呂 曉，劉益青，郭 浩，薛嘉慧

（濟(jì)南大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

太陽(yáng)能資源與能源需求存在逆向分布特征，規(guī)模化光伏場(chǎng)站并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為我國(guó)能源電力布局的必然發(fā)展趨勢(shì)［1-2］。這種并網(wǎng)形式通過(guò)專用的送出線路將大型光伏場(chǎng)站接入電網(wǎng)，送出線路作為光伏場(chǎng)站電力外送的關(guān)鍵通道，其主保護(hù)電流差動(dòng)保護(hù)能否正確動(dòng)作對(duì)光伏能源高效利用和系統(tǒng)安全運(yùn)行十分重要。

目前，針對(duì)光伏并網(wǎng)送出線路保護(hù)的研究主要集中在相量差動(dòng)保護(hù)。文獻(xiàn)［3］分析了送出線路發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)相量差動(dòng)保護(hù)在并網(wǎng)系統(tǒng)為強(qiáng)、弱兩種情形下的動(dòng)作性能，研究結(jié)果表明，差動(dòng)保護(hù)在并網(wǎng)系統(tǒng)為弱系統(tǒng)時(shí)存在拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)［4］針對(duì)光伏并網(wǎng)送出線路發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)相量差動(dòng)保護(hù)靈敏度降低問(wèn)題，提出一種基于零序電流保護(hù)的改進(jìn)方案，提高了相量差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。由于相量差動(dòng)保護(hù)在計(jì)算過(guò)程中需要一定的數(shù)據(jù)窗，導(dǎo)致發(fā)生故障一個(gè)周波后才能發(fā)出跳閘指令，發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，動(dòng)作速度不夠快。而采樣值差動(dòng)保護(hù)能有效提高保護(hù)的動(dòng)作速度，故在實(shí)際工程中得到較廣的應(yīng)用［5］。然而，由于采樣值的離散性和采樣初始時(shí)刻的隨機(jī)性，使得用差動(dòng)電流值表示的動(dòng)作特性存在一定的模糊區(qū)［6］。當(dāng)保護(hù)定值處于模糊區(qū)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作情況不確定，容易發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。受逆變器控制策略影響，光伏輸出電流含有3 次諧波［7］，導(dǎo)致采樣值差動(dòng)保護(hù)模糊區(qū)變大，當(dāng)保護(hù)定值處于模糊區(qū)時(shí)，誤動(dòng)概率增大。故對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)模糊區(qū)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)前有學(xué)者提出基于兩側(cè)波形整體特性差異構(gòu)造的保護(hù)原理［8-9］，數(shù)據(jù)窗選取靈活，滿足速動(dòng)性要求，廣泛用于變壓器保護(hù)。文獻(xiàn)［10-11］分別利用余弦相似度和皮爾遜相關(guān)系數(shù)度量故障兩側(cè)暫態(tài)電流差異，從而提出基于暫態(tài)電流波形相似度的新原理，但其整定值需要進(jìn)一步研究。文獻(xiàn)［12］利用斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)度量?jī)蓚?cè)暫態(tài)電流波形差異，從而構(gòu)造了縱聯(lián)保護(hù)方案，在新能源不同工況下均表現(xiàn)出較好的動(dòng)作特性。因此，考慮采用斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系來(lái)表征諧波含量的大小，構(gòu)造輔助判據(jù)，從而減小諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)模糊區(qū)的影響。

對(duì)光伏側(cè)短路電流中含有3 次諧波、系統(tǒng)側(cè)短路電流不含3 次諧波的模型進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)采樣值差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于光伏場(chǎng)站送出線路時(shí)性能下降，并提出一種基于斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)的保護(hù)改進(jìn)方案，通過(guò)PSCAD仿真驗(yàn)證該方案的有效性。

1 光伏并網(wǎng)建模

為了分析送出線路發(fā)生故障時(shí)，光伏場(chǎng)站諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響，對(duì)光伏并網(wǎng)進(jìn)行建模。圖1 為光伏場(chǎng)站經(jīng)送出線路并網(wǎng)時(shí)的典型主接線示意圖。圖中：iW、iS分別為光伏側(cè)和系統(tǒng)側(cè)電流；K1、K2表示故障位置；CB1、CB2 為差動(dòng)保護(hù)安裝位置。

圖1 光伏場(chǎng)站并網(wǎng)時(shí)典型主接線

電力系統(tǒng)故障時(shí)的短路電流中除基頻分量外，還包含衰減直流分量與高次諧波等［13］。故建立光伏側(cè)iW、系統(tǒng)側(cè)iS理想電流模型如式（1）所示，包含基頻分量、高次諧波、衰減直流分量等。

式中：IW、IS分別為光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)基波分量幅值；α1為基波初相角，取α1=0；ω為角頻率；p為諧波次數(shù)；?為光伏場(chǎng)站側(cè)和系統(tǒng)側(cè)之間的電流相位差；IW(p)、IS(p)分別為光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)p次諧波分量幅值；αp為p次諧波分量初相角；?p為光伏場(chǎng)站側(cè)和系統(tǒng)側(cè)之間的p次諧波電流相位差；IW0、IS0分別為光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)衰減直流分量初始值；Ta1、Ta2為光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)衰減時(shí)間常數(shù)。

為分析光伏場(chǎng)站輸出3 次諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響，基于光伏、系統(tǒng)的故障特性對(duì)式（1）進(jìn)行簡(jiǎn)化，可得

式中：IW3=km?IW，km為3 次諧波分量幅值與基波分量幅值的比，3 次諧波含量最大可達(dá)到40%［7］，取km=0～0.4；α3為3 次諧波相角相對(duì)基波相角的變化范圍，取α3=-180°～180°。

為了與式（2）所示的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行對(duì)比分析，建立基波模型如式（3）所示。

2 采樣值差動(dòng)保護(hù)基本原理

采樣值差動(dòng)元件的動(dòng)作判據(jù)為［6］

式中：id為差動(dòng)電流，取id=|iW+iS|，規(guī)定母線流向線路的方向?yàn)殡娏髡较?；ir為制動(dòng)電流，取ir=［6］；id0為保護(hù)啟動(dòng)電流；k為比例制動(dòng)系數(shù)，取k=0.3。

為保證式（4）判據(jù)的正確性，必須采用重復(fù)多次判別的方法，即對(duì)連續(xù)R次采樣值進(jìn)行判別，當(dāng)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)大于S時(shí)，保護(hù)動(dòng)作；當(dāng)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)小于S時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作；而當(dāng)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)等于S時(shí)，定義為采樣值差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作模糊區(qū)。該判別方法稱為采樣值差動(dòng)的R/S判據(jù)［5］。

3 諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響

3.1 理論分析

當(dāng)差動(dòng)電流有效值Id＞Imax時(shí)，采樣值差動(dòng)元件可靠動(dòng)作，Imax定義為模糊區(qū)上限；當(dāng)Id＜Imin時(shí)，采樣值差動(dòng)元件可靠不動(dòng)作，Imin定義為模糊區(qū)下限。當(dāng)Id∈[Imin，Imax]時(shí)，保護(hù)動(dòng)作情況不確定。因此，通過(guò)模糊區(qū)變化情況可間接得出諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響：若光伏側(cè)含3 次諧波的采樣值差動(dòng)保護(hù)相比于只含基波的保護(hù)模糊區(qū)變大，則差流位于模糊區(qū)時(shí)，保護(hù)容易發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)。

模糊區(qū)的大小受R、S值及每周波采樣點(diǎn)數(shù)N的影響。下文以R-S=3為例進(jìn)行分析，R-S為其他取值時(shí)，分析思路相同。

1）判據(jù)1：id≥id0。

判據(jù)id≥id0的模糊區(qū)上、下限如圖2 所示。第（n-1）和（n+2）個(gè)采樣點(diǎn)處于臨界狀態(tài)時(shí)，差動(dòng)電流id幅值略微減小，就會(huì)出現(xiàn)4 個(gè)點(diǎn)不滿足id≥id0判據(jù)，保護(hù)不動(dòng)作，只要（n-1）點(diǎn)左移或右移，就會(huì)出現(xiàn)3 個(gè)點(diǎn)不滿足id≥id0判據(jù)，保護(hù)動(dòng)作，故差動(dòng)電流id幅值略微減小，保護(hù)動(dòng)作情況不確定；同理，id幅值略微增大，不滿足id≥id0判據(jù)的采樣點(diǎn)有2 點(diǎn)或3點(diǎn)，滿足判據(jù)的點(diǎn)數(shù)為S+1 或S，即滿足判據(jù)的點(diǎn)數(shù)大于S時(shí)，保護(hù)必定動(dòng)作。所以，圖2（a）所示差動(dòng)電流即為動(dòng)作模糊區(qū)的上限，此時(shí)有

式中：I0為保護(hù)的整定門檻值。

化簡(jiǎn)式（5），得

圖2（b）為判據(jù)id≥id0模糊區(qū)的下限示意圖。與模糊區(qū)上限分析思路相同，滿足判據(jù)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)小于S時(shí)，保護(hù)必定不動(dòng)作。此時(shí)有

化簡(jiǎn)式（7）可得

圖2 判據(jù)id≥id0模糊區(qū)的上下限

由式（6）和式（8）得，判據(jù)id≥id0模糊區(qū)Id為

只含基波，id≥id0模糊區(qū)為［6］

當(dāng)km=0～0.4，α3=-180°～180°時(shí)，存在km=0.4，α3=-67.5°使式（9）和式（10）上限相等，比較下限大小，可得模糊區(qū)變化情況。即：

由式（11）和式（12）得，模糊區(qū)上限相同時(shí)，由于含3 次諧波的模糊區(qū)下限變小，因此光伏并網(wǎng)線路采樣值差動(dòng)保護(hù)的模糊區(qū)變大。光伏側(cè)電流若只含有基波分量，發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，Id＜Imin，采樣值差動(dòng)保護(hù)將不受采樣初始時(shí)刻影響而必定不動(dòng)作。當(dāng)光伏含有3 次諧波時(shí)Imin變小，此時(shí)Id＞Imin，差動(dòng)電流位于模糊區(qū)內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作情況不確定，抗區(qū)外故障能力下降，容易發(fā)生誤動(dòng)。

2）判據(jù)2：id≥k?ir。

如果差動(dòng)電流與制動(dòng)電流完全同相或反相，且id=k?ir時(shí)，此時(shí)的Id/Ir（Ir為制動(dòng)電流的有效值）即為判據(jù)id≥k?ir模糊區(qū)的下限值［6］，即kmin=Id/Ir。

當(dāng)差流與制動(dòng)電流相差90°，過(guò)零點(diǎn)位于第n和第（n+1）個(gè)采樣點(diǎn)中間且第（n-1）和（n+2）個(gè)采樣點(diǎn)處于臨界狀態(tài)時(shí)，如圖3 所示，此時(shí)Id/Ir為模糊區(qū)的上限值kmax，即

只含基波，id≥k?ir模糊區(qū)上限為［6］

圖3 判據(jù)id≥k ?ir模糊區(qū)的上限

存在km=0.4，α3=-67.5°，使得

由式（16）得，光伏側(cè)含3 次諧波的模糊區(qū)上限變大，由于下限kmin=k保持不變，故模糊區(qū)范圍變大。光伏側(cè)電流若只含有基波分量，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，Id＞Imax，采樣值差動(dòng)保護(hù)必定動(dòng)作。當(dāng)光伏側(cè)含3次諧波時(shí)Imax變大，此時(shí)Id＜Imax，差動(dòng)電流Id位于模糊區(qū)內(nèi)，保護(hù)動(dòng)作情況不確定，靈敏度降低。

綜上，當(dāng)模糊區(qū)上限Imax不變，下限Imin變小時(shí)，發(fā)生區(qū)外故障，抗區(qū)外故障能力下降，保護(hù)容易誤動(dòng)。當(dāng)模糊區(qū)下限不變，上限Imax變大時(shí)，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)的靈敏度降低。

為了驗(yàn)證光伏并網(wǎng)送出線路諧波對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響。首先對(duì)保護(hù)的靈敏度、抗區(qū)外故障能力進(jìn)行闡述。

臨界值?0為保護(hù)動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)電流相位差。?0越大，表示區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的靈敏度越大。區(qū)外故障時(shí)，光伏側(cè)、系統(tǒng)側(cè)電流差在180°附近，滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)越大，保護(hù)越容易發(fā)生誤動(dòng)。故可通過(guò)兩側(cè)相位差取180°時(shí)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)量來(lái)衡量抗區(qū)外故障能力。因此，針對(duì)含有光伏和不含光伏的兩種模型，比較其滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)量變化及?0取值，可分析光伏逆變器輸出3 次諧波對(duì)保護(hù)的影響。

3.2 仿真分析

為了研究臨界值?0和滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)受諧波影響時(shí)的變化情況，通過(guò)MATLAB 搭建式（2）所示含3 次諧波的電流模型，仿真結(jié)果如圖4 和圖5 所示。坐標(biāo)x表示式（2）中的兩側(cè)電流相位差?，坐標(biāo)y表示3 次諧波的含量或相位，坐標(biāo)z是滿足保護(hù)式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)。

1）固定諧波相位：0°、60°、90°、180°分析3 次諧波含量、送出線路兩側(cè)相位差取值變化對(duì)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)的影響，見(jiàn)圖4。

圖4 3次諧波幅值對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響

根據(jù)圖4 得，3 次諧波相位取90°、3 次諧波含量取40%，對(duì)保護(hù)的影響最嚴(yán)重。

2）固定諧波含量：0、10%、25%、40%。分析3 次諧波相位、送出線路兩側(cè)相位差取值變化對(duì)滿足判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)的影響，見(jiàn)圖5。

圖5 3次諧波相位對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)的影響

根據(jù)圖5 得，3 次諧波含量取40%、3 次諧波相位取90°時(shí)，對(duì)保護(hù)影響最嚴(yán)重。

取不含諧波和3 次諧波影響最大2 種情況進(jìn)行研究，即諧波含量IW3=0 和3 次諧波含量IW3=40%?IW、相位α3=90°，得到滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)隨兩側(cè)相位由-180°到180°變化時(shí)的曲線，如圖6所示。

圖6 2種情況（不含諧波、3次諧波影響最大）比較

由圖6 得，采樣值差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)電流按式（3）計(jì)算時(shí)，動(dòng)作邊界為［-105°，105°］；兩側(cè)電流按式（2）計(jì)算時(shí)，由于3 次諧波的影響保護(hù)動(dòng)作的兩側(cè)相位差變?yōu)椋?90°，90°］。相比于不含諧波情況區(qū)內(nèi)故障兩側(cè)相位差臨界值減小了15°，靈敏度降低。在兩側(cè)相位差為180°時(shí)，滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)目由4 增加到16，保護(hù)的抗區(qū)外故障能力下降，容易誤動(dòng)。

由于采樣值差動(dòng)保護(hù)具有良好的速動(dòng)性，在工程中得到較廣泛的應(yīng)用。然而，在光伏并網(wǎng)送出線路中，通過(guò)理論分析及仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：受光伏場(chǎng)站諧波影響，發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，采樣值差動(dòng)保護(hù)靈敏度降低；區(qū)外故障時(shí)，容易發(fā)生誤動(dòng)，故須對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)。

4 改進(jìn)方案

4.1 保護(hù)判據(jù)構(gòu)造及實(shí)現(xiàn)

由于電流差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)按每一個(gè)采樣值分別進(jìn)行判斷，且采樣初始時(shí)刻的隨機(jī)性，采樣值差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性存在模糊區(qū)，受光伏場(chǎng)站諧波影響，模糊區(qū)顯著增大。

斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)是用來(lái)度量2 個(gè)波形整體相關(guān)程度的一種方法，不需要按每一個(gè)采樣值分別進(jìn)行判斷，可從原理上消除模糊區(qū)問(wèn)題。因此，可利用斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)來(lái)減小采樣值差動(dòng)保護(hù)的模糊區(qū)影響，具體思路為：

滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)大于S時(shí)，保護(hù)動(dòng)作；滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)小于S時(shí)，保護(hù)不動(dòng)作；當(dāng)滿足式（4）判據(jù)的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)等于S時(shí)，故障電流處于采樣值差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作模糊區(qū)，則投入基于斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)的判據(jù)作為輔助判據(jù)。

任意2個(gè)波形的斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)ρ為［12］

式中：N為一個(gè)窗長(zhǎng)的采樣點(diǎn)數(shù)；dx為依據(jù)秩次數(shù)列的計(jì)算方法得到的秩次差數(shù)列值［14］。即把光伏逆變器輸出電流波形iW=｛iW1，iW2，…，iWN｝按升序得到排序數(shù)列a=｛a1，a2，…，aN｝，將光伏側(cè)電流iW內(nèi)每個(gè)采樣值iWx在數(shù)列a中的位置記為sx，稱其為電流iWx的秩次，從而可得光伏側(cè)電流iW對(duì)應(yīng)的秩次數(shù)列s。將系統(tǒng)輸出電流iS=｛iS1，iS2，…，iSN｝按同樣方式得到對(duì)應(yīng)的秩次數(shù)列t。將數(shù)列s、t內(nèi)每個(gè)秩次數(shù)對(duì)應(yīng)相減得到秩次差數(shù)列d=｛d1，d2，…，dN｝。

規(guī)定母線流向線路的方向?yàn)殡娏髡较?。?dāng)輸電線路發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，兩側(cè)檢測(cè)的電流波形相反，則ρ的數(shù)值接近-1。當(dāng)輸電線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，由于取光伏場(chǎng)站容量接近系統(tǒng)側(cè)，兩側(cè)檢測(cè)的暫態(tài)電流波形相似，則ρ的數(shù)值接近1，故可根據(jù)ρ從-1到1的明顯變化構(gòu)造輔助判據(jù)

式中：ρset為整定閾值，計(jì)及電流互感器10%誤差及考慮5%的裕度，取ρset=-0.85。

當(dāng)滿足式（18）判據(jù)時(shí)，光伏并網(wǎng)送出線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)動(dòng)作；反之，發(fā)生區(qū)外故障，保護(hù)不動(dòng)作。

所提改進(jìn)保護(hù)方案的整體流程如圖7 所示。保護(hù)啟動(dòng)后，若滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)大于S，保護(hù)判為區(qū)內(nèi)故障；若滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)小于S，保護(hù)判為區(qū)外故障；若滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)等于S，在該數(shù)據(jù)窗內(nèi)根據(jù)式（17）相關(guān)系數(shù)計(jì)算值進(jìn)行判斷，若滿足式（18）判據(jù)，則判定送出線路發(fā)生了區(qū)內(nèi)故障，該相即為故障相，則保護(hù)直接動(dòng)作出口，否則該相判為非故障相，對(duì)應(yīng)相的保護(hù)不動(dòng)作。

4.2 仿真分析

在PSCAD 中搭建圖1 所示仿真模型。光伏場(chǎng)站額定容量為100 MW。35 kV送出線路長(zhǎng)40 km，單位長(zhǎng)度的正序阻抗為z1=(0.076+j0.338)Ω/km、零序阻抗為z0=(0.284+j0.824)Ω/km。以點(diǎn)K1、K2發(fā)生故障為例，故障初始時(shí)刻t=0.2 s，故障持續(xù)時(shí)間為0.06 s。分別設(shè)置故障類型為：BC兩相故障、BC兩相接地故障、三相故障。將錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)入MATLAB，通過(guò)MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn)圖7 保護(hù)方案流程，得到大量的仿真結(jié)果。仿真項(xiàng)目包括正常運(yùn)行、區(qū)外故障和區(qū)內(nèi)故障，區(qū)內(nèi)故障包括送出線路出口、中點(diǎn)和末端的不同位置，故障類型包括三相故障、相間故障和兩相接地故障。限于篇幅，僅以區(qū)內(nèi)、區(qū)外BC 兩相故障為例進(jìn)行分析。

圖7 改進(jìn)后保護(hù)整體方案流程

1）區(qū)內(nèi)K1點(diǎn)故障。

在K1點(diǎn)設(shè)置BC 兩相故障，故障時(shí)刻t=0.2 s，3次諧波有效值變化如圖8（a）所示，3次諧波與基波的比例關(guān)系如圖8（b）所示?？芍猼=0.207 s時(shí)，光伏側(cè)故障電流中3 次諧波含量為39.26%，這與3.2 節(jié)仿真中考慮的3 次諧波最大40%相當(dāng)。記錄故障數(shù)據(jù)，并通過(guò)MATLAB 程序?qū)崿F(xiàn)圖7 保護(hù)方案流程，得到改進(jìn)方案的動(dòng)作結(jié)果如圖9所示。

圖8 送出線路發(fā)生故障時(shí)諧波含量

圖9 區(qū)內(nèi)故障保護(hù)動(dòng)作情況

由圖9 可知，區(qū)內(nèi)故障時(shí)，滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)大于S點(diǎn)時(shí)，保護(hù)方案直接動(dòng)作；滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)等于S時(shí)（位于采樣值差動(dòng)判據(jù)的模糊區(qū)），根據(jù)式（17）計(jì)算的斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)值ρ=0.65，滿足判據(jù)式（18），保護(hù)靈敏動(dòng)作。

2）區(qū)外K2點(diǎn)故障。

在K2點(diǎn)設(shè)置BC 兩相故障，得到仿真結(jié)果如圖10所示。

由圖10 可知，K2處區(qū)外故障，滿足式（4）判據(jù)的點(diǎn)數(shù)小于S點(diǎn)，保護(hù)方案不動(dòng)作。

圖10 區(qū)外故障保護(hù)動(dòng)作情況

綜上仿真結(jié)果可知，改進(jìn)保護(hù)方案在區(qū)內(nèi)故障時(shí)能可靠動(dòng)作、區(qū)外故障時(shí)可靠不動(dòng)。當(dāng)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，光伏側(cè)短路電流的諧波含量遠(yuǎn)高于系統(tǒng)側(cè)，由于兩側(cè)諧波含量的差異導(dǎo)致兩側(cè)電流的相關(guān)性降低，根據(jù)斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)可靈敏確定為區(qū)內(nèi)故障，彌補(bǔ)了由于諧波導(dǎo)致采樣值差動(dòng)保護(hù)性能下降的不足。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)場(chǎng)站側(cè)短路電流中含有3 次諧波、系統(tǒng)側(cè)短路電流不含3 次諧波的模型進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)3 次諧波導(dǎo)致采樣值差動(dòng)保護(hù)的固有模糊區(qū)增大，從而使光伏場(chǎng)站并網(wǎng)送出線路采樣值差動(dòng)保護(hù)性能下降，甚至?xí)霈F(xiàn)區(qū)外故障誤動(dòng)、區(qū)內(nèi)故障靈敏度下降的嚴(yán)重問(wèn)題。

針對(duì)采樣值差動(dòng)保護(hù)在光伏場(chǎng)站送出線路性能下降的問(wèn)題，提出了一種基于斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)的保護(hù)改進(jìn)方案，該方案仍以采樣值差動(dòng)判據(jù)為主判據(jù)，僅在采樣值差動(dòng)判據(jù)的模糊區(qū)投入基于斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)判據(jù)作為輔助判據(jù)。通過(guò)PSCAD搭建的光伏場(chǎng)站送出線路模型驗(yàn)證了該方案是有效的。