CN103956716B - 微电网动态自适应继电保护方法及自适应保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微电网动态自适应继电保护方法，基于中央控制器以及若干自适应保护装置，包括步骤：实时采集微电网内模拟量和数字量信息，在线进行全网络连通性判断，得出实时网络拓扑结构；对微电网内外的分布式电源、支路子系统及负荷建立计算模型，建立状态估计模型；将计算出的微电网运行状态信息传送给各个自适应保护装置，根据整定值规则库，匹配输出优化后的区域保护定值。既可以在并网时实现系统的继电保护，又可以实现在孤网运行时智能保护，减少系统的误动、拒动，提高微电网系统的可利用率。本发明还提供了自适应保护装置，内部集成整定值规则库，集保护、测量、控制为一体，可以很好地实现区域的实时保护与控制。

Description

微电网动态自适应继电保护方法及自适应保护装置

技术领域

本发明涉及低压微电网继电保护领域，具体涉及一种微电网动态自适应继电保护方法以及该方法中使用的自适应保护装置。

背景技术

微电网和常规电力系统一样，也需要满足安全稳定的要求，其继电保护原则要满足可靠性、速动性、灵敏性和选择性。微电网并网运行时，其潮流实现了双向流动。进线开关、馈线开关的电流大小和方向与微电网发电量及负荷用电紧密相关，且无法唯一确定，基于功率方向的线路保护算法不能使用，只能寻求新的方法来实现微电网的保护。

同时，微电网接入采用了大量电力电子技术实现的分布式电源，其电源特性与常规的发电机接入方式不同。传统电网在故障分析时，常视为无穷大源，发生短路故障时，故障电流可为正常电流十几倍；而逆变器为恒流源，并网时发生短路故障，逆变器输出电流仅小幅增加，并保持稳定，但逆变器端的电压则大幅降低，从而对常规的配电网继电保护带来了影响。易发生保护装置误动作、拒动作和重合闸不成功等状况。

目前的微电网继电保护设计上存在三方面的问题：一、采用传统继电保护的“事先整定，实时动作，定期检验”的模式越来越难以满足要求，保护在设计过程中无法预见到所有系统状况，应考虑系统的变化情况实现保护自适应整定。二、当微电网系统处于紧绷状态时，保护的误动会对系统雪上加霜，将导致分布式电源的反复启停。当系统处于紧绷状态时，应自适应调整保护的偏好有利于提高安全性，减少保护误动的可能性。三、系统保护装置的整定值设定是基于对微电网的某种假设确定的，对于这些假设状况下所设置的整定值是合适的。但是系统每年在结构、运行策略、负荷模式方面均会发生变化。许多情况下会由于人力短缺或计划安排困难等原因，继电保护定值检验不能按照规定执行，有些继保整定值已到临界状态而并没有被工程师注意到。因此，解决上述问题是本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微电网动态自适应继电保护方法，有效实现动态自适应继电保护，既可以在并网时实现系统的继电保护，又可以实现在孤网运行时智能保护，减少系统的误动、拒动，提高微电网系统的可利用率。

本发明的另一目的在于提供微电网动态自适应继电保护方法所用的自适应保护装置，集保护、测量、控制为一体，可以很好地实现区域的实时保护与控制。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的微电网动态自适应继电保护方法，基于中央控制器以及分布在微电网各关键保护点的若干自适应保护装置，所述微电网动态自适应继电保护方法包括下列步骤：

步骤1，中央控制器实时采集微电网内与网络运行模式变化相关的模拟量和数字量信息，在线进行全网络连通性判断，进而分析得出实时网络拓扑结构；

步骤2，中央控制器对微电网内外的电源、支路子系统及负荷建立计算模型，综合电网系统实时状态、运行结构及运行参数，建立简化的用于整定的状态估计模型；

步骤3，中央控制器将计算出的微电网运行状态信息传送给各个自适应保护装置，各个自适应保护装置根据其内部集成的整定值规则库，匹配输出优化后的区域保护定值。

上述的微电网动态自适应继电保护方法中，所述自适应保护装置通过预先离线仿真分析，确定并存储所有情况下合适的整定值，包括在并网运行模式下的多套整定值和在孤岛运行模式下的多套整定值。

上述的微电网动态自适应继电保护方法中，所述自适应保护装置整定值的自适应通过检测关键点断路器的开合状态，分析微电网系统所处的运行模式，和该模式下各测量保护端口的等效戴维宁电路和断路器状态，优化确定各端口的最优整定值。

上述的微电网动态自适应继电保护方法中，所述自适应保护装置能自适应选择微电网保护的偏好，通过进行系统状态分析以及确定各关键保护点，通过逻辑仲裁自适应地选择保护偏好。

上述的微电网动态自适应继电保护方法中，所述自适应保护装置中预先存储保护的动作特性，在负荷变化或者稳定振荡情况下，将视在阻抗轨迹与保护特性进行比较，根据视在阻抗与保护特性的接近程度，上传保护整定值失效信号给中央控制器。

本发明之二的一种自适应保护装置，所述自适应保护装置设置在微电网系统各关键保护点，该自适应保护装置内部集成整定值规则库，采集关键保护点的电压、电流信息及各断路器动作状态信息；根据来自中央控制器的系统状态估计，自适应选择装置保护偏好，自动调节保护功能的投退及选择合适的整定值区间；根据电流采样值进判别故障区域，输出并执行跳合闸命令；分析并自动上传整定值失效信号给中央控制器；向中央控制器上传故障录波信息等。

本发明的有益效果是：本发明提供的自适应继电保护采用集中决策与分布自治的结构设计。通过实时监测各微电源状态、PCC公共连接点状态、各支路断路器状态，对微电网当前运行状态进行分析，根据预先存储在保护装置中的整定值规则库，自动调节保护功能的投退，匹配优化的合适整定值。根据当前运行模式的不同，调整保护参数配置，使该保护既可以在并网时实现系统的继电保护，又可以实现在孤网运行时智能保护，减少系统的误动、拒动，提高微电网系统的可利用率。同时，本发明提供的自适应保护装置内部集成整定值规则库，根据接收微电网运行状态的信息，可以自适应切换优化的合适的整定值，可自适应选择微电网保护的偏好，集保护、测量、控制为一体，可实现区域的实时保护与控制。配置有零序电流、零序电压、测量电流、保护电流、三相电压等模拟量采集，同时配有多路开关量的输入，配有多路继电器输出和告警指示。

附图说明

图1是布置有中央控制器及各个自适应保护装置的微电网结构图；

图2是本发明之一的整定值参数自适应继电保护方法的流程图；

图3是本发明中自适应保护装置定值保护逻辑举例；

图4是本发明中微电网保护偏好自适应举例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

微电网动态自适应保护是指系统继电保护整定或设计考虑系统变化的情况，通调整保护中的某些设置，采取合适和优化的保护响应，使保护适应于负荷、微电网运行方式或故障等情况引起的系统变化，改善微电网系统继电保护性能。

本发明之一的微电网动态自适应继电保护方法，基于中央控制器以及分布在微电网各关键保护点的若干自适应保护装置，如图1所示，布局于各关键保护点的自适应保护装置通过微电网内部先进的数据通信技术，与中央控制器进行数据交互。A母线、B母线等区域的保护装置可根据预先的配置，独立实现该区域的快速可靠保护。保护装置A与保护装置B、C之间没有通信联系，但三者都与中央控制器通信，接收中央控制器分析得出的系统当前状态，各保护装置根据系统状态，判断保护功能的投退及从整定值规则库选择合适的整定值。图1中，PCC，KL1-KL5，A1-A3，B1-B3表示开关、断路器，自适应继电保护装置为PCC保护、馈线保护、DG单元保护等关键节点的保护。

自适应继电保护方法包括下列步骤，如图2所示：

步骤1，中央控制器实时采集微电网内与网络运行模式变化相关的模拟量和数字量信息，在线进行全网络连通性判断，进而分析得出实时网络拓扑结构；

步骤2，中央控制器对微电网内外的电源、支路子系统及负荷建立计算模型，综合电网系统实时状态、运行结构及运行参数，建立简化的用于整定的状态估计模型；

步骤3，中央控制器将计算出的微电网运行状态信息传送给各个自适应保护装置，各个自适应保护装置根据其内部集成的整定值规则库，匹配输出优化后的区域保护定值。其中：运行状态包括微电网是处在并网模式还是孤岛模式；在孤岛模式时，系统是处于正常状态还是紧绷状态等。

微电网动态自适应继电保护具备整定值自适应功能。自适应保护装置通过预先离线仿真分析，确定并存储所有情况下合适的整定值，包括在并网运行模式下的多套整定值和在孤岛运行模式下的多套整定值。如图3所示，为自适应保护装置定值保护逻辑举例，当通过分析和搜索，确定对应保护功能投入，则确定选择该定值保护区间，此时当三相电流中任何一相超过此时的电流整定值，同时判断是否低电压或方向闭锁，经过此时延时定值时间后，断路器触发。

自适应保护装置整定值的自适应通过检测关键点断路器的开合状态，分析微电网系统所处的运行模式，和该模式下各测量保护端口的等效戴维宁电路和断路器状态，优化确定各端口的最优整定值。微电网整定值自适应继电保护包括PCC保护、馈线保护、DG单元保护等关键节点的保护，但并不限于这些关键点。具体的自适应保护方法包括基于树形节点搜索的动作电流自适应整定以及基于节点短路径图的微电网动作时限自适应整定。

微电网动态自适应继电保护具备保护偏好自适应功能。微电网系统在正常运行情况下，故障发生时不能快速跳闸会造成系统的不稳定，因此必须保证故障快速切除。但是当系统处于紧绷状态时，保护的误动会对系统雪上加霜，将导致分布式电源的反复启停。当系统处于紧绷状态时，应调整保护的偏好有利于提高安全性，减少保护误动的可能性。

微电网保护偏好自适应通过预先系统分析，确定各保护关键点，这些点的误动作将增加连锁故障的可能性，需要自适应的监视。自适应保护装置能自适应选择微电网保护的偏好，进行系统状态分析以及确定各关键保护点，通过逻辑仲裁自适应地选择保护偏好。例子图4中所示，有三个独立的保护系统，为了在正常运行情况下获得较高的可靠性，三个保护的输出构成“或门”结构，即任何一套保护动作将导致断路器跳闸。当保护装置通过状态估计分析得出微电网系统处于紧绷状态结论时，保护系统的偏好应调整为有助于增加安全性。这可以通过改变关键保护为“表决”逻辑方式，即在启动跳闸前，必须至少有两套保护判断需要断路器跳闸。当然，这个原则也可以应用于更多被定义为关键点的地方。

微电网动态自适应继电保护具备整定值失效告警功能。自适应保护装置的整定值设定是基于对微电网的某种假设确定的。如在运行模式切换，微电源接入状态、短路、接地等事件发生后，预计电网电压、电流、频率的变化，对于这些假设状况下所设置的整定值是合适的。但是系统每年在结构、运行策略、负荷模式方面均会发生变化。理想情况下，继保系统的整定值应该进行调整。而许多情况下会由于人力短缺或计划安排困难等原因，继电保护定值不能按照规定执行，有些继保整定值已到临界状态而并没有被工程师注意到。在自适应保护装置中预先存储保护的动作特性，在负荷变化或者稳定振荡情况下，将视在阻抗轨迹与保护特性进行比较。根据视在阻抗与保护特性的接近程度，上传整定值失效信号给中央控制器，反映给保护工程师，提示继保整定值可能需要重新考虑。这种功能可以辨识非预期保护动作引起的连锁故障危险。当然过电流保护可以采取同样的步骤。

本发明之二的上述微电网动态自适应继电保护方法使用的自适应保护装置，设置在微电网系统各关键保护点，该自适应保护装置内部集成整定值规则库，承担信息采集，故障检测，整定值规则库管理，向断路器发出跳、合闸指令以及与中央控制器进行数据交互的工作。自适应保护装置既要与中央控制器保持紧密的通信联系，又保证其区域保护的独立性。该自适应保护装置具有以下功能：1）采集关键保护点的电压、电流信息及各断路器动作状态信息；2）根据来自中央控制器的系统状态估计，自适应选择装置保护偏好，自动调节保护功能的投退以及合适的整定值区间；3）根据电流采样值进判别故障区域，输出并执行跳合闸命令；4）分析并自动上传整定值失效信号给中央控制器；5）向中央控制器上传故障录波信息。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种微电网动态自适应继电保护方法，其特征在于，基于中央控制器以及分布在微电网各关键保护点的若干自适应保护装置，所述微电网动态自适应继电保护方法包括下列步骤：

步骤1，中央控制器实时采集微电网内与网络运行模式变化相关的模拟量和数字量信息，在线进行全网络连通性判断，进而分析得出实时网络拓扑结构；

步骤2，中央控制器对微电网内的分布式电源、支路子系统及负荷建立计算模型，综合电网系统实时状态、运行结构及运行参数，建立简化的用于整定的状态估计模型；

步骤3，中央控制器将计算出的微电网运行状态信息传送给各个自适应保护装置，各个自适应保护装置根据其内部集成的整定值规则库，匹配输出优化后的区域保护定值，

所述自适应保护装置通过预先离线仿真分析，确定并存储所有情况下合适的整定值，包括在并网运行模式下的多套整定值和在孤岛运行模式下的多套整定值，

所述自适应保护装置整定值的自适应通过检测关键点断路器的开合状态，分析微电网系统所处的运行模式，和该模式下各测量保护端口的等效戴维宁电路和断路器状态，优化确定各端口的最优整定值。

2.根据权利要求1所述的微电网动态自适应继电保护方法，其特征在于，所述自适应保护装置能自适应选择微电网保护的偏好，经过进行系统状态分析以及确定各关键保护点，通过逻辑仲裁自适应地选择当前保护的偏好。

3.根据权利要求1所述的微电网动态自适应继电保护方法，其特征在于，所述自适应保护装置中预先存储保护的动作特性，在负荷变化或者稳定振荡情况下，将视在阻抗轨迹与保护特性进行比较，根据视在阻抗与保护特性的接近程度，上传整定值失效信号给中央控制器。

4.一种权利要求1所述微电网动态自适应继电保护方法中所用的自适应保护装置，其特征在于，所述自适应保护装置设置在微电网系统各关键保护点，该自适应保护装置内部集成整定值规则库，采集关键保护点的电压、电流信息及各断路器动作状态信息；根据来自中央控制器的系统状态估计，自适应选择装置保护偏好，自动调节保护功能的投退以及合适的整定值区间；根据电流采样值进行判别故障区域，输出并执行跳合闸命令；分析并自动上传整定值失效信号给中央控制器；向中央控制器上传故障录波信息。