基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案

刘世明; 赵永森; 王波; 赵文琛; 游欢欢; 南天琦

doi:10.7500/AEPS20211124002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案
- Phase Differential Protection Scheme of Active Distribution Network Based on Optical Current Transformer
- 电力系统自动化 2022年46卷第22期页码：173-181
- 作者机构：
  
  1.电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学),山东省济南市 250061
  2.广东电网有限责任公司广州供电局,广东省广州市 510620
- 作者简介：
  
  刘世明(1972—)，男，博士，教授，主要研究方向：继电保护及变电站自动化、嵌入式系统应用及开发等。E-mail：lsm@sdu.edu.cn
  赵永森(1997—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：有源配电网保护。E-mail：201934347@mail.sdu.edu.cn
  王波(1996—)，男，硕士研究生，主要研究方向：直流线路故障分析与保护。E-mail：201934312@mail.sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51677108);已申请国家发明专利（申请号：ZL202010065338.0）
- DOI：10.7500/AEPS20211124002
  中图分类号：
- 收稿：2021-11-24，
  
  修回：2022-03-02，
  
  网络出版：2022-10-20，
  
  纸质出版：2022-11-25
- 稿件说明：
移动端阅览
刘世明,赵永森,王波等.基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案[J].电力系统自动化,2022,46(22):173-181.

LIU Shiming,ZHAO Yongsen,WANG Bo,et al.Phase Differential Protection Scheme of Active Distribution Network Based on Optical Current Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):173-181.
刘世明,赵永森,王波等.基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案[J].电力系统自动化,2022,46(22):173-181. DOI： 10.7500/AEPS20211124002.

LIU Shiming,ZHAO Yongsen,WANG Bo,et al.Phase Differential Protection Scheme of Active Distribution Network Based on Optical Current Transformer[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):173-181. DOI： 10.7500/AEPS20211124002.

摘要

分布式电源的接入改变了配电网的网络结构和故障特性，导致传统的三段式电流保护难以适用。纵联差动保护可以有效解决有源配电网中保护失效问题，但是存在通信通道和数据同步的问题。光学电流互感器具备功耗低、电绝缘性好等特点，但是受限于温度等因素的影响，难以在配电网中广泛应用。文中提出一种基于光学电流互感器的有源配电网相差保护方案。该方案通过光学电流互感器将电流信号转化为光强信号，然后通过光纤将对端光强信号传递至本端，有效地解决了纵联保护的通信通道和数据同步问题。方案采用相位差动保护，避免了温度和光源变化对光学电流互感器的影响。最后，仿真和动模实验验证了所提方案的可行性。

Abstract

The access of distributed generators has changed the network structure and fault characteristics of distribution networks

which makes the traditional three-section current protection difficult to adapt. The pilot differential protection can effectively solve the problem of protection failure in active distribution networks

but there are problems of communication channel and data synchronization. Optical current transformer (OCT) has the characteristics of low power consumption and good electrical insulation

but it is difficult to be widely used in the distribution network due to the influence of temperature and other factors. A phase differential protection scheme of active distribution network based on OCT is proposed. The scheme converts current signal into light intensity signal through OCT

and then transmits the light intensity signal on the opposite end to the local end through optical fibers

which effectively solves the communication channel and data synchronization problems of pilot protection. The phase differential protection is adopted to avoid the influence of temperature and light source changes on the OCT. Finally

the feasibility of the proposed scheme is verified by simulation and dynamic simulation experiments.

关键词

Keywords

references

李振钊，王增平，张玉玺，等 . 基于升维线性规划的主动配电网故障区段定位方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 122 - 132 .

LI Zhenzhao ， WANG Zengping ， ZHANG Yuxi ， et al . Fault section location method for active distribution network based on linear programming with ascending dimension ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 24 ）： 122 - 132 .

马钊，周孝信，尚宇炜，等 . 未来配电系统形态及发展趋势［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1289 - 1298 .

MA Zhao ， ZHOU Xiaoxin ， SHANG Yuwei ， et al . Form and development trend of future distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1289 - 1298 .

王开科，熊小伏，肖扬，等 . 基于负序电流的主动配电网单相断线故障保护方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 6 ）： 10 - 18 .

WANG Kaike ， XIONG Xiaofu ， XIAO Yang ， et al . Single-phase break fault protection method for an active distribution network based on negative sequence current ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 6 ）： 10 - 18 .

GHOLAMI M ， ABBASPOUR A ， MOEINI-AGHTAIE M ， et al . Detecting the location of short-circuit faults in active distribution network using PMU-based state estimation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 1396 - 1406 .

张雪松，马啸，章雷其，等 . 有源配电网含不可测分支线路新型电流幅值差动保护判据［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 2 ）： 76 - 84 .

ZHANG Xuesong ， MA Xiao ， ZHANG Leiqi ， et al . Novel current amplitude differential protection criterion for line with unmeasurable branch in active distribution network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 2 ）： 76 - 84 .

王珊珊，吕飞鹏，张国星 . 含分布式电源多点接入的配电网新型纵联保护［J］. 电测与仪表， 2020 ， 57 （ 4 ）： 49 - 54 .

WANG Shanshan ， LV Feipeng ， ZHANG Guoxing . New longitudinal protection of distribution network with multi-point access of distributed generation ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2020 ， 57 （ 4 ）： 49 - 54 .

HAN B ， LI H ， WANG G ， et al . A virtual multi-terminal current differential protection scheme for distribution networks with inverter-interfaced distributed generators ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 5418 - 5431 .

肖繁，夏勇军，张侃君，等 . 含新能源接入的配电网网络化保护原理研究［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊2 ）： 709 - 719 .

XIAO Fan ， XIA Yongjun ， ZHANG Kanjun ， et al . Research on a principle of networked protection in distribution network with renewable energy sources ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ Supplement 2 ）： 709 - 719 .

王志远，高湛军，张健磊，等 . 考虑短路及断线故障的有源配电网保护［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 133 - 141 .

WANG Zhiyuan ， GAO Zhanjun ， ZHANG Jianlei ， et al . Protection for active distribution network considering short-circuit and broken-line faults ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 133 - 141 .

李振钊，王增平，张玉玺，等 . 基于升维线性规划的主动配电网故障区段定位方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 24 ）： 122 - 132 .

曾德辉，王钢，郭敬梅，等 . 含逆变型分布式电源配电网自适应电流速断保护方案［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 86 - 92 .

ZENG Dehui ， WANG Gang ， GUO Jingmei ， et al . Adaptive current protection scheme for distribution network with inverter-interfaced distributed generators ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 86 - 92 .

孙景钌，李永丽，李盛伟，等 . 含逆变型分布式电源配电网自适应电流速断保护［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 14 ）： 71 - 76 .

SUN Jingliao ， LI Yongli ， LI Shengwei ， et al . Study on adaptive current instantaneous trip protection scheme for distribution network with inverter interfaced DG ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 14 ）： 71 - 76 .

陈晓龙，李永丽，谭会征，等 . 含逆变型分布式电源的配电网自适应正序电流速断保护［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 9 ）： 107 - 112 .

CHEN Xiaolong ， LI Yongli ， TAN Huizheng ， et al . An adaptive instantaneous trip protection based on positive-sequence current for distribution network with IBDG ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 9 ）： 107 - 112 .

MA J ， WANG X ， ZHANG Y G ， et al . A novel adaptive current protection scheme for distribution systems with distributed generation ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2012 ， 43 （ 1 ）： 1460 - 1466 .

MAHAT P ， CHEN Z ， BAK-JENSEN B ， et al . A simple adaptive overcurrent protection of distribution systems with distributed generation ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2011 ， 2 （ 3 ）： 428 - 437 .

GAO H ， LI J ， XU B . Principle and implementation of current differential protection in distribution networks with high penetration of DGs ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 565 - 574 .

段建东，崔帅帅，刘吴骥，等 . 基于电流频率差的有源配电网线路保护［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 11 ）： 2927 - 2934 .

DUAN Jiandong ， CUI Shuaishuai ， LIU Wuji ， et al . Line protection based on current frequency difference for active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 11 ）： 2927 - 2934 .

徐萌，邹贵彬，高磊，等 . 含逆变型分布式电源的配电网正序阻抗纵联保护［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 93 - 99 .

XU Meng ， ZOU Guibin ， GAO Lei ， et al . Pilot protection of positive sequence impedance for distribution network with inverter-based distributed generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 93 - 99 .

司新跃，陈青，高湛军，等 . 基于电流相角突变量方向的有源配电网保护［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 11 ）： 97 - 103 .

SI Xinyue ， CHEN Qing ， GAO Zhanjun ， et al . Protection scheme for active distribution system based on directions of current phase angle variation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 11 ）： 97 - 103 .

ZHANG F ， MU L ， GUO W . An integrated wide-area protection scheme for active distribution networks based on fault components principle ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 392 - 402 .

牛耕，周龙，裴玮，等 . 低压有源配电网在线故障区间定位与识别方法［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2525 - 2539 .

NIU Geng ， ZHOU Long ， PEI Wei ， et al . On-line fault section location and classification technique for low voltage active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 9 ）： 2525 - 2539 .

XU Q ， XIE N ， WANG D ， et al . A linear optical current transducer based on Newton’s ring sub-wavelength grating ［J］. IEEE Sensors Journal ， 2018 ， 18 （ 17 ）： 7041 - 7046 .

谢楠，徐启峰，谭巧 . 采用牛顿环光栅的光学电压互感器相位延迟检测方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 8 ）： 185 - 191 .

XIE Nan ， XU Qifeng ， TAN Qiao . Phase delay detection method for optical voltage transformer based on Newton ring grating ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 185 - 191 .

李深旺，张国庆，于文斌，等 . 一种提高差分式光学电流互感器磁场抗扰度的新方法［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 36 ）： 157 - 163 .

LI Shenwang ， ZHANG Guoqing ， YU Wenbin ， et al . A novel method to improve magnetic field immunity of a differential optical current transducer ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 36 ）： 157 - 163 .

李岩松，张国庆，于文斌，等 . 自适应光学电流互感器［J］. 中国电机工程学报， 2003 ， 23 （ 11 ）： 100 - 105 .

LI Yansong ， ZHANG Guoqing ， YU Wenbin ， et al . Adaptive optical current transducer ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2003 ， 23 （ 11 ）： 100 - 105 .

WEI P ， CHENG C ， WANG X ， et al . A high-performance hybrid current transformer based on a fast variable optical attenuator ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 6 ）： 2656 - 2663 .

陈金玲，李红斌，刘延冰，等 . 一种提高光学电流互感器温度稳定性的新方法［J］. 电工技术学报， 2009 ， 24 （ 4 ）： 97 - 101 .

CHEN Jinling ， LI Hongbin ， LIU Yanbing ， et al . A novel method to improve the temperature stability of optical current transformer ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2009 ， 24 （ 4 ）： 97 - 101 .

徐丙垠 . 配电网继电保护与自动化［M］. 北京：中国电力出版社， 2017 .

XU Bingyin . Relaying protection and automation of distribution networks ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2017 .

光伏发电站接入电力系统技术规定： GB/T 19964—2012 ［S］. 2012 .

Technical requirements for connecting photovoltaic power station to power system ： GB/T 19964—2012 ［S］. 2012 .

WANG Weisheng ， CHI Yongning ， ZHANG Zhankui . Standard on connecting wind farms to power system ［J］. China Standardization ， 2016 ， 77 （ 2 ）： 88 - 91 .

BARAN M E ， WU F F . Network reconfiguration in distribution systems for loss reduction and load balancing ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1989 ， 4 （ 2 ）： 1401 - 1411 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于时域波形的有源配电网自适应电流差动保护

基于改进灵敏度分析的有源配电网智能软开关优化配置

有源配电网分布式故障自愈方案与实现

有源配电网分布式电源与智能软开关三层协调规划模型