网络运行模式分析模块、分支系数修正模块、整定阻抗计算模块以及自适应整定模块；其特征在于：等效阻抗计算模块，用于确定移相变压器输入输出电压之间的关系，并基于该关系建立移相变压器的等效阻抗模型；网络运行模式分析模块，用于基于移相变压器的等效阻抗模型，分析移相变压器接入配电网后引起的网络运行模式变化，并根据该变化计算配电网中分布式逆变电源在不同故障类型下的正序、负序和零序电流特性；分支系数修正模块，用于基于分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数、负序分支系数和零序分支系数；整定阻抗计算模块，用于利用修正后的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器当前运行状态的等效阻抗，计算距离保护第二阶段保护的整定阻抗初值，基于整定阻抗初值，建立距离保护第二阶段保护的整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系；自适应整定模块，用于实时监测配电网闭环点两侧的相位角差，并根据相位角差变化动态调整移相变压器励磁变压器二次侧的抽头位置，使移相变压器的等效阻抗随之调整；进一步利用整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系，实时更新距离保护第二阶段保护的整定阻抗值，以实现保护参数的自适应整定。7移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统技术领域[0001]本发明属于输电线路距离保护整定技术领域，更具体地，涉及一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统。背景技术[0002]随着新能源接入比例的不断提高，含分布式逆变电源的有源配电网逐渐成为现代电力系统的重要组成部分。然而，由于分布式逆变电源的功率电子接口特性，其故障电流特性与传统同步发电机存在显著差异，使得传统基于短路电流特征的距离保护方法难以适应复杂的电网环境，可能导致保护误动或拒动。此外，移相变压器作为改善功率潮流分布和抑制环流的重要设备，其接入会改变配电网的等效阻抗和相位特性，进而影响故障电流的分布，使得传统固定整定的距离保护方案难以保证保护精度和可靠性。[0003]现有技术通常采用固定整定的方法对距离保护进行配置，但在含移相变压器和分布式逆变电源的有源配电网中，由于故障电流受移相变压器绕组参数、分布式电源控制策略及网络拓扑结构的影响，固定整定的保护难以兼顾不同运行工况，整定参数往往需要人工干预，无法实现自适应调整。部分研究提出基于阻抗计算或分支系数修正的方法对距离保护进行优化，但这些方法通常未考虑移相变压器的动态特性，或者未能建立整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系，导致保护方案在实际运行中仍存在适应性不足的问[0004]因此，针对含移相变压器的有源配电网，迫切需要一种能够自适应调整保护参数的距离保护方法，以确保在不同运行工况下均能准确识别故障，并优化保护整定，提升配电网的安全性和稳定性。发明内容[0005]为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方法及系统。[0006]本发明采用如下的技术方案。[0007]本发明的第一方面提供了一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护方[0008]确定移相变压器输入输出电压之间的关系，建立移相变压器的等效阻抗模型；[0009]根据移相变压器的等效阻抗模型，确定移相变压器接入配电网引起的网络运行模式变化，根据网络运行模式变化分析配电网中分布式逆变电源在不同故障类型下的正序、负序和零序电流特性；[0010]根据分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数、负序分支系数和零序分支系数；[0011]利用修正后的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器当前运行状态的等效阻抗，确定距离保护第二阶段保护的整定阻抗初值，以整定阻抗初值为基准建立距离保护8[0017]根据移相变压器输入电压和输出电压，以如下式构建移相变压器的等效阻抗模9[0042]当零序分量幅值低于接地判别阈值，而负序分量幅值超过非对称故障判别阈值[0045]在判定故障类型后，引入逆变电源的故障特性参数a和b,以如下式表示逆变电源[0052]以如下式计算两相相间故障的分支系数：[0054]式中，I₂表示基准支路电流；I₃表示故障支路电相之间的阻抗；e表示移相变压器的相位移因子；Z1QM表示移相变压器至故障点QM段的正段的负序阻抗；ZzPQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的负序阻抗；Z1s表示分布式逆变电源至故障点S段的正序阻抗；Z1PQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的正序阻抗；Es表示分布式[0055]优选地，所述利用修正后的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器当前运行状态的等效阻抗，确定距离保护第二阶段保护的整定阻抗初值，包括：[0056]将分支系数K₆与等效阻抗模型Zeq相结合，以如下式计算整定阻抗初值Zset4:[0059]优选地，所述以整定阻抗初值为基准建立距离保护第二阶段保护的整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系，包括：[0060]根据整定阻抗初值Zset4和移相变压器等效阻抗Zeq,以如下式构建整定阻抗随移相变压器等效阻抗变化的映射关系：[0063]优选地，所述根据配电网闭环点两侧的相位角差实时变化，动态改变移相变压器[0064]获取配电网闭环点左侧与右侧的相电压Uleft和Uright,计算两侧的电压相位角θ1eft11[0067]若△θ₁>△θth,则选择绕组匝数比大于当前绕组匝数比r和nB的抽头；[0068]若△θ₁<△θth,则选择绕组匝数比小于当前绕组匝数比r和nB的抽头。[0069]优选地，所述利用整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系实时更新距离保护第二阶段保护的整定阻抗值，包括：[0071]当抽头位置发生变化时，获取新的绕组匝数比n”和n"Bw,以如下式计算更新后的移相变压器等效阻抗：[0073]根据建立的整定阻抗与等效阻抗的对应关系，计算更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值：[0075]式中，Zeg,new表示更新后的移相变压器等效阻抗；g(·)表示移相变压器等效阻抗计算函数；n”表示新的并联变压器绕组匝数比；n"Bw表示新的串联变压器绕组匝数比；ZT表示串联变压器的绕组阻；ZB表示并联变压器的绕组阻抗；Zset₄,new表示更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值。[0076]本发明的第二方面提供了一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护系统，包括：等效阻抗计算模块、网络运行模式分析模块、分支系数修正模块、整定阻抗计算模块以及自适应整定模块；[0077]等效阻抗计算模块，用于确定移相变压器输入输出电压之间的关系，并基于该关系建立移相变压器的等效阻抗模型；[0079]分支系数修正模块，用于基于分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数、负序分支系数和零序分支系数；[0080]整定阻抗计算模块，用于利用修正后的正序、负序和零序分支系数，结合移相变压器当前运行状态的等效阻抗，计算距离保护第二阶段保护的整定阻抗初值，基于整定阻抗初值，建立距离保护第二阶段保护的整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系；[0081]自适应整定模块，用于实时监测配电网闭环点两侧的相位角差，并根据相位角差变化动态调整移相变压器励磁变压器二次侧的抽头位置，使移相变压器的等效阻抗随之调整；进一步利用整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系，实时更新距离保护第二阶段保护的整定阻抗值，以实现保护参数的自适应整定。[0082]与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：[0083]本发明基于移相变压器的等效阻抗模型，结合分布式逆变电源的故障电流特性，实现正序、负序和零序分支系数的修正，提高距离保护整定的准确性，使其适应不同运行工附图说明[0084]图1是依照本发明实施例提供的单芯不对称移相变压器的差动保护方法的流程示[0089]下面将结合本发明实施例中的[0092]步骤1,确定移相变压器输入输出电压之间的关系，建立移相变压器的等效阻抗模[0109]为了保证距离IⅡ段保护动作的准确性与灵敏性，必须根据逆变电源的故障特性，[0112]步骤2.1,基于移相变压器的等效阻抗模型，以如下式计算移相变压器接入前后的线路等效阻抗变化量：[0114]以如下式计算移相变压器接入前后的线路电压相位变化量：[0116]步骤2.2,根据线路等效阻抗变化量△Zeq和电压相位变化量△θ器接入前后的潮流分布矩阵：器接入前线路的电压相位角；Pafter表示移相变压器接入后的潮流分布矩阵；Pbefore表示移相变压器接入前的潮流分布矩阵。[0119]步骤2.3,依据移相变压器接入配电网后的网络运行模式变化，构建配电网分别在单相接地故障和两相相间故障下含有移相变压器与分布式逆变电源的复合序网；[0120]步骤2.4,根据复合序网，确定两相相间故障下的故障特性参数和单相接地故障下的故障特性参数a、b,包括：[0121]如图3所示，是线路两相相间故障时复合序网图。以如下式计算两相相间故障的故障特性参数a:[0123]如图4所示，是线路单相相间故障时复合序网图。以如下式计算单相接地故障的故障特性参数a:[0125]以如下式单相接地故障的故障特性参数b:点QM段的负序阻抗；Z₂s表示分布式逆变电源至故障点S段的负序阻抗；ZzPQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的负序阻抗；Z1s表示分布式逆变电源至故障点S段的正序阻抗；Z1PQ表示故障点PQ至分布式逆变电源的正序阻抗；ZoQm表示移相变压器至故障点QM段的零序阻抗；Zoz表示配电网零序分量的合成等效阻抗；Es表示分布式逆变电源电压。[0128]步骤3,根据分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数、负序分支系数和零序分支系数；[0130]根据各种类型故障的复合序网图，可以得到所示的逆变电源外部网络特性，将逆[0131]在判定故障类型后，引入逆变电源的故障特性参数a和b,以如下式表示逆变电源相之间的阻抗；e表示移相变压器的相位移因子；Z1QM表示移相[0151]当零序分量幅值低于接地判别阈值，而负序分量幅值超过非对称故障判别阈值[0153]当有源配电网系统中接入了移相变压器，移相变压器会改变配电网中电流的相[0160]步骤4.1,将分支系数K₆与等效阻抗模型Zeq相结合，以如下式计算整定阻抗初值的抽头位置，以满足闭环要求。这种调整将改变连接线路中的绕组匝数，从而影响移相变压器的阻抗。[0164]假设两个电源的等效阻抗相等，并且线路长度的差异可以忽略不计。由于移相变压器的阻抗是可变的，因此选择和之间的最小值相当于比较Zset41和Zset42的大小。[0165]当线路BC上发生故障时，利用分支系数Kb计算保护整定范围。分接匝数对应于分接开关位置的设置。考虑到抽头匝数最小，移相变压器的等效阻抗显著降低。因此，当不考虑支线时，第二阶段保护的设置被确定为下限。[0166]步骤4.2,根据整定阻抗初值Zset₄和移相变压器等效阻抗Zeq,以如下式构建整定阻抗随移相变压器等效阻抗变化的映射关系：[0168]式中，f(·)表示基于电网运行数据拟合得到的整定阻抗调整函数。[0169]步骤5,根据配电网闭环点两侧的相位角差实时变化，动态改变移相变压器励磁变压器二次侧的抽头位置，使移相变压器的等效阻抗相应发生变化，利用整定阻抗与移相变压器等效阻抗之间的对应关系实时更新距离保护第二阶段保护的整定阻抗值，以实现保护参数的自适应整定。[0170]优选地，步骤5包括：[0171]步骤5.1,获取配电网闭环点左侧与右侧的相电压U1eft和Uright,计算两侧的电压相[0173]步骤5.2,将实时相位角差△θ1与预设门槛△θth进行对比：[0174]若△θ₁>△θth,则选择绕组匝数比大于当前绕组匝数比r和nB的抽头；则选择绕组匝数比小于当前绕组匝数比和nB的抽头。[0176]步骤5.3,获取当前励磁变压器的抽头配置包括励磁变压器二次侧设有多个抽头，每个抽头对应不同的绕组匝数比r和nB;[0177]步骤5.4,当抽头位置发生变化时，获取新的绕组匝数比n”和n"B,以如下式计算更新后的移相变压器等效阻抗：[0179]步骤5.5,根据建立的整定阻抗与等效阻抗的对应关系，计算更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值：[0181]式中，Zeg,new表示更新后的移相变压器等效阻抗；g(·)表示移相变压器等效阻抗计算函数；n”表示新的并联变压器绕组匝数比；n'"g"表示新的串联变压器绕组匝数比；Zr表示串联变压器的绕组阻；ZB表示并联变压器的绕组阻抗；Zset4,new表示更新后的距离保护第二阶段整定阻抗值。[0182]本发明的实例2提供了一种移相变压器在有源配电网中的距离自适应保护系统，包括：等效阻抗计算模块、网络运行模式分析模块、分支系数修正模块、整定阻抗计算模块以及自适应整定模块；[0183]等效阻抗计算模块，用于确定移相变压器输入输出电压之间的关系，并基于该关系建立移相变压器的等效阻抗模型；[0184]网络运行模式分析模块，用于基于移相变压器的等效阻抗模型，分析移相变压器接入配电网后引起的网络运行模式变化，并根据该变化计算配电网中分布式逆变电源在不同故障类型下的正序、负序和零序电流特性；[0185]分支系数修正模块，用于基于分布式逆变电源在不同故障类型下的电流特性，重新计算并修正配电网距离保护所采用的正序分支系数、负序分支系数和零序分支系数；[0186]整定阻