CN104009453B - 一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法，以I/U作为故障判据判断微电网离网运行时是否发生网内短路故障，可以快速、可靠、有选择性地断开网内故障部分，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证逆变器的继续正常运行而不脱网，维持微电网的离网运行，保证微电网离网运行时内部非故障区域的正常供电。

Description

一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种故障检测方法，尤其涉及一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法。
背景技术
近几年，在分布式电源接入技术不断发展的趋势下，对于多种分布式电源联合起来以微电网的形式接入配电网的需求也在不断增多。微电网可以解决分布式电源接入对于电网带来的协调问题，充分发挥分布式电源的节能、环保特性，挖掘分布式电源为电网和用户带来的价值与效益。
随着微电网在近些年的大力发展，微电网里面的故障保护技术已经是一个不容忽视的问题。微电网是一个可控电源，具有热插拔特性，既可以并网运行，也可以离网运行。当微电网与上级配电网并网运行并发生微电网内部故障时，保护安装点流经的故障电流主要是由电网提供，系统容量很大，产生的故障电流较大；当微电网离网运行并发生微电网网内故障的时候，故障电流是由微电网自身提供，系统容量相对小，同时由于微电网中使用的逆变器设备具有限流作用(最大峰值故障电流约为故障前稳态电流的2～5倍，持续时间大约为1.1～4.25ms，约为0.1～0.2个周波，随后电流便能够达到稳态值，大约是额定电流的1.2倍)，所以故障电流相对较小，与正常的交换电流没有明显差别。
除了故障判据要具有一定的可靠性与选择性外，微电网离网运行时的保护动作必须具备一定的快速性，才能维持微电网的安全稳定运行。由于微电网中使用的逆变器具备低电压穿越功能(系统电压跌至额定电压的20％，逆变器能够保证不脱网情况下继续运行625ms)和反孤岛保护功能(微电网内部的电压/与频率发生异常时，需要在6个周波之内切除电源)，所以继电保护装置必须保证在短时间(一般为3周波)之内就可靠的切开故障。
由于离网运行时故障电流与电压的特点使得一些常规的过流保护判据不能快速可靠的断开故障。而且因为具有明显故障特点的电流值(2～5倍的故障电流)持续时间很短，不到半个周波，很难通过采样获得稳定的值，而在逆变器限流作用下的稳定状态的故障电流值与正常的交换电流相比较又没有明显的变化。这种情况下，如果设置的过流定值过高，将无法可靠的断开故障，如果设置的定值过低，将无法保证保护的选择性，有可能会出现误跳事故，无法兼顾可靠性与选择性原则。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法，以I/U为判据，可以快速、可靠、有选择性地断开网内故障部分，减小故障元件的损坏程度，缩短负荷的低电压时间，保证逆变器的继续正常运行而不脱网，维持微电网的离网运行，保证微电网离网运行时内部非故障区域的正常供电。
实现上述目的的技术方案是：
一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法，所述故障检测方法以I/U作为故障判据判断微电网离网运行时是否发生网内短路故障；其中，I表示所采出线的电流的有效值，U表示所采出线的电压的有效值。
进一步地，所述故障检测方法还以任一线电压低于线电压定值或者负序电压大于负序电压定值作为闭锁，同时满足I/U故障判据则跳开微电网中的故障线路。
进一步地，所述故障检测方法还具有方向闭锁，方向元件90度接线，采用记忆电压消除近区三相短路时方向元件的电压死区。
进一步地，所述故障检测方法还预设保护定值Yzd，Yzd按照躲开最大负荷电流时候与额定电压的比值的原则来整定。
进一步地，当判断为发生在微电网离网运行，且各条件满足时，所述故障检测方法将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，保护跳闸快速发出跳闸指令，断开微电网中相应的电源点、负荷点或者储能单元。
本发明的有益效果是：本发明填补了微电网离网情况下保护的技术空白，显著提高了微电网系统运行的可靠性、安全性和快速性，以I/U为判据，可以快速的、可靠的、选择性的的断开网内故障部分，保证了微电网在离网运行时保护系统的可靠性、灵敏性、选择性和速动性要求。同时，增加了运行方式的判断，保证了微电网并网模式下不会误动作，提高了该保护判据的通用性，解决了目前的保护只是通过方向元件闭锁区分网内与网外故障，这种方式在并网时候是有效的，但是在离网运行情况下无法解决由于微电网中使用大量电力电子元器件导致的故障电流特征不明显从而不能可靠、快速的动作的难题。
附图说明
图1是本发明方法中I/U故障判据保护逻辑框图；
图2是微电网离网运行在短路故障情况下电压、电流的波形；
图3为微电网离网运行时发生故障的典型情况示意图；
图4为微电网并网运行时发生故障的典型情况示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的用于微电网离网运行情况的故障检测方法，以I/U作为故障判据判断微电网离网运行时是否发生网内短路故障，I表示所采出线的电流的有效值，U表示所采出线的电压的有效值。并预设保护定值Yzd，Yzd按照躲开最大负荷电流Ilmax时候与额定电压U额的比值的原则来整定，如下：
Yzd＝Krel.Ilmax/U额(可靠系数Krel取1.2～1.5的范围)
由于采用电流除上电压作为故障的主判据，考虑到了正常运行时候的电压与故障时候的电压的区别，正常运行时候电压基本在额定电压附近，而在发生短路故障时候电压会维持在20％左右。这样处理后，即放大了发生内部短路故障时候的稳定性故障电流，可以快速的判断出故障；又缩小了正常运行时候的交换电流，可以躲开正常运行时的电流，可以保障保护的可靠性、选择性。
本发明除了以I/U作为主判据外，同时还以任一线电压低于线电压定值或者负序电压大于负序电压定值作为闭锁，如果同时满足了该保护逻辑的条件就会经延时继电器延时一段时间后，由出口继电器出口跳开微电网中的故障线路，否则就退出该判据；
本发明还具有方向闭锁的功能，方向元件采用90度接线(规定母线指向线路为正)。装置采用记忆电压消除近区三相短路时方向元件的电压死区，死区线电压门槛取10V，方向元件的计算一直进行。当线电压大于10V时，使用当前线电压，否则使用记忆电压。
当判断为微电网并网运行时发生的故障时，就不会进行离网运行时候的I/U故障判断。并网情况下，微电网内部故障，由于并网点以及相应故障支路的故障电流明显，都可以使用带方向闭锁的复压闭锁方向过流保护判据来完成，而系统侧发生故障，只需在并网点设置带正方向的复压闭锁方向过流保护即可。这样，通过带方向闭锁的两种类型的保护相互配合就可以完成并网状态、离网状态的微网内部故障以及系统侧故障的保护功能。
当判断为发生在微电网离网运行，且各条件满足时，所述故障检测方法将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，保护跳闸快速发出跳闸指令，断开微电网中相应的电源点、负荷点或者储能单元。
请参阅图1，为I/U故障判据保护逻辑框图；Upp.min表示闭锁电压最小值；ULBSzd表示预设闭锁电压值；U2表示闭锁总电压值；U2BSzd表示预设闭锁总电压值。TIzd表示频率波长。
请参阅图2，为微电网离网运行在短路故障情况下电压、电流的波形。
请参阅图3，离网运行情况：
当系统侧K1点发生故障时候，离网运行的微电网检测不到任何电气量，需要系统自动恢复；
当微电网内部K2点发生故障时候，由于K2点不是附图3中保护安装点的保护范围，安装点的保护通过方向闭锁元件闭锁，即使I/U元件满足其他条件也不会保护动作；
当微电网内部K3点发生故障时候，由微电网自身提供故障电流，因为逆变器的限流作用导致故障电流是正常运行时候的1.2倍左右，故障电流不太明显，但是采用I/U判据，由于故障时候的电压接近于正常运行时候的0.2左右，使得I/U的故障判据较之于正常情况增大了5部左右，使得故障特性很明显，从而达到保护动作区间(比按躲开最大负荷电流情况下的定值Yzd要大)。
请参阅图3，并网运行情况：
当系统侧K1点发生故障时候，K1点作为并网点肯定会提供正向的短路电流(由于微电网的系统容量与系统相比很小，提供的短路电流相对于发生网内故障时候流过K1点的电流较小)，K2、K3点如果接入的是分布式电源时候也能感受到较小的故障电流，对于这种故障K1点需要投入正方向的复压方向过流元件，K2与K3点不需要处理该类型故障电流；
当微电网内部K2点发生故障时候，由于K2点不是附图4中保护安装点的保护范围，安装点的保护通过方向闭锁元件闭锁，即使I/U元件满足其他条件也不会保护动作；
当微电网内部K3点发生故障时候，K1点与K3点能够感受到故障电流，并网点K1点的故障电流由系统提供，故障电流较大系统故障时的要大，可以采用反方向的复压方向过流元件；K3点的故障电流由系统以及微电网提供故障电流，故障电流比离网运行时候的I/U值要大很多，也可以快速的切除K2点的故障，达到保护的目的，并可以与K1点通过延时进行配合。
这样，对于微电网并网与离网的各种典型故障情况都能采用不同的保护检测方法，并相互配合，可靠的、选择性的、快速的、灵敏的动作。
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 (2)

1.一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法，其特征在于，所述故障检测方法以I/U作为故障判据判断微电网离网运行时是否发生网内短路故障；其中，I表示所采出线的电流的有效值，U表示所采出线的电压的有效值，
所述故障检测方法还以任一线电压低于线电压定值或者负序电压大于负序电压定值作为闭锁，同时满足I/U故障判据则跳开微电网中的故障线路，
所述故障检测方法还预设保护定值Yzd，Yzd按照躲开最大负荷电流Ilmax时候与额定电压U额的比值的原则来整定，如下：
Yzd＝Krel.Ilmax/U额
其中，Krel为可靠系数，取1.2～1.5的范围，
当判断为发生在微电网离网运行，且各条件满足时，所述故障检测方法将控制信号传导到所述微电网保护跳闸部分，保护跳闸快速发出跳闸指令，断开微电网中相应的电源点、负荷点或者储能单元。
2.根据权利要求1所述的用于微电网离网运行情况的故障检测方法，其特征在于，所述故障检测方法还具有方向闭锁，方向元件90度接线，采用记忆电压消除近区三相短路时方向元件的电压死区。
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