CN101873007B - 微网继电保护、自动化一体化智能保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微网继电保护、自动化一体化智能保护系统。系统通过采集微网中所有设备的运行信息，预先分析微网的运行状态，当微网运行方式发生变化时，微网智能保护系统将分析出的最新运行方式并通过通讯网络下发给微网中各个智能设备，智能设备将自动根据当前运行方式，切换到与之对应的设置。微网智能保护系统内的设备可以微网的运行方式变化自适应的调整，解决了微网在并网与孤网两种模式下继电保护与自动化装置的不对应问题，系统还同时集成了微网的模式转换控制，实现了微网继电保护与自动化一体化。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种接入分布式电源的微网系统的继电保护和自动化技术。
背景技术
随着分布式发电技术的不断创新及常规能源的逐渐衰竭和环境污染的日益加重，世界各国日益关注分布式发电技术(Distributed Generation-DG)。
分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小型发电系统。分布式电源类型主要包括：微燃机、太阳能光伏电池、风力发电机、蓄电池、飞轮等。
现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分布式发电供能系统效能的最有效方式。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电网的联合运行系统，也可以独立地为当地负荷提供电力需求。该灵活运行模式大大提高了负荷侧的供电可靠性。同时，微网通过单点接入电网，可以减少大量小功率分布式电源接入电网后对传统电网的影响。另外，微网将分散的不同类型的小型发电源(分布式电源)组合起来供电，能够使小型电源获得更高的利用效率。
分布式电源并入配电系统后，对系统的短路电流、稳态潮流、无功电压配置等都将产生一系列的影响。分布式电源接入配电系统带来的这些变化有可能使保护的工作原理和动作逻辑均变得异常复杂，传统继电保护方法无法满足要求，限制了分布式电源技术的推广。
分布式电源以微网的形式接入配电网后，对传统的继电保护与自动化技术提出了新的要求：
1)在并网情况下，微网外部故障时，相应的保护能快速动作跳开故障开关，同时微网应迅速与主电网断开，独立对微网内负荷供电。
2)在并网情况下，微网内部故障时，保护应能准确的隔离故障，选择最小的停电区域。
3)在微网孤网运行情况下，保护装置应能自动适应运行模式的变化，自动切换适合孤网运行方式的保护配置，保护配置应能适应微网独立运行的特征，保证微网内部故障时故障切除具有选择性。
4)分布式电源不应影响备投、重合闸等自动化设备的正常运行。
5)微网与主电网失去联系时，微网保护控制系统应能可靠的检测出孤岛状态，并控制微网快速与主网脱离，转入计划的孤岛运行方式，不应出现不可预知的孤岛运行状态。
6)微网保护装置应该是具备测控、通讯等功能的数字式自动化装置。
发明内容
基于以上所述需求，并解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种微网继电保护、自动化一体化智能保护系统。
本发明具体采用以下技术方案：
一种微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，该系统包含微网智能管理装置、微网智能终端保护装置；其特征在于：
所述一体化智能保护系统通过微网智能管理装置采集由微网智能终端保护装置上报的微网所有开关的状态信息，分析微网的运行方式、即确定微网是并网还是孤网状态以及分布式电源的接入情况，当微网运行方式发生变化时，所述微网智能管理装置将分析出的最新运行方式通过通讯网络下发给微网中各个微网智能终端保护装置，微网智能终端保护装置将自动根据当前微网运行方式是并网状态还是孤网状态以及分布式电源接入情况，自适应的切换到对应的保护配置、即切换到与之对应的定值区设置。
所述一体化智能保护系统同时集成了微网的继电保护和模式转换控制功能，实现了微网继电保护与自动化一体化。
当发生故障时，微网智能管理装置收到各个智能终端保护装置上送的故障信息，故障分析处理模块通过终端上报故障电流的方向，确定故障隔离区域，向对应的故障区域开关下达跳闸命令，隔离故障；
微网并网转孤网或孤网转并网运行模式变化时，运行控制模块会控制断开分布式电源，并对分布式电源下达模式转换命令，使分布式电源工作在对应的模式下。
本发明的微网继电保护、自动化一体化智能保护系统解决了微网在并网与孤网两种模式下继电保护与自动化装置的不对应问题，系统还同时集成了微网的模式转换控制，实现了微网继电保护与自动化一体化。
附图说明
图1为微网智能保护系统示意图；
图2为一体化智能保护系统运行原理示意图；
图3为模式转换控制流程示意图。
具体实施方案
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
微网智能保护系统包括微网智能管理装置，微网智能终端保护装置。一体化智能保护系统通过微网智能管理装置采集由微网智能终端保护装置上报的微网所有开关的状态信息，分析微网的运行方式、即确定微网是并网还是孤网状态以及分布式电源的接入情况，当微网运行方式发生变化时，所述微网智能管理装置将分析出的最新运行方式通过通讯网络下发给微网中各个微网智能终端保护装置，微网智能终端保护装置将自动根据当前微网运行方式是并网状态还是孤网状态以及分布式电源接入情况，自适应的切换到对应的保护配置、即切换到与之对应的定值区设置。所述一体化智能保护系统同时集成了微网的继电保护和模式转换控制功能，实现了微网继电保护与自动化一体化。
如图1所示为微网智能保护系统示意图。微网智能系统的主要思想是通过通讯方式，让分布式的微网智能终端保护装置将开关状态、故障报告等信息集中到微网智能管理装置，微网智能管理装置集中了微网内所有信息能更全面的分析处理，分析结果在下发至智能终端装置由终端保护装置来执行，是一种分布式与集中式的结合。
如图2所示为一体化智能保护系统运行原理示意图。一体化智能保护系统包含三个功能模块，运行状体估计、故障分析处理、运行模式控制；各微网智能终端保护装置采集开关状态信息上报给智能管理装置，智能管理装置的运行状态估计模块分析出当前微网的运行方式，并下发给智能终端保护装置，智能终端保护装置自适应的切换到合适的保护配置；当微网内发生故障时，智能终端保护装置上报故障信息，智能管理装置中的故障分析处理模块通过对不同的故障信息的分析，确定故障区域，并向故障涉及的智能终端保护装置下发跳闸命令，隔离故障；运行模式控制模块是负责微网在并网转孤网或孤网转并网时，对并网联络开关及分布式电源的控制，详细控制流程见运行模式控制模块的说明。
运行状态估计模块：微网智能保护系统通过微网智能管理装置采集由智能终端保护装置上报的微网所有开关的状态信息，运行状态估计模块搭建网络拓扑结构，预先分析微网的运行状态，确定微网是并网还是孤网状态以及分布式电源的接入情况，并将当前运行方式下发给智能终端保护装置；终端保护装置预置对应不同运行方式的保护配置，当收到下发的运行方式，自适应的切换到对应的定值区配置。当微网运行信息发生变化时，例如，并网与孤网的模式转换、分布式电源的投退，微网智能管理装置将重新分析，并将分析出的最新运行方式并通过通讯网络下发给微网中各个智能终端保护装置，智能终端保护装置将自动根据当前是并网状态还是孤网状态，切换到与之应的定值区设置。
故障分析处理模块：微网智能终端保护装置根据微网智能管理装置中的运行状态估计模块所生成的网络拓扑结构，按照当前运行方式，结合终端装置上送的故障信息，进行故障位置的判断；各终端装置配置方向过流保护，当发生故障时，故障电流流过的保护装置上报故障信息，故障信息包含了故障电流流向，故障分析模块收到不同装置上报的故障电流方向，根据故障电流一定是流向故障电源的特性，定位故障，然后下发隔离命令跳开故障点两端开关。
运行模式控制模块：如图3所示为模式转换控制流程示意图。对于微网的控制方式，对等控制目前只是在实验室阶段，分层控制对控制系统要求比较复杂，而主从控制模式在技术上比较容易实现，而且目前大多数的示范工程都是用主从控制方式，所以本文中微网的控制方式主要针对主从控制方式，实施控制策略，运行模式控制功能主要由微网智能管理装置完成。
对于主从控制方式，需要一个分布式电源作为主控电源，主控电源的逆变器具有孤网和并网两种运行模式，在孤网模式下，可以独立带负载运行，其他，并网运行时，当外电网故障或者其他原因与主电网断开，所有分布式电源自身的低压、低频或是防孤岛保护快速断开与微网的连接，微网智能管理装置检测出外网失电，运行模式控制功能会断开联络开关，并对双模式控制的电源的模式控制器下达转换模式命令，分布式电源进入孤网运行模式，独立带微网运行，其他分布式电源检测微网电压恢复，自动并入微网运行。当外电网恢复供电时，微网智能管理装置检测到电网电压恢复，运行模式控制功能会断开主控电源，并给主控电源的模式控制器下达转换为并网运行模式的命令，其他分布式电源由于微网失压，自动断开；微网智能管理装置控制合上联络开关；各分布式电源检测到系统电压恢复自动并网运行。
本发明的技术方案解决了微网在并网与孤网两种模式下继电保护与自动化装置的自适应问题，系统还同时集成了微网的模式转换控制，实现了微网继电保护与自动化一体化。
Claims (5)
1.微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，该系统包含微网智能管理装置、微网智能终端保护装置；其特征在于：
所述一体化智能保护系统通过微网智能管理装置采集由微网智能终端保护装置上报的微网所有开关的状态信息，分析微网的运行方式、即确定微网是并网还是孤网状态以及分布式电源的接入情况，当微网运行方式发生变化时，所述微网智能管理装置将分析出的最新运行方式通过通讯网络下发给微网中各个微网智能终端保护装置；
所述微网智能终端保护装置预置对应不同运行方式的保护配置，微网智能终端保护装置将自动根据当前微网运行方式是并网状态还是孤网状态以及分布式电源的接入情况，自适应的切换到对应的保护配置、即切换到与之对应的定值区设置；
所述微网智能管理装置还进一步包括运行模式控制模块，所述运行模式控制模块对微网的控制策略为主从控制方式，微网中有一个分布式电源作为主控电源，主控电源的逆变器具有孤网和并网两种运行模式，在孤网模式下，所述主控电源能够独立带负载运行；
并网运行时，当外电网故障或者其他原因与主电网断开，包括主控电源的所有分布式电源自身的低压、低频或是防孤岛保护快速断开与包含所述主控电源的微网的连接，由所述运行模式控制模块判断出外网失电，断开联络开关，对具有孤网和并网两种模式控制的主控电源下达转换模式命令，所述主控电源进入孤网运行模式，独立带微网运行，其他分布式电源检测微网电压恢复，自动并入微网运行；所述一体化智能保护系统同时集成了微网的继电保护和模式转换控制功能，实现了微网继电保护与自动化一体化。
2.根据权利要求1所述的微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，其特征在于，所述微网智能管理装置包括运行状态估计模块，接收微网智能终端保护装置采集上报的微网内全部开关的状态信息，搭建网络拓扑结构，计算分析出当前微网的运行方式，并将当前运行方式下发给微网智能终端保护装置，微网智能终端保护装置预置对应不同运行方式的保护配置，当收到下发的运行方式，自适应的切换到对应的保护配置。
3.根据权利要求2所述的微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，其特征在于，所述微网智能管理装置还进一步包括故障分析处理模块，所述故障分析处理模块根据所述运行状态估计模块所生成的网络拓扑结构，按照当前微网的运行方式，结合微网智能终端保护装置上送的故障信息，对微网故障进行分析定位，并下发隔离命令。
4.根据权利要求3所述的微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，其特征在于，各微网智能终端保护装置配置方向过流保护，当微网发生故障时，故障电流流过的微网智能终端保护装置上报故障信息，故障信息包含了故障电流流向，所述故障分析处理模块根据不同的微网智能终端保护装置上报的故障电流方向，定位故障，然后下发隔离命令跳开故障点两端开关。
5.根据权利要求1所述的微网继电保护、自动化一体化智能保护系统，其特征在于，当外电网恢复供电时，所述运行模式控制模块检测到电网电压恢复，给所述主控电源下达断开命令，所述主控电源与微网断开，同时转换为并网运行模式，其他分布式电源由于微网失压，自动断开，所述运行模式控制模块发出指令合上联络开关；各分布式电源检测到电网电压恢复自动并网运行。
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