CN102684175B - 一种微电网保护的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微电网保护的实现方法，微电网保护包括相互通讯的中央单元和多个就地单元，各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息一起通过光纤网络上送到中央单元，由中央单元将所有数据汇总，进行综合逻辑判断，确定微电网故障点，中央单元根据微电网故障点故障类型，将跳闸和闭锁信息发送给相应的就地单元，完成该就地单元的故障隔离。本发明的方法能够最大限度地保持微电网的稳定运行，快速定位和隔离微电网内的故障，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证微电网内非故障区域的正常供电；减少用户的停电时间，降低用户低电压的运行时间，减少分布式电源的启停机次数。
Description
技术领域
本发明涉及一种微电网保护的设计方法，属于电力继电保护和通讯技术领域。
背景技术
随着国际油价的不断飙升，以及二氧化碳排放引起的全球变暖环境问题，人们的目光转向了可再生能源，世界上各国家纷纷扶持风力发电、太阳能发电以及其它清洁发电技术。我国面对农村及偏远地区的缺电少电问题，也在大力发展新能源建设，风机发电、光伏发电属于间歇性能源，具有不稳定性，会引起系统电压的波动和闪变，因此我国采取将风机发电/光伏发电/储能等分布式能源组成微电网，就近接入当地配电网并网运行或孤网离网运行。现阶段微电网具有供电半径小、电网稳定性差等缺点，微电网的继电保护功能还在探索之中。
目前风机、光伏及储能逆变器均采取晶闸管控制技术，为了防止分布式能源接入对配电网的影响，风机、光伏及储能逆变器采取了限流措施，即故障时各逆变器输出电流缓慢上升，一般不大于两倍额定电流。为了系统的稳定运行，风机、光伏及储能逆变器要求具备低电压穿越（电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms）、反孤岛保护功能（微电网内电压/频率异常时最慢在6个周波切除新能源），因此继电保护装置必须紧密与之配合，在3周波之内切开故障，才能维持微电网的安全稳定运行。
传统的配电网继电保护装置分散安装，各保护装置的过流保护通过时序相互配合，这在时间上不能满足微电网的稳定要求，而风机、光伏及储能逆变器的限流作用，使得微电网内部故障时，随着分布式能源接入容量不同，提供的短路电流亦不同，可能出现较少分布式发电接入配电网的短路电流可能小于较多分布式发电接入配电网的负荷电流的情况，这使得定值整定极为困难，因此过电流保护不宜作为微电网的主保护。
目前的继电保护采用的是单元式保护原理，各保护装置根据自身的采集信息进行相应的逻辑判断，相互之间缺乏协调与配合，随着光纤技术的快速发展，电力系统自动化程度正在提高。近几年应用于电力系统的同步向量采集技术已经实现了对全网大规模的数据采集，其中IEEE1588协议约定网络同步时间小于10us，基于同步测量技术的广域保护正在成为一种新的发展方向。
发明内容
本发明的目的：
1、实现微电网内故障的快速定位和隔离，把故障的影响隔离在最小范围，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证微电网内非故障区域的正常供电。
2、实现微电网的广域保护模式，根据综合判断选择切除故障区域。
3、提高微电网内分布式发电设备和微电网内负荷的运行的稳定性，减小发电设备停机、用户负荷停电的几率。
本发明所采取的技术方案：
一种微电网保护的实现方法，其特征是，
微电网保护包括相互通讯的中央单元和多个就地单元，
各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息一起通过光纤网络上送到中央单元，
由中央单元将所有数据汇总，进行综合逻辑判断，确定微电网故障点，
中央单元根据微电网故障点故障类型，将跳闸和闭锁信息发送给相应的就地单元，完成该就地单元的故障隔离。
中央单元中包括数据处理、同步、通讯、逻辑判断和输出控制模块。就地单元中包括数据采集、同步、通讯、命令执行、出口模块。
所述就地单元中数据采集模块为电流互感器和/或电压互感器。
所述中央单元和就地单元之间通讯采用61850通讯标准，利用光纤网络，通过GOOSE机制实现高速的数据交换和相互闭锁。所述光纤网络采用双网冗余配置。
IEEE1588系统中同步时钟通过光纤网络，由中央单元采取多播方式，定时向网络发送，该网段的就地单元接受到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现高精度的时间同步。
根据故障点不同，微电网故障类型包括：分布式电源侧故障、微电网母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障。
微电网母线故障时，采用差动保护切开故障母线的所有边界开关，
逻辑判据如下：
差动电流：Ida=| 1+ 2+…+ n|
制动电流：Ira=| 1|+| 2|+…+| n|
差动动作判据：Ida>Izd且Ida/Ira>K，
其中，Izd为门槛定值，K为制动系数，I1～In为流入到差动区域的各分支电流。
分布式电源侧故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障时，使用复压闭锁方向过流保护，判据如下：
a.I>Izd,
b.复压元件启动,
c.方向流出微电网母线，
其中，Izd为门槛定值，I为检测点电流。
配电变低压侧故障时，采用复压闭锁过流保护逻辑判断。
本发明所达到的有益效果：
本发明的方法采用微电网的整体保护方案，能够最大限度地保持微电网的稳定运行，快速定位和隔离微电网内的故障，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证微电网内非故障区域的正常供电；减少用户的停电时间，降低用户低电压的运行时间，减少分布式电源的启停机次数。
附图说明
图1是微电网保护整体设计示意图；
图2是微电网通讯模型示意图；
图3是微电网模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。.
实施例1
如图1所示，微电网保护包括中央单元和就地单元，就地单元采用常规的CT/PT(电流互感器/电压互感器)，将模拟量采样数据加上时标，连同就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息通过光纤网络上送到中央单元，在中央单元处将各种数据汇总，进行综合逻辑判断后，将跳闸和闭锁信息发送给相应的就地单元，完成故障隔离。
如图2所示，中央单元和就地单元之间通讯采用61850通讯标准，利用快速光纤网络，通过GOOSE机制实现各单元之间高速的数据交换和相互闭锁，为了保证微电网保护的安全性和可靠性，光纤网络以双网络为佳。
IEEE1588系统中同步时钟通过光纤网络，由主设备采取多播方式，定时向网络发送，该网段的从设备接受到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现高精度的时间同步。微电网中各单元之间安装距离短，就地单元的A/D采样数据加装时标后上送到中央单元，仅会产生几微秒的误差，对于中央单元的矢量计算不会产生影响。
微电网内根据故障点不同分为几种：分布式电源侧故障、微电网母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障情况。
微电网母线故障时的电气特性为：微电网母线电压严重跌落，功率方向全部指向故障母线，采用差动保护能够快速地切开故障母线的所有边界开关，可以达到10ms完成逻辑判据。
差动电流：Ida=| 1+ 2+…+ n|
制动电流：Ira=| 1|+| 2|+…+| n|
差动动作判据：Ida>Izd且Ida/Ira>K，
其中，Izd为门槛定值，K为制动系数，I1～In为流入到差动区域的各分支电流。
使用差动保护可以提高灵敏性，不需要考虑和其他保护进行时序配合。
分布式电源侧故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障时的电气特性为：微电网母线电压严重跌落，电流变化不大，功率方向指向流出微电网母线，可以使用复压闭锁方向过流保护，判据如下：
a.I>Izd,
b.复压元件启动,
c.功率方向指向流出微电网母线，
其中，Izd为门槛定值，I为检测点电流。
配电变低压侧故障采用复压闭锁过流保护逻辑判断，不须考虑方向元件。因为配电变压器的高阻作用，低压侧故障时，只会造成低压母线复压元件启动，不会造成高压母线电压严重跌落。在时限上，配电变高侧故障瞬时动作，而配电变低侧故障则可以经过一个短延时。
为了防止TV（电压互感器）断线造成的误动作，复压元件应该进行综合判断，配电网高压侧有故障时，整个高侧的所有监测点复压元件均启动，而TV断线仅断线点的复压元件启动。
实施例2
以如图3所示的微电网模型为例，说明本发明的微电网保护的实现方法。微电网中包括与配电网连接的并网点开关点PCC、电源点DY1～DY4、分段开关FD、各分支高低压侧开关LA1H～LAnH、LA1L～LAnL、LB1H～LBnH、LB1L～LBnL安装就地单元，通过光纤与中央单元组成双网，通过GOOSE机制完成快速数据交换。中央单元包括两个差动区域，开关点PCC、电源点DY1～DY2、分段开关FD、高压侧开关LA1H～LAnH组成第一母线区域，电源点DY3～DY4、分段开关FD、低压侧开关LB1H～LBnH组成第二母线区域，中央单元通过就地单元上送的各种数据对两个区域进行监视，当某个母线有故障时，中央单元通过逻辑判断，向相应的就地单元发送跳闸命令瞬时跳开该故障区域的所有边界开关，保证非故障母线的正常运行。微电网母线区域外故障时，中央单元通过逻辑判断确定故障点，并发送跳闸命令给相应的就地单元断开故障点与微电网母线的连接。
配电网侧故障：如F1处故障时，中央单元通过采样数据判断出开关点PCC复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向开关点PCC就地装置发跳闸命令，断开开关点PCC，整个微电网转为离网V/F方式运行。
分布式电源侧故障：如F2处故障时，中央单元通过采样数据判断出DY1点复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向DY1点就地装置发跳闸命令，断开开关DY1,并向DG1发待机或停机命令。
微电网母线故障：如F3处故障时，中央单元通过采样数据判断出微电网第一母线区域差动动作，其他点的判据未动作，中央单元向开关点PCC、分段开关FD、电源点DY1、DY2就地装置发跳闸命令，断开这些开关,并向分布式电源DG1和储能系统PCS1发待机或停机命令。第二母线区域转为离网V/F方式运行。
配电变低压侧故障：如F4处故障时，中央单元通过采样数据判断出配电变低压侧LA1L点复压过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向LA1L点就地装置发跳闸命令，断开LA1L开关。
配电变高压侧故障：如F5处故障时，中央单元通过采样数据判断出配电变高压侧LAnH点复压闭锁方向过流动作，其他点的判据未动作，中央单元向LAnH点就地装置发跳闸命令，断开LAnH开关。
微电网母线故障：如F6处故障时，中央单元通过采样数据判断出微电网第二母线区域差动动作，其他点的判据未动作，中央单元向分段开关FD、电源点DY3、DY4就地装置发跳闸命令，断开这些开关,并向分布式电源DG2和储能系统PCS2发待机或停机命令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种微电网保护的实现方法，其特征是，
微电网保护包括相互通讯的中央单元和多个就地单元，
各就地单元将模拟量采样数据加上时标，与就地单元的开关量、事件信息、跳闸信息一起通过光纤网络上送到中央单元，
由中央单元将所有数据汇总，进行综合逻辑判断，确定微电网故障点，
中央单元根据微电网故障点故障类型，将跳闸和闭锁信息发送给相应的就地单元，完成该就地单元的故障隔离；
所述中央单元和就地单元之间通讯采用61850通讯标准，利用光纤网络，通过GOOSE机制实现高速的数据交换和相互闭锁；
IEEE1588系统中同步时钟通过光纤网络，由中央单元采取多播方式，定时向光纤网络发送，该光纤网络的就地单元接受到同步报文后，根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差，实现高精度的时间同步。
2.根据权利要求1所述的微电网保护的实现方法，其特征是，所述就地单元包括电流互感器和/或电压互感器。
3.根据权利要求1所述的微电网保护的实现方法，其特征是，所述光纤网络采用双网冗余配置。
4.根据权利要求1所述的微电网保护的实现方法，其特征是，根据故障点不同，微电网故障点故障类型包括：分布式电源侧故障、微电网母线故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障、配电变低压侧故障。
5.根据权利要求4所述的微电网保护的实现方法，其特征是，微电网母线故障时，采用差动保护切开故障母线的所有边界开关，
逻辑判据如下：
差动电流：Ida=| 1+ 2+…+ n|
制动电流：Ira=| 1|+| 2|+…+| n|
差动动作判据：Ida>Izd且Ida/Ira>K，
其中，Izd为门槛定值，K为制动系数， 1～ n为流入到差动区域的各分支电流。
6.根据权利要求4所述的微电网保护的实现方法，其特征是，分布式电源侧故障、配电网侧故障、配电变高压侧故障时，使用复压闭锁方向过流保护，判据如下：
a.I>Izd,
b.复压元件启动,
c.方向流出微电网母线，
其中，Izd为门槛定值，I为检测点电流。
7.根据权利要求1所述的微电网保护的实现方法，其特征是，配电变低压侧故障时，采用复压闭锁过流保护。
8.根据权利要求1所述的微电网保护的实现方法，其特征是，中央单元中包括数据处理、同步、通讯、逻辑判断和输出控制模块；就地单元中包括数据采集、同步、通讯、命令执行、出口模块。
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