CN104934924B - 基于分布式邻接表的微电网保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，包括：建立微电网拓扑结构，并将微电网拓扑结构转化为邻接表模型，依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体；在所述邻接表模型上，从微电网保护装置的保护范围的第1个分布式节点开始深度遍历，直到获得所有向保护范围提供故障电流的节点；获取深度遍历过程中遍历到的节点属性和输电线路属性；根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值。本发明有效解决了微电网运行方式及拓扑结构灵活多变导致继电保护无法自适应的问题。

Description

基于分布式邻接表的微电网保护控制方法

技术领域

本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于分布式邻接表的微电网保护控制方法。

背景技术

微电网中分布式电源及负荷的即插即用使得系统拓扑结构、潮流方向灵活多变，分布式电源通常为逆变型分布式电源，其受到控制环节限流措施的约束，故障时提供的故障电流会被限制在2倍额定电流以内，这些因素对微电网继电保护提出了新的要求。

目前，国内外针对微电网继电保护的研究主要有两种方向。一种是基于本地信息的保护：(1)基于电流序分量和差动保护相结合的保护方法，该方法不依赖于高的故障电流，可以解决微电网孤岛运行时故障电流小、不足以使传统过电流整定保护动作的问题。(2)基于逆变器出口电压变换的方法，该方法利用电压信号检测故障，避开了运行方式带来的故障电流差异问题。这种研究方向的主要目的是尽量降低微电网中分布式电源对传统配电网保护的影响，而没有解决微电网拓扑结构多变导致的保护自适应问题；另一种是基于通讯的微电网保护：(1)基于IEC61850的微电网保护方法，采用反时限过电流保护原理，当微电网拓扑结构发生改变时，微电网中央控制器改变保护动作整定值，以满足自适应。(2)对微电网自适应保护建立开关状态及整定值数据库，采用离线分析、在线整定的方式，为微电网自适应保护提供了思路。

由于微电网系统本身的拓扑特点，导致现有故障诊断策略大都偏重于利用单个诊断对象的局部信息，较多的传统诊断技术仅立足于解决单个诊断对象的模型构造或相关计算方法的改进，未能从全局的角度来研究分析故障原因，所以很难提供可以直接采用的辅助决策结论，容易造成微电网保护可靠性变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，有效解决了微电网运行方式及拓扑结构灵活多变导致继电保护无法自适应的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，包括：

建立微电网拓扑结构，并将微电网拓扑结构转化为邻接表模型，其中，微电网系统中的分布式电源、储能装置、转换装置、负荷、PCC点和连接点采用不同属性的节点表示，输电线路采用边表示，对于含有多个子微网的微电网系统，将每个子微网采用分布式节点表示；

依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体；

在所述邻接表模型上，从微电网保护装置的保护范围的第1个分布式节点开始深度遍历，直到获得所有向保护范围提供故障电流的节点；

获取深度遍历过程中遍历到的节点属性和输电线路属性；

根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值。

进一步的，还包括：

当微电网系统中某个分布式节点状态发生变化或者新增分布式节点时，按照广度优先遍历或深度优先遍历重新遍历所述邻接表模型，并将变化前的系统数据保存。

其中，所述依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体，具体包括：

依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体，其中，所述节点的结构体的属性包括当前节点编号、类型和其邻接节点编号信息；

依据所述邻接表模型建立并定义分布式节点的结构体，其中，所述分布式节点的结构体的属性包括当前分布式节点编号、所包含的节点数目和所包含的节点编号信息；

依据所述邻接表模型建立并定义节点—输电线路的结构体，其中，所述节点—输电线路的结构体的属性包括线路首端节点编号、线路末端节点编号、线路长度、线路型号、单位电阻和单位电抗。

其中，所述广度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点出发，之后访问其邻接点，直到所有分布式节点都被访问到。

其中，所述深度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点开始，遍历分布式节点的第1个节点，之后访问第1个节点的邻接点，直到编号为1的分布式节点包含的所有节点都被访问到，开始访问下一个分布式节点，直到所有的分布式节点都被访问到。

其中，所述根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值，具体包括：

根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值，其中，

式中，I_dz表示保护动作电流整定值，S_pcc为PCC点开关状态，且S_pcc为0表示微电网并网运行，S_pcc为1表示微电网孤岛运行，I_fG为公共电网故障电流，m为向故障点提供故障电流的分布式电源数量，为分布式电源运行状态，且为0表示分布式电源退出，为1表示分布式电源投入，K_k为保护动作可靠系数，且取值为1.2～1.3。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明将微电网拓扑图转换成微电网分布式邻接表模型，采用邻接表遍历算法对微电网系统结构进行在线分析，并将微电网运行状态的变化实时记录保存，计算出系统在当前运行状态下各个保护装置节点处的保护动作整定值，有效解决了微电网运行方式及拓扑结构灵活多变导致继电保护无法适应的问题。

本发明对微电网系统的运行状态分析及故障分析有助于微电网的可靠运行，及不同控制策略对微电网运行方式的改变、故障率的影响研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明提供的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，包括步骤：

S101、建立微电网拓扑结构，并将微电网拓扑结构转化为邻接表模型。

其中，微电网系统中的分布式电源、储能装置、转换装置、负荷、PCC点和连接点等采用不同属性的节点表示，输电线路采用边表示，对于含有多个子微网的微电网系统，将每个子微网采用分布式节点表示。

S102、依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体。

具体的，步骤S102包括步骤：

S1021、依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体。

其中，所述节点的结构体的属性包括当前节点编号、类型和其邻接节点编号信息。例如，定义节点的结构体为

struct_unit[i]＝{num,type,state,num_1,num_2,…num_k}，

其中，num表示当前节点编号；type表示当前节点类型，type为0代表分布式电源，type为1代表储能，type为2代表开关，type为3代表负荷，type为4代表连接，type为5代表公共连接；state表示当前节点状态，state为0代表处于工作状态，为1代表处于故障状态；num_1表示当前节点所连接的第1个节点编号；num_k表示当前节点所连接的第k个节点编号。

S1022、依据所述邻接表模型建立并定义分布式节点的结构体。

其中，所述分布式节点的结构体的属性包括当前分布式节点编号、所包含的节点数目和所包含的节点编号信息。例如，定义分布式节点的结构体为：

struct_dunit[i]＝{num,num_unit,num_1,num_2,…num_k}，

num表示当前分布式节点编号；num_unit表示当前分布式节点包含的节点数目,num_1表示分布式节点包括的第1个节点编号；num_k表示分布式节点包括的第k个节点编号。

S1023、依据所述邻接表模型建立并定义节点—输电线路的结构体。

其中，所述节点—输电线路的结构体的属性包括线路首端节点编号、线路末端节点编号、线路长度、线路型号、单位电阻和单位电抗。例如，定义节点—输电线路的结构体为：

struct_line[i]＝{num_1,num_2,line_length,line_type,line_r,line_x}，

num_1表示线路首端节点编号；num_2表示线路末端节点编号；line_length表示线路长度、line_type表示型号、line_r表示单位电阻、line_x表示单位电抗。

S103、在所述邻接表模型上，从微电网保护装置的保护范围的第1个分布式节点开始深度遍历，直到获得所有向保护范围提供故障电流的节点。

其中，当微电网系统中某个分布式节点状态发生变化或者新增分布式节点时，按照广度优先遍历或深度优先遍历重新遍历所述邻接表模型，并将变化前的系统数据保存。

具体的，所述广度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点出发，之后访问其邻接点，直到所有分布式节点都被访问到。

具体的，所述深度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点开始，遍历分布式节点的第1个节点，之后访问第1个节点的邻接点，直到编号为1的分布式节点包含的所有节点都被访问到，开始访问下一个分布式节点，直到所有的分布式节点都被访问到。

S104、获取深度遍历过程中遍历到的节点属性和输电线路属性。

S105、根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值。

具体的，步骤S105包括步骤：

根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值，其中，

式中，I_dz表示保护动作电流整定值，S_pcc为PCC点开关状态，且S_pcc为0表示微电网并网运行，S_pcc为1表示微电网孤岛运行，I_fG为公共电网故障电流，m为向故障点提供故障电流的分布式电源数量，为分布式电源运行状态，且为0表示分布式电源退出，为1表示分布式电源投入，K_k为保护动作可靠系数，且取值为1.2～1.3。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明将微电网拓扑图转换成微电网分布式邻接表模型，采用邻接表遍历算法对微电网系统结构进行在线分析，并将微电网运行状态的变化实时记录保存，计算出系统在当前运行状态下各个保护装置节点处的保护动作整定值，有效解决了微电网运行方式及拓扑结构灵活多变导致继电保护无法适应的问题。

本发明对微电网系统的运行状态分析及故障分析有助于微电网的可靠运行，及不同控制策略对微电网运行方式的改变、故障率的影响研究。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，其特征在于，包括：

建立微电网拓扑结构，并将微电网拓扑结构转化为邻接表模型，其中，微电网系统中的分布式电源、储能装置、转换装置、负荷、PCC点和连接点采用不同属性的节点表示，输电线路采用边表示，对于含有多个子微网的微电网系统，将每个子微网采用分布式节点表示；

依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体；

在所述邻接表模型上，从微电网保护装置的保护范围的第1个分布式节点开始深度遍历，直到获得所有向保护范围提供故障电流的节点；

获取深度遍历过程中遍历到的节点属性和输电线路属性；

根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值；

所述依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体、分布式节点的结构体和节点—输电线路的结构体，具体包括：

依据所述邻接表模型建立并定义节点的结构体，其中，所述节点的结构体的属性包括当前节点编号、类型和其邻接节点编号信息；

依据所述邻接表模型建立并定义分布式节点的结构体，其中，所述分布式节点的结构体的属性包括当前分布式节点编号、所包含的节点数目和所包含的节点编号信息；

依据所述邻接表模型建立并定义节点—输电线路的结构体，其中，所述节点—输电线路的结构体的属性包括线路首端节点编号、线路末端节点编号、线路长度、线路型号、单位电阻和单位电抗。

2.如权利要求1所述的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，其特征在于，还包括：

当微电网系统中某个分布式节点状态发生变化或者新增分布式节点时，按照广度优先遍历或深度优先遍历重新遍历所述邻接表模型，并将变化前的系统数据保存。

3.如权利要求2所述的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，其特征在于，所述广度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点出发，之后访问其邻接点，直到所有分布式节点都被访问到。

4.如权利要求2所述的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，其特征在于，所述深度优先遍历包括：从编号为1的分布式节点开始，遍历分布式节点的第1个节点，之后访问第1个节点的邻接点，直到编号为1的分布式节点包含的所有节点都被访问到，开始访问下一个分布式节点，直到所有的分布式节点都被访问到。

5.如权利要求1或2所述的基于分布式邻接表的微电网保护控制方法，其特征在于，所述根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值，具体包括：

根据所述遍历到的节点属性和输电线路属性计算得到继电保护动作电流整定值，其中，

$I_{dz}=K_k(S_{pcc}{I}_{fG}+\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(S_{{\mathrm{DG}}_i}{I}_{fDGi}\left)\right)$

式中，I_dz表示保护动作电流整定值，S_pcc为PCC点开关状态，且S_pcc为0表示微电网并网运行，S_pcc为1表示微电网孤岛运行，I_fG为公共电网故障电流，m为向故障点提供故障电流的分布式电源数量，为分布式电源运行状态，且为0表示分布式电源退出，为1表示分布式电源投入，I_fDGi为分布式电源故障电流，K_k为保护动作可靠系数，且取值为1.2～1.3。