CN102495306B - 微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法。所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、并网变压器、并网开关以及微网主控系统，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网的高压母线，大电网侧包括接入到高压母线且对微网电力系统供电的供电线路。其所述方法包括：测量线路的三相电流；基于所测量的三相电流和该线路的预定电流阈值，判别该线路的投停运状态，其中，当所测量的三相电流中的至少两相大于该线路的预定电流阈值时，将该线路的投停运状态判别为投运状态；当至少两相电流小于该线路的预定电流阀值时，将该线路的投停运状态判别为停运状态。

Description

微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法

技术领域

本发明涉及一种微网电力系统，更详细地讲，涉及一种微网电力系统的投运和停运状态判别方法。

背景技术

随着常规能源的逐渐枯竭，以及日益严重的环境污染，可再生能源以及分布式发电(Distributed Generation)技术近年来在世界范围内得到了越来越多的重视和发展。目前，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。目前已有的研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以微型电网(MicroGrid)(简称“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。

作为分布式发电的重要组成形式之一，微网通常由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷、监控系统、保护系统、电力传输设备等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。因为，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，也可以独立地为一定区域负荷提供电力需求，其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。此外，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。

但是，由于微网是一种新型电网，其系统复杂程度大大高于普通电网，这导致了微网的控制策略和控制方法的复杂度相对普通电网也大大提升，而要对微网进行更好的系统控制，首先需要提供一种合理的设备投停运状态的判别方法。

图1是现有技术的微网电力系统的示意图。根据现有技术的微网电力系统包括微网分布式电源10、微网负荷20、变压器30、并网开关40(例如，交流断路器)以及微网母线BUS1，微网的分布式电源10和微网负荷20连接到微网母线BUS1，并通过变压器30和断路器PCC连接到大电网的母线BUS2。

在现有技术中，基于母线的电压是否高于预定值来判别该母线是有压还是无压。

此外，在现有技术中，对于分布式电源的投停运进行判别的方法有两种，1)用开关位置信号来进行判别，开关闭合为投运状态，否则，为停运状态；2)用电流或功率门槛来进行判别，高于门槛判别为投运，否则，判别为停运。

然而，上述的判别方法不适合于微网设备状态判别，特别是可再生能源发电形式的分布式电源。其原因如下：1)不适合微网母线的投停运状态的判别，传统技术主要针对电力系统并网运行母线的状态进行判别，这种形式下的母线电压非常稳定，波动幅度不大。而微网母线在孤岛运行(即，与大电网断开而单独运行)时，有较大的电压波动和谐波分量干扰，传统判别方法容易发生误判；2)不适合微网的分布式电源的投停运状态的判别，在微网中，可再生能源发电、储能系统的功率随机性很高，潮流大小变化快，方向经常变化，而现有技术主要针对电力系统中潮流大小变化有规律、方向不变的设备而进行判别。

发明内容

基于现有技术中存在的上述问题，本发明的一个目的在于提供一种在微网电力系统内的微网母线电压波动较大的情况下，能够判别该微网母线的投运和停运状态的方法。

本发明的另一目的在于提供能够判别微网电力系统内的分布式电源的投运和停运状态的方法。

本发明的另一目的在于提供能够判别微网电力系统的高压母线和负载的投运和停运状态的方法。

根据本发明实施例的一种微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法，其中，所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、并网变压器、并网开关以及微网主控系统，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网的高压母线，大电网侧包括接入到高压母线且对微网电力系统供电的供电线路，所述方法包括：测量线路的三相电流；基于所测量的三相电流和该线路的预定电流阈值，判别该线路的投停运状态，其中，当所测量的三相电流中的至少两相大于该线路的预定电流阈值时，将该线路的投停运状态判别为投运状态；当至少两相电流小于该线路的预定电流阀值时，将该线路的投停运状态判别为停运状态。

另外，测量并获得分布式电源的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态；按如下的等式计算分布式电源投停运标志，分布式电源投停运标志＝(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志AND断路器状态标志；基于计算的分布式电源投停运标志，判断分布式电源投停运状态，当所述分布式电源投停运标志值为1时，将所述分布式电源的投停运状态判别为投运状态，否则，将所述分布式电源的投停运状态判别为停运状态，其中，当分布式电源的功率小于预定功率值时，所述功率标志值为1，否则为0，当分布式电源的三相电流中的至少两相电流小于分布式电源的预定电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0，当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志值为1，否则为0，当断路器处于闭合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。

另外，测量并获得微网负荷的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态；按如下的等式计算微网负荷投停运标志，微网负荷投停运标志＝(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志AND断路器状态标志；基于计算的微网负荷投停运标志，判断微网负荷投停运状态，当所述微网负荷投停运标志值为1时，将所述微网负荷的投停运状态判别为投运状态，否则，将所述微网负荷的投停运状态判别为停运状态，其中，当微网负荷的功率小于预定功率值时，所述功率标志值为1，否则为0，当微网负荷的三相电流中的至少两相电流小于微网负荷的预定电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0，当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志值为1，否则为0，当断路器处于闭合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。

另外，测量供电线路的三相电流；基于所测量的三相电流和供电线路的预定电流阈值，判别供电线路的投停运状态，其中，当所测量的三相电流中的至少两相电流大于所述供电线路的预定电流阈值时，将供电线路的投停运状态判别为投运状态；当所测量的三相电流中的至少两相电流小于所述供电线路的预定电流阀值时，将供电线路的投停运状态判别为停运状态。

另外，所述微网电力系统的投运和停运状态判别方法，还包括：测量所述微网母线的三相电压；基于所述微网母线的三相电压、预定有压阈值和预定无压阈值，判别所述微网母线是有压状态还是无压状态，其中，所述预定有压阈值高于所述预定无压阈值，当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压高于所述预定有压阈值时，将所述微网母线判断为有压状态，当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压低于所述预定无压阈值时，将所述微网母线的判断无压状态。

此外，根据本发明的微网电力系统的投运状态和停运状态判别方法，通过综合考虑分布式电源的功率大小和方向随机性，具有信号可靠性高、速度快的特点，并且在轻载情况下没有死区。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：

图1是现有技术的微网电力系统的示意图。

图2是根据本发明实施例的微网电力系统的示意图。

图3是根据本发明实施例的微网电力系统的投运和停运状态判别方法的流程图。

具体实施方式

现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。

图2是根据本发明的微网电力系统的示意图。参照图2，根据本发明实施例的微网电力系统包括风力发电机系统110、光伏系统120、能量型储能元件130、功率型储能元件140。

风力发电机系统110包括多个风力发电机，所述风力发电机可优选为2.5MW永磁直驱风力发电机。

光伏系统120可优选为0.5MW太阳能光伏系统。

能量型储能元件130可包括锂电池系统130a、钒液流电池130b、钠硫电池130c。

功率型储能元件140可包括超级电容器140a和飞轮储能140b。

此外，微网电力系统还包括负荷150。负荷150可包括电动机负荷150a、充电桩负荷150b和诸如照明等其它用电设备负荷。

此外，微网电力系统还包括并网变压器160和并网开关PCC。

如图2所示，微网电力系统的所有设备均连接到微网母线，从而形成交流微网。此外，所述交流微网通过并网变压器160和并网开关PCC连接到高压交流母线(例如，10kv高压交流母线)，从而实现与大电网的并网。

如本领域技术人员已知的，风力发电机系统110、光伏系统120、能量型储能元件130、功率型储能元件140可被统称为分布式电源，而负荷150以及并网变压器160、并网开关170(例如，交流断路器)可被统称为微网负荷。

此外，虽未示出，但是根据本发明的微网电力系统还可包括对微网电力系统内的所有设备进行数据收集和协调控制的微网主控系统。

所述大电网侧包括接入到高压母线且对微网电力系统供电的供电线路180。

根据本发明实施例的微网代理系统的投运和停运状态方法，对微网电力系统的线路的投运和停运状态以及微网母线的有压和无压状态进行判别，其中，微网电力系统的线路可包括供电线路、分布式电源和微网负荷。线路的投运和停运状态的判别是基于线路的三线电流进行的。即，当线路的三相电流中的至少两相大于该线路的预定电流阈值时，将该线路的投停运状态判别为投运状态；当至少两相电流小于该线路的预定电流阀值时，将该线路的投停运状态判别为停运状态。

以下，参照图3来详细描述根据本发明实施例的微网电力系统的投运和停运状态判别方法。

在步骤301，测量并获得分布式电源的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态。如本领域所公知的，运行压板是指在设备屏蔽柜上的一种金属连接片。当某间隔的运行压板处于投入状态时，这个间隔参与正常的逻辑计算，当某间隔需要检修时，运行人员将使用特定工具(或者，手动地)将该运行压板退出，这个间隔的所有数据就不参与正常的逻辑计算，在这个间隔上作试验，也不会对外部有影响。在此，可通过本领域公知的方法测量并获得分布式电源的运行压板投入状态，功率、电流和断路器状态。

在步骤302，按如下的等式(1)计算分布式电源的投停运标志，并基于计算的分布式电源的投停运标志判断分布式电源的投停运状态，

分布式电源投停运标志＝(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志值AND断路器状态标志    (1)

在上述中，当分布式电源的功率小于预定功率(例如，第一预定功率)时，所述功率标志为1，否则为0；当分布式电源的三相电流中的至少两相电流小于分布式电源的投运电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0；当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志为1，否则为0；当断路器处于合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。这里，可根据需要对每个分布式电源设置预定功率，或者可对同一类型的分布式电源设置相同的预定功率。

当所述分布式电源投停运标志为1时，将所述分布式电源的投运运状态判别为投运状态，否则将所述分布式电源的投停运状态判断为停运状态。

在步骤303，测量并获得微网负荷的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态。在此，可通过本领域公知的方法测量并获得微网负荷的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态。

在步骤304，按如下的等式(2)计算微网负荷的投停运标志值，

微网负荷投停运标志＝(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志AND断路器状态标志    (2)

在上述中，当微网负荷的功率小于预定功率(例如，第二预定功率)时，所述功率标志为1，否则为0；当微网负荷的三相电流中的至少两相电流小于微网负荷的投运电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0；当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志为1，否则为0；当断路器处于合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。

当所述微网负荷投停运标志为1时，将所述微网负荷的投运运状态判别为投运状态，否则将所述微网负荷的投停运状态判断为停运状态。

在步骤305，测量供电线路的三相电流。如本领域所公知的，线路指的是微网电力系统中的设备与微网母线连接线。

在步骤306，基于所测量的三相电流与所述线路的预定电流值，判别供电线路的投停运状态。其中，当所测量的三相电流中的至少两相电流大于所述供电线路的预定电流阈值时，将供电线路的投停运状态判别为投运状态。

当所测量的三相电流中的至少两相电流小于所述供电线路的预定电流阀值时，将供电线路的投停运状态判别为停运状态。

在步骤307，测量所述微网母线的三相电压。

在步骤308，基于测量的微网母线的三相电压、预定有压阈值和预定无压阈值，判断所述微网母线是有压还是无压。这里，所述预定有压阈值大于所述预定无压阈值。此外，如本领域技术人员所公知的，微网母线的有压和无压状态对应于投运状态和停运状态。

此外，当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压高于所述预定有压阈值时，将所述微网母线的状态判断为有压状态。当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压低于所述预定无压阈值时，将所述微网母线的状态判断为无压状态。

上述的描述中，步骤301-302是用于判别微网负荷的投停运状态的步骤，步骤303-304是用于判别分布式电源的投停运状态的步骤，步骤305-306是用于判别供电线路的投停运状态的步骤，步骤307-308是用于判别微网母线的有压和无压状态的判别方法。

这里，步骤301-306可被统称为微网电力系统的线路的投运和停运状态判别步骤。

这里，根据本发明的微网电力系统的投运和停运状态判别方法，至少包括用于判别分布式电源的投运和停运状态的步骤，即，如步骤301和302所述的步骤。此外，根据本发明的微网电力系统的投运和停运状态判别方法，还可包括用于判别微网负荷投运和停运的步骤，即，如步骤303至304所述的步骤。根据本发明的微网电力系统的投运和停运状态判别方法，还可包括是用于判别供电线路的投停运状态的步骤，即，如步骤305至306所述的步骤。还可包括用于判别微网母线的有压和无压状态的步骤，即，如步骤307至308所述的步骤。

此外，可以以任意合适的顺序执行上述根据图3描述的微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法。

此外，可以根据需要可仅执行上述描述投停运判别方法的一部分，例如，仅执行步骤301-304或者步骤301-302和307-308。

根据本发明的微网电力系统的投运和停运状态判别方法，在微网母线的电压波动幅度较大的时候，能够区分正常的波动和故障失压，更加适合于判别微网母线的有压状态和无压状态。

此外，根据本发明的微网电力系统的投运和停运状态判别方法，通过综合考虑分布式电源的功率大小和方向随机性，具有信号可靠性高、速度快的特点，并且在轻载情况下没有死区。

虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (4)

1.一种微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法，其中，所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、并网变压器、并网开关以及微网主控系统，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网的高压母线，大电网侧包括接入到高压母线且对微网电力系统供电的供电线路，其特征在于，所述方法包括：

测量线路的三相电流；

基于所测量的三相电流和该线路的预定电流阈值，判别该线路的投停运状态，

其中，当所测量的三相电流中的至少两相大于该线路的预定电流阈值时，将该线路的投停运状态判别为投运状态；

当至少两相电流小于该线路的预定电流阀值时，将该线路的投停运状态判别为停运状态，

其中，所述微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法还包括：

测量并获得分布式电源的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态；

按如下的等式计算分布式电源投停运标志，

分布式电源投停运标志=(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志AND断路器状态标志；

基于计算的分布式电源投停运标志，判断分布式电源投停运状态，

当所述分布式电源投停运标志值为1时，将所述分布式电源的投停运状态判别为投运状态，否则，将所述分布式电源的投停运状态判别为停运状态，

其中，当分布式电源的功率小于预定功率值时，所述功率标志值为1，否则为0，

当分布式电源的三相电流中的至少两相电流小于分布式电源的预定电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0，

当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志值为1，否则为0，

当断路器处于闭合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。

2.根据权利要求1所述的微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法，其特征在于，还包括步骤：

测量并获得微网负荷的运行压板投入状态、功率、电流和断路器状态；

按如下的等式计算微网负荷投停运标志，

微网负荷投停运标志=(功率标志OR电流标志)AND运行压板投入标志AND断路器状态标志；

基于计算的微网负荷投停运标志，判断微网负荷投停运状态，

当所述微网负荷投停运标志值为1时，将所述微网负荷的投停运状态判别为投运状态，否则，将所述微网负荷的投停运状态判别为停运状态，

其中，当微网负荷的功率小于预定功率值时，所述功率标志值为1，否则为0，

当微网负荷的三相电流中的至少两相电流小于微网负荷的预定电流阈值时，所述电流标志为1，否则为0，

当运行压板投入运行时，所述运行压板投入运行标志值为1，否则为0，

当断路器处于闭合状态时，所述断路器状态标志值为1，否则为0。

3.根据权利要求1所述的微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法，其特征在于，还包括步骤：

测量供电线路的三相电流；

基于所测量的三相电流和供电线路的预定电流阈值，判别供电线路的投停运状态，

其中，

当所测量的三相电流中的至少两相电流大于所述供电线路的预定电流阈值时，将供电线路的投停运状态判别为投运状态；

当所测量的三相电流中的至少两相电流小于所述供电线路的预定电流阀值时，将供电线路的投停运状态判别为停运状态。

4.根据权利要求1所述的微网电力系统的设备的投运和停运状态判别方法，其特征在于，还包括：

测量所述微网母线的三相电压；

基于所述微网母线的三相电压、预定有压阈值和预定无压阈值，判别所述微网母线是有压状态还是无压状态，其中，所述预定有压阈值高于所述预定无压阈值，

当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压高于所述预定有压阈值时，将所述微网母线判断为有压状态，

当所述微网母线的三相电压中的至少两相电压低于所述预定无压阈值时，将所述微网母线的判断无压状态。

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