CN102495333A - 微网电力系统的内部故障判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微网电力系统的内部故障判别方法。所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网。所述微网电力系统的内部故障判别方法包括如下步骤：对内部故障的潜在故障源进行实时监控；判断潜在故障源是否导致了内部故障；当潜在故障源导致内部故障时，对导致内部故障的潜在故障源进行自动安全隔离操作，其中，所述内部故障指的是：故障源在微网电力系统的并网开关的内侧，故障源导致的故障对微网电力系统的整体运行产生影响且在该故障存在时微网电力系统无法通过控制达到自愈，其中，所述潜在故障源包括微网母线、并网变压器、微网线路开关和通信回路。
Description
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内部故障判别方法。
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，微网通常是指由分布式电源、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。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，因此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(即，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。
近年来，随着风力发电、太阳能光伏发电技术的发展，使得可再生能源发电得到了越来越多的利用，将可再生能源发电与微网形式相结合的技术，是应用前景更广阔的技术，成为了电力系统研究的新领域。
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、断路器40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40连接到大电网的母线BUS2。
在现有技术中，分布式电源10通常为燃机/储能系统。微网母线BUS1一般为低压交流母线，电压在220V至35KV之间。大电网的母线BUS2为高压交流母线，电压在10KV至220KV之间。
当大电网正常供电时，微网电力系统以“并网模式”运行，即，微网的分布式电源10停止发电，断路器PCC处于闭合状态，微网负荷20完全由大电网供电；当大电网故障时，微网电力系统以“孤岛模式”运行，即，断路器PCC处于断开状态，微网分布式电源10启动发电，为微网负荷20供电。
在现有技术中，微网电力系统检测微网母线BUS1的供电情况，一旦出现异常，则判断为大电网停电(即，大电网母线BUS2发生故障)，断开断路器PCC，转入由分布式电源10开始供电。
在现有技术中，不区分微网电力系统的故障源，而是简单地将故障源定义在大电网侧并进行从“并网模式”至“孤岛模式”的模式切换。
当故障源在微网电力系统的外部时，会对微网电力系统的供电产生影响，因此，微网电力系统通过模式切换转入到“孤岛模式”运行，能够避免外部的故障对微网电力系统内部的影响。然而，如果不区分故障源，则发生在内部的故障会导致微网电力系统内的其它设备的故障，甚至引起外部电网(即，大电网)的故障，因此需要对内部故障进行故障隔离。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了判别微网电力系统的内部故障的方法。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种微网电力系统的内部故障判别方法。所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网。所述方法包括如下步骤：对内部故障的潜在故障源进行实时监控；判断潜在故障源是否导致了内部故障；当潜在故障源导致内部故障时，对导致内部故障的潜在故障源进行自动安全隔离操作，其中，所述内部故障指的是：故障源在微网电力系统的并网开关的内侧，故障源导致的故障对微网电力系统的整体运行产生影响且在该故障存在时微网电力系统无法通过控制达到自愈，其中，所述潜在故障源包括微网母线、并网变压器、微网线路开关和通信回路。
另外，微网母线导致的内部故障包括微网母线所直接连接的回路中的各种短路故障，并网变压器导致的内部故障包括并网变压器的各种短路故障，并网开关是导致的内部故障包括并网开关的操作失灵。
另外，判断潜在故障源是否导致了内部故障的步骤包括：通过微网母线的电气判据和/或通过继电保护动作信号来判断微网母线是否导致了内部故障，通过并网变压器的电气判据和/或通过继电保护动作信号来判断并网变压器是否导致了内部故障，通过微网线路开关的运行情况与提供给微网线路开关的运行指令相比较来判断微网线路开关是否操作失灵，从而判断微网线路开关是否导致了内部故障，通过通信回路的数据交互的连续性和规约来判断通信回路是否导致了内部故障。
另外，所述微网线路开关包括并网开关和用于分布式电源和微网负荷连接到微网母线的断路器。
另外，所述通信回路包括：并网变压器的通信回路、并网开关的通信回路、微网主控系统的通信回路，分布式电源的通信回路、将分布式电源连接到微网母线的断路器的通信回路。
另外，所述方法还包括：通知工作人员对导致故障的潜在故障源进行维修。
根据本发明，将微网电力系统的内部故障从微网电力系统的故障中独立出来并进行识别，从而提高了微网电力系统内的设备的安全性，提高了控制系统的控制正确性。此外，将内部故障迅速与外部电网隔离，避免影响的扩大。此外，根据本发明的内部故障的判据冗余度高，可避免故障的误判情况。此外，根据本发明的微网电力系统的内部故障判别方法，可及时提醒工作人员对故障点进行人工干预。
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内部故障判别方法的流程图。
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。
为了区分微网电力系统的故障源，在本发明中将微网电力系统的内部故障限定为：故障源在微网电力系统内部(即，位于并网开关的内侧)，故障源导致的故障对微网电力系统的整体运行产生影响且在该故障存在时微网电力系统无法通过控制达到自愈，必需进行停电检修。
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微网负荷150。微网负荷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170(例如，交流断路器)。
如图2所示，微网电力系统的所有设备(例如，通过断路器)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和并网变压器160两侧并网开关170连接到高压交流母线(例如，10千伏高压交流母线)，从而实现与大电网的并网。虽然，图2中示出，在并网变压器160两侧分别设置有并网开关，但是可根据需要在并网变压器160的一侧设置并网开关。
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。
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。
以下，将参照图3来详细描述根据本发明实施例的微网电力系统的内部故障判别方法。
在步骤301，对内部故障的潜在故障源进行实时监控。这里，根据上述对内部故障的限定，所述潜在故障源可包括微网母线、并网变压器、微网线路开关(例如，并网开关和用于分布式电源和微网负荷连接到微网母线的断路器)和微网电力系统的通信回路，但不限于此，导致上述定义的内部故障的故障源均可称作内部故障的潜在故障源。
所述微网电力系统的通信回路可包括：并网变压器所配置的通信端口、并网开关所配置的通信端口、各种断路器所配置的通信端口、微网主控系统所配置的通信端口，但不限于此。还可包括分布式电源的通信端口、储能系统的通信端口等。
在步骤302，确定潜在故障源是否导致了故障。
这里，微网母线导致的故障可包括微网母线所直接连接的回路中的各种短路故障，并网变压器导致的故障可包括并网变压器的各种短路故障，但不限于此。
可通过微网母线和并网变压器的电气判据来快速地判断微网母线和并网变压器是否出现故障。这里，所述电器判据可包括本领域中常用的电气判据，例如，电流差动判据。此外，还可通过继电保护动作信号来慢速地判断微网母线和并网变压器是否出现故障如本领域所公知的，可由微网母线和并网变压器的继电保护设备(未示出)提供所述继电保护信号。此外，还可通过上述快速判断和慢速判断的结合来判断微网母线和并网变压器是否出现故障。
这里，交流断路器的导致的故障可包括交流断路器的操作失灵。这里，可通过交流断路器的运行情况与提供给交流断路器的运行指令相比较来判断交流断路器是否失灵。例如，交流断路器的运行情况与提供给交流断路器的运行指令不一致，则确定交流断路器操作失灵。
这里，可通过通信回路的数据交互的连续性和规约来判断通信回路是否存在异常。在步骤303，对导致所述故障的故障源进行自动安全隔离操作(例如，断开导致故障的潜在故障源与微网母线的连接)，并记录故障源的情况。此外，在步骤303中，通知工作人员以对故障源进行维修。
根据本发明，将微网电力系统的内部故障从微网电力系统的故障中独立出来并进行识别，从而提高了微网电力系统内的设备的安全性，提高了控制系统的控制正确性。此外，将内部故障迅速与外部电网隔离，避免影响的扩大。此外，根据本发明的内部故障的判据冗余度高，可避免故障的误判情况。此外，根据本发明的微网电力系统的内部故障判别方法，可及时提醒工作人员对故障点进行人工干预。
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 (6)
1.一种微网电力系统的内部故障判别方法，所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷，微网母线通过并网变压器和并网开关连接到大电网，其特征在于，包括如下步骤：
对内部故障的潜在故障源进行实时监控；
判断潜在故障源是否导致了内部故障；
当潜在故障源导致内部故障时，对导致内部故障的潜在故障源进行自动安全隔离操作，
其中，所述内部故障指的是：故障源在微网电力系统的并网开关的内侧，故障源导致的故障对微网电力系统的整体运行产生影响且在该故障存在时微网电力系统无法通过控制达到自愈，
其中，所述潜在故障源包括微网母线、并网变压器、微网线路开关和通信回路。
2.根据权利要求1所述的微网电力系统的内部故障判别方法，其特征在于，微网母线导致的内部故障包括微网母线所直接连接的回路中的各种短路故障，并网变压器导致的内部故障包括并网变压器的各种短路故障，并网开关是导致的内部故障包括并网开关的操作失灵。
3.根据权利要求2所述的微网电力系统的内部故障判别方法，其特征在于，判断潜在故障源是否导致了内部故障的步骤包括：
通过微网母线的电气判据和/或通过继电保护动作信号来判断微网母线是否导致了内部故障，
通过并网变压器的电气判据和/或通过继电保护动作信号来判断并网变压器是否导致了内部故障，
通过微网线路开关的运行情况与提供给微网线路开关的运行指令相比较来判断微网线路开关是否操作失灵，从而判断微网线路开关是否导致了内部故障，
通过通信回路的数据交互的连续性和规约来判断通信回路是否导致了内部故障。
4.根据权利要求1所述的微网电力系统的内部故障判别方法，其特征在于，所述微网线路开关包括并网开关和用于将分布式电源和微网负荷连接到微网母线的断路器。
5.根据权利要求1所述的微网电力系统的内部故障判别方法，其特征在于，所述通信回路包括：并网变压器的通信回路、并网开关的通信回路、微网主控系统的通信回路，分布式电源的通信回路、将分布式电源连接到微网母线的断路器的通信回路。
6.根据权利要求1所述的微网电力系统的内部故障判别方法，其特征在于，还包括：通知工作人员对导致故障的潜在故障源进行维修。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120613 |