CN102510090A - 微网电力系统的外部故障判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微网电力系统的外部故障判别方法。所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、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。所述微网电力系统的外部故障判别方法包括如下步骤：实时监控高压母线和供电线路的运行数据；当高压母线和供电线路的运行数据异常时，基于多个周波之前的高压母线和供电线路的运行数据和当前的高压母线和供电线路的运行数据来确定是否产生了微网电力系统的外部故障；当确定产生了微网电力系统的外部故障时，配合大电网侧对所述外部故障的处理过程。
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外部故障判别方法。
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PCC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，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，简单地将微网电力系统内的停电是由外部大电网的故障引发的，立刻进行模式切换过程。由于在现有技术中，只检测微网内部停电这一状态，不对干扰源进行分析，因此无法识别故障原因和故障方向，有错误判别的可能性。一旦将微网内部设备故障误认为是外电网故障而进行处理，则将引发更严重的后果。此外，大电网受到故障干扰后会有一系列应对行为，而现有技术不考虑与大电网的配合。
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外部故障的方法。
根据示例性实施例的一种微网电力系统的外部故障判别方法，所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、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，所述微网电力系统的外部故障判别方法包括如下步骤：实时监控高压母线和供电线路的运行数据；当高压母线和供电线路的运行数据异常时，基于多个周波之前的高压母线和供电线路的运行数据和当前的高压母线和供电线路的运行数据来确定是否产生了微网电力系统的外部故障；当确定产生了微网电力系统的外部故障时，配合大电网侧对所述外部故障的处理过程。
另外，配合大电网侧对所述外部故障进行处理的步骤包括：停止微网主控系统对微网电力系统中的设备的控制。
另外，配合大电网侧对所述外部故障的处理过程的步骤包括：通过实时监控供电线路和高压母线的电气量来确认外网故障发生后对微网母线的供电的恢复情况。
另外，当通过实时监控确定对微网母线的供电没有在预定时间内恢复时，断开所述并网开关并由所述分布式电源对微网母线供电。
另外，所述分布式电源包括风力发电系统和太阳能光伏发电系统中的至少一个。
另外，当通过实时监控确定对微网母线的供电在预定时间内恢复时，停止配合大电网侧对所述外部故障进行处理。
另外，当通过大电网所配置的继电保护系统、安全自动控制系统、备自投系统对所述外部故障进行处理，从而微网母线的供电在预定时间内恢复正常时，停止配合大电网侧对所述外部故障进行处理。
另外，配合大电网所配置的供电线路继电保护系统对所述外部故障的处理过程。
另外，配合供电线路上级安全稳定自动控制系统对所述外部故障的处理过程。
另外，配合大电网所配置的备用自动投入电源系统对所述外部故障的处理过程。
根据本发明，对于供电线路和微网母线的运行异常情况，判断异常情况的原因而不是简单地将异常情况的原因归结在供电线路，从而避免了错误判断。
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外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。
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，而微网负荷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。
以下，将参照图3来描述根据本发明实施例的微网电力系统的外部故障判别方法。在描述之前，需要说明的是，根据本发明，微网电力系统的外部故障指的是：微网电力系统的并网开关之外，在主电网中发生并影响微网供电的故障。例如，大电网中发生的各种接地短路故障等。
在步骤301，采集和处理高压母线和供电线路的运行数据，即，监控高压母线和供电线路的运行数据。这里，被采集和处理的运行数据包括电压、电流和频率，但不限于此，所述运行数据还可包括本领域中公知的其它运行数据。
在步骤302，基于在步骤301中监控的运行数据确定供电线路和微网母线的运行是否异常。如果步骤302中的判断结果为异常，则判断为出现故障并进行到步骤303，否则，结束本进程。
这里，可采用本领域中公知的方法来判断供电线路和微网母线的运行是否异常。例如，假设在步骤301中采集了微网母线的电压，则基于采集的微网母线的电压是否超出了正常值的预定范围来判断微网母线的运行是否异常。即，当采集的微网母线的电压超出了正常值的预定范围时，则判断微网母线运行异常。当采集的微网母线的电压没有超出正常值的预定范围时，则判断微网母线运行正常。
此外，还可基于采集的微网母线的电压的变化情况来判断微网母线的运行是否异常。例如，当电压的变化超过预定值时，可判断出微网母线的运行异常。
在步骤303，基于多个周波之前和当前的高压母线和供电线路的运行数据(例如，电压和/或电流)来确定所述故障的原因是否在大电网侧，即确定是否发生了外部故障。
当在步骤303中确定所述故障的原因不在大电网时，结束本进程。
当在步骤303中确定发生了外部故障时，开始进行配合大电网侧对所述外部故障的处理过程，即在步骤304，配合大电网所配置的供电保护继电保护系统对所述外部故障的处理过程，在步骤305，配合供电线路上级安全稳定自动控制系统对所述外部故障的处理过程，在步骤306，配合大电网所配置的备用自动投入电源系统对所述外部故障的处理过程。这里，可通过各种方法配合大电网对外部故障进行处理，例如，当外部故障为线路三相短路时，配合大电网所配置的供电保护继电保护系统。此外，例如，重合闸动作成功，微网电力系统的供电恢复时，结束所述配合步骤，或者，继电保护切除线路，供电短时间无法恢复时，延时5秒后，结束所述配合步骤。
在配合大电网侧对所述故障的处理中，由于确认在大电网侧发生了故障且影响到微网电力系统，需要确认这种故障能否在预定时间内(例如，5秒)通过大电网侧的故障处理而恢复，即，需要确认在预定时间内对微网电力系统(即，微网母线)的供电是否恢复正常。因此，在所述预定时间内，微网主控系统停止对微网电力系统的设备的控制。这里，可通过实时监控供电线路和高压母线的电气量(或者，运行数据)来对微网母线的供电的恢复情况。
当通过实时监控，对微网母线的供电没有在预定时间内恢复时，断开所述并网开关并由所述分布式电源对微网母线供电。
当通过实时监测，对微网母线的供电在预定时间内恢复时，停止配合大电网侧对所述故障的处理，并继续保持由大电网对微网电力系统的供电。例如，当通过大电网所配置的继电保护系统、安全自动控制系统、备自投系统对所述故障的处理，微网母线的供电在预定时间内恢复正常时，终止所述配合步骤。
根据本发明，对于供电线路和微网母线的运行异常情况，判断异常情况的原因而不是简单归结为异常情况的原因在供电线路，从而避免了错误判断。
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 (10)
1.一种微网电力系统的外部故障判别方法，所述微网电力系统包括微网母线、分布式电源、微网负荷、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，所述微网电力系统的外部故障判别方法包括如下步骤：
实时监控高压母线和供电线路的运行数据；
当高压母线和供电线路的运行数据异常时，基于多个周波之前的高压母线和供电线路的运行数据和当前的高压母线和供电线路的运行数据来确定是否产生了微网电力系统的外部故障；
当确定产生了微网电力系统的外部故障时，配合大电网侧对所述外部故障的处理过程。
2.根据权利要求1所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，配合大电网侧对所述外部故障进行处理的步骤包括：停止微网主控系统对微网电力系统中的设备的控制。
3.根据权利要求1所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，配合大电网侧对所述外部故障的处理过程的步骤包括：通过实时监控供电线路和高压母线的电气量来确认外网故障发生后对微网母线的供电的恢复情况。
4.根据权利要求3所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，当通过实时监控确定对微网母线的供电没有在预定时间内恢复时，断开所述并网开关并由所述分布式电源对微网母线供电。
5.根据权利要求4所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，所述分布式电源包括风力发电系统和太阳能光伏发电系统中的至少一个。
6.根据权利要求3所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，当通过实时监控确定对微网母线的供电在预定时间内恢复时，停止配合大电网侧对所述外部故障进行处理。
7.根据权利要求6所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，当通过大电网所配置的继电保护系统、安全自动控制系统、备自投系统对所述外部故障进行处理，从而微网母线的供电在预定时间内恢复正常时，停止配合大电网侧对所述外部故障进行处理。
8.根据权利要求1所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，配合大电网所配置的供电线路继电保护系统对所述外部故障的处理过程。
9.根据权利要求8所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，配合供电线路上级安全稳定自动控制系统对所述外部故障的处理过程。
10.根据权利要求9所述的微网电力系统的外部故障判别方法，其特征在于，配合大电网所配置的备用自动投入电源系统对所述外部故障的处理过程。
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