CN108110738A - 用于微电网保护的方法、继电器和系统 - Google Patents

用于微电网保护的方法、继电器和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于微电网保护的方法、继电器和系统，其中，所述方法可包括：基于输入的三相电压产生固态故障信号；基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。根据本发明的用于微电网保护的方法、继电器和系统，可根据三相电压和三相电流来产生固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号，以准确地确定故障，可通过信号传递故障信息，以快速处理故障，从而为微电网提供快速且可靠的保护。

Description

用于微电网保护的方法、继电器和系统
技术领域
本发明涉及微电网技术，更具体地，涉及一种用于微电网保护的方法、继电器和系统。
背景技术
微电网的孤岛运行模式可以是微电网作为自足式系统独立于主公共电网运行的模式。在孤岛运行模式下出现的主要问题涉及微电网保护，例如过流保护。在这种运行模式下，由于例如分布式发电机的变流器中使用的半导体开关的被限制的电流额定值的原因，故障电流相对地小，大约是正常的额定电流的两倍。然而，当主公共电网在电网连接运行模式下产生故障电流时，产生的故障电流相对地大，以驱动传统的过流保护继电器。因此，这种针对相对地大的故障电流的传统的过流保护继电器不足以保护运行在孤岛运行模式下的微电网或不与主公共电网物理地连接的孤岛式微电网。虽然可采用传统的过流保护继电器来保护运行在电网连接运行模式下的微电网和总是与主公共电网物理地连接的非孤岛式微电网，但是由于分布式发电机的存在可能会影响包括过流保护继电器的保护系统的故障处理能力，因此必须系统地调整传统的过流保护继电器。
发明内容
本发明的各个方面至少可解决以上提到的问题和/或缺点，并且至少提供以下优点。另外，本发明可不解决以上提到的问题和/或缺点。
根据本发明的一方面，提供了一种用于微电网保护的方法，其中，所述方法可包括：基于输入的三相电压产生固态故障信号；基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
可选地，所述基于输入的三相电压产生固态故障信号的步骤包括：通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；
当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号。
可选地，所述基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号的步骤包括：通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流；对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。
可选地，所述基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号的步骤包括：基于输入的三相电压和三相电流分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流；基于所述计算的结果产生零序方向、正序方向和逆序方向；基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
可选地，所述基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号的步骤包括：对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。
可选地，所述方法还包括：将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于微电网保护的继电器，其中，所述继电器可包括：固态故障检测模块，基于输入的三相电压产生固态故障信号；高阻抗故障检测模块，基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；方向确定模块，基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；跳闸信号产生模块，基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
可选地，所述固态故障检测模块包括：第一坐标变换单元，通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；电压比较单元，将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；扰动检测单元，当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号。
可选地，所述高阻抗故障检测模块包括：第二坐标变换单元，通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流；离散小波变换单元，对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；高阻抗故障检测单元，将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。
可选地，所述方向确定模块可包括：序列计算单元，基于输入的三相电压和三相电流分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流；方向计算单元，基于所述计算的结果产生零序方向、正序方向和逆序方向；第一逻辑运算单元，基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
可选地，所述跳闸信号产生模块包括：第二逻辑运算单元，对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；第三逻辑运算单元，基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。
可选地，所述跳闸信号产生模块还包括：延时单元，设置在第二逻辑运算单元和第三逻辑运算单元之间，使第三逻辑运算单元延时产生跳闸信号。
可选地，所述继电器还包括自动合闸模块，其中，自动合闸模块包括：偏差计算单元，将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；同步性检测单元，基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于微电网保护的系统，其中，所述系统可包括微电网保护管理器、断流器和上述继电器，其中，微电网保护管理器从继电器接收固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号；基于接收到的固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号确定故障位置；并向与确定的故障位置对应的断流器发送开闸信号，当断流器接收到开闸信号时，断开电流。
可选地，当检测到继电器存在通信故障时，微电网保护管理器启用与通信存在故障的继电器相邻的至少一个其它继电器，当检测到断流器存在通信故障时，微电网保护管理器启用与通信存在故障的断流器相邻的至少一个其它断流器。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序，其中，所述程序可包括执行上述方法的代码。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质，其中，所述计算机程序包括执行上述方法的代码。
本发明的用于微电网保护的方法、继电器和系统，可根据三相电压和三相电流来产生固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号，以准确地确定故障，可通过信号传递故障信息，以快速处理故障，从而为微电网提供快速且可靠的保护。
本发明的用于微电网保护的方法、继电器和系统，可通过有线通信和无线通信中的至少一种来实现产生的信号的发送和接收，以确定故障位置并断开电流，从而为运行在孤岛运行模式下的微电网、运行在电网连接运行模式下的微电网、不与主公共电网物理地连接的孤岛式微电网以及与主公共电网物理地连接的非孤岛式微电网中的至少一种微电网提供快速且可靠的保护。可使用派克(Park)变换和小波变换来处理三相电压和三相电流，以获得具有显著电气特征的电压和电流，从而更准确判断固态故障和高阻抗故障。可通过序列计算获得正序、逆序和零序的电压和电流，从而准确判断故障电流的方向。可处理与微电网的运行相关联的小故障电流引起的问题。针对产生小故障电流的情景，本发明提供了比传统过流保护的具有更优秀的保护能力的替代保护。在主继电器和主断流器发生通信故障等问题的情况下，本发明还可通过备用继电器和备用断流器中的至少一个来提供备用保护。
将在接下来的描述中部分阐述本发明总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明总体构思的实施而得知。
附图说明
现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的方法的流程图；
图2示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的框图；
图3示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的固态故障检测模块的框图；
图4示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的高阻抗故障检测模块的框图；
图5示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的方向确定模块的框图；
图6示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的跳闸信号产生模块的框图；
图7示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的自动合闸模块的框图；
图8示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的系统的框图；
图9示出根据本发明的示例性实施例的微电网保护的操作的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图更加详细地描述发明构思的示例性实施例。
图1示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的方法的流程图。
如图1所示，本示例性实施例的用于微电网保护的方法包括如下步骤。
在步骤S110，基于输入的三相电压产生固态故障信号(Solid Fault Signal，简称为SFS)。例如，可对输入的三相电压进行第一坐标变换，基于所述第一坐标变换的结果确定是否产生扰动电压，当产生扰动电压时产生固态故障信号。
作为示例，步骤S110可包括：通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号，或者当所述至少一个电压分量小于预定的电压下限或大于预定的电压上限时，产生固态故障信号。
可通过电压互感器(Potential Transformer，简称为PT)来测量三相瞬时电压作为输入的三相电压。可通过派克变换对三相电压进行转换，如以下表达式(1)和(2)所示：
其中，Va、Vb和Vc分别是输入的三相电压的三个电压分量，Vd和Vq分别是两相同步旋转坐标系下的电压的两个电压分量。q轴电压分量Vq可用于确定是否产生扰动电压，即是否产生固态故障。q轴参考电压可用于确定扰动电压，并且可与一组三相平衡参考电压对应。可通过如下表达式(3)来计算扰动电压。
Vq.dist＝Vq.ref-Vq (3)
其中，Vq.ref是q轴参考电压，Vq.dist是扰动电压。
作为示例，针对对称故障，三相电压仍平衡，并可如以下表达式(4)所示。
其中，Vm是相位电压峰值，n是谐波次数，当n＝1时表示基本电压，ω是角频率，是初始相位角，Va、Vb和Vc表示三个相位的电压。
基于表达式(1)、(2)和(4)，可获得表达式(5)。
对于平衡或同步运行模式，θ＝ωt，在这种情况下，表达式(3)可被表示为表达式(6)。
因此，abc坐标系下的同步故障引起的三相电压的交流扰动可表现为dq坐标系下的常数或直流扰动。
作为示例，针对非对称故障，在微电网中发生的非对称故障将导致非平衡三相电压。
零序列电压分量V0可表示为表达式(7)。
V0＝(Va+Vb+Vc)/3 (7)
针对相位a、相位b和相位c的电压分别是Va、Vb和Vc。去除了零序列电压分量V0的三相电压可表示为表达式(8)。
将通过表达式(8)获得的三个电压分别分解为正序分量和逆序分量，从而将表达式(8)表示为表达式(9)。
其中，VPm和VNm分别表示正序电压峰值和逆序电压峰值，和分别是正序电压和逆序电压的初始相位角，ω是角频率。利用表达式(1)和(2)来计算表达式(9)中的电压，可获得如下表达式(10)。
对于平衡或同步运行模式，θ＝ωt，可将表达式(10)表示为表达式(11)。
因此，非同步故障的扰动电压可表示为表达式(12)。
因此，对于微电网中的非同步故障，扰动电压不仅具有直流分量，还具有波纹(ripple)分量。非对称故障引起的abc坐标系下的三相电压的交替变化表现为dq坐标系下的波纹或振荡信号以及直流分量。这可以是针对两相位故障的具有交流波纹的直流电压，这也可以是针对单相位故障的在零值和最大值之间变化的振荡信号。这样的特征可用于确定故障的类型。
在步骤S120，基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号(High Impedance FaultSignal，简称为HIFS)。例如，可对输入的三相电流先后进行第二坐标变换和小波变换以获得小波系数，基于获得的小波系数确定是否发生高阻抗故障，当发生高阻抗故障时产生高阻抗故障信号。
作为示例，步骤S120包括：通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流；对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。
例如，可采用表达式(1)中的变换矩阵实现三相电流Iabc到αβ0坐标系下的电流的转换，以获得电流Iα、电流Iβ和电流I0。对电流Iα、电流Iβ和电流I0分别进行小波变换，获得小波系数DWTIα、小波系数DWTIβ和小波系数DWTI0，其中，小波系数是小波变换的结果。可利用获得的小波系数确定高阻抗故障。优选地，可计算出小波系数DWTIα、小波系数DWTIβ和小波系数DWTI0中的最大值，所述最大值用于确定高阻抗故障。
可将获得的小波系数中的至少一个或小波系数的最大值与第二阈值进行比较，并且当所述最大值大于第二阈值时，确定产生高阻抗故障，并且产生高阻抗故障信号。
作为示例，可将产生的固态故障信号和高阻抗故障信号进行逻辑或运算，并基于运算结果产生故障信号(Fault Signal，简称为FS)。也就是说，当发生固态故障和高阻抗故障中的至少一个时，产生故障信号。
在步骤S130，基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号(Direction Signal，简称为DS)。例如，基于输入的三相电压和三相电流计算出正序信号、逆序信号和零序信号，基于计算出的正序信号、逆序信号和零序信号产生方向信号。
作为示例，步骤S130包括：基于输入的三相电压和三相电流分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流；基于所述计算的结果产生零序方向、正序方向和逆序方向；基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
用于获得零序电压、零序电流和零序方向中的至少一个的处理可由用于保护阻抗接地网络或中性绝缘网络的方向接地故障继电器实现。用于获得逆序电压、逆序电流和逆序方向中的至少一个的处理可用于保证对于非对称情况下的小电流幅值的故障的保护。零序方向、正序方向和逆序方向被组合以形成与故障类型对应的方向信号。也就是说，零序方向、正序方向和逆序方向根据故障类型被组合成方向信号。
在步骤S140，基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
作为示例，步骤S140包括：对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。
作为示例，可在执行所述逻辑运算之后，延时产生跳闸信号，从而可使相关设备得到保护。诸如断流器等的特定设备接收到跳闸信号之后，可将微电网中的故障影响区域或部分与其余区域或部分断开，从而降低故障的影响。
可通过本发明的继电器来实现图1所示方法，可根据期望的选择性和可靠性需求来确定采用的继电器的数量。每个继电器对应特定的保护区域，可向诸如微电网保护管理器(Microgrid Protectrion Manager，简称为MPM)等设备发送故障检测信号(FaultDetection Signal，简称为FDS)和方向信号，其中，FDS基于固态故障信号和高阻抗故障信号产生，可用于确定是否检测到在对应的保护区域内的故障，DS可用于指示对应于检测到故障的继电器的故障方向。MPM可从每个继电器接收FDS和DS，并基于接收到的信号通过计算确定微电网中故障影响区域。
MPM接收到FDS后，在预定时间(进行延时)之后接收DS，并且基于接收到的DS或者FDS和DS来确定故障影响区域。可由MPM和继电器中的至少一个向与故障影响区域(例如，故障位置)对应的断流器(Current Breaker，简称为CB)发送开闸信号或跳闸信号(TrippingSignal，简称为TS)，从而使故障影响区域从微电网分离(与微电网的其它部分断开)。可延时发送开闸信号或跳闸信号。可在向MPM发送DS或者FDS和DS的同时将DS或者FDS和DS发送给降流保护装置或分布式发电机等，因此，上文提到的延时可为降流保护装置预留时间，延时的时间大于0.1秒，但是小于0.15秒。提供延时可确保本发明的继电器与降流保护装置协调工作。
示例性实施例的方法还可包括：将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号(Reclosing Signal，简称为RS)。合闸信号可被发送给断流器，以便断流器使电流重新导通。
上述操作的目的可以是在故障被有效地排除或被临时排除后，保证从微电网分离的故障影响区域与微电网(例如，微电网的未受到故障影响的区域或部分，又可称为健康部分)安全地重新连接。
作为示例，可接收三相电压Vabc。可将接收到的三相电压与预先存储或接收到的健康电压Vabc-healthy相比较。计算接收到的三相电压与健康电压之间的幅值差异Δ|V|、频率差异Δf和相位角差异Δθ。当幅值差异Δ|V|、频率差异Δf和相位角差异Δθ中的至少一个在对应的允许范围之内时，可确定故障被恢复或排除(或被临时恢复或排除)。
当确定故障被恢复或排除(或被临时恢复或排除)时，可将从微电网分离的部分与微电网(例如，微电网的未受到故障影响的部分，又可称为健康部分)重新连接和同步。上述重新连接和同步操作可通过分布式发电机的重新同步方案和断流器的重新合闸能力来实现。
上述的固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号和跳闸信号中的至少一个可被发送到分布式发电机，以切断或关闭对应的分布式发电机。优选地，继电器向分布式发电机发送固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号中的至少一个，然后再延时预定时间之后向断流器发送跳闸信号。优选地，同时向分布式发电机和MPM发送固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号中的至少一个。在发送合闸信号之后或断流器的重新合闸之后，分布式发电机可不与通过跳闸信号从微电网分离出并且与微电网重新连接的部分连接。
图2示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的框图。
参照图2，根据示例性实施例的用于微电网保护的继电器200可包括：固态故障检测模块210，基于输入的三相电压产生固态故障信号；高阻抗故障检测模块220，基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；方向确定模块230，基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；跳闸信号产生模块240，基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
作为示例，继电器可包括通信模块(未示出)，可用于发送产生的各个信号，还可用于接收信号。
图3示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的固态故障检测模块的框图。
参照图3，固态故障检测模块210可包括：第一坐标变换单元211，通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；电压比较单元212，将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；扰动检测单元213，当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号，或者当所述至少一个电压分量小于预定的电压下限或大于预定的电压上限时，产生固态故障信号。
固态故障检测模块210的输入可以是三相电压Vabc，输出可以是SFS。可基于上述表达式(1)-(12)来计算扰动电压，并基于扰动电压产生SFS，其中，abc坐标系下的同步故障引起的三相电压的交流扰动可表现为dq坐标系下的常数或直流扰动；对于微电网中的非同步故障，扰动电压不仅具有直流分量，还具有波纹(ripple)分量。非对称故障引起的abc坐标系下的三相电压的交替变化表现为dq坐标系下的波纹或振荡信号以及直流分量。这可以是针对两相位故障的具有交流波纹的直流电压，这也可以是针对单相位故障的在零值和最大值之间变化的振荡信号。这样的特征可用于确定故障的类型。
图4示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的高阻抗故障检测模块的框图。
参照图4，高阻抗故障检测模块220可包括：第二坐标变换单元221，通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流，即电流Iα、电流Iβ和电流I0；离散小波变换单元222，对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；高阻抗故障检测单元224，将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。高阻抗故障检测模块220还可包括小波系数比较单元223，计算获得的小波系数的最大值；高阻抗故障检测单元224还可将小波系数比较单元223计算出的最大值与第二阈值进行比较，以产生高阻抗故障信号。
例如，可采用表达式(1)中的变换矩阵实现三相电流Iabc到αβ0坐标系下的电流的转换，以获得电流Iα、电流Iβ和电流I0。对电流Iα、电流Iβ和电流I0分别进行小波变换，获得小波系数DWTIα、小波系数DWTIβ和小波系数DWTI0，其中，小波系数是小波变换的结果。可利用获得的小波系数确定高阻抗故障。优选地，可计算出小波系数DWTIα、小波系数DWTIβ和小波系数DWTI0中的最大值，所述最大值用于确定高阻抗故障。
作为示例，可将产生的固态故障信号和高阻抗故障信号进行逻辑或运算，并基于运算结果产生故障信号。也就是说，当发生固态故障和高阻抗故障中的至少一个时，产生故障信号。
图5示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的方向确定模块的框图。
参照图5，方向确定模块230可包括：序列计算单元231，基于输入的三相电压Vabc和三相电流Iabc分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流，计算出的电压V012和电流I012被输入到方向计算单元232；方向计算单元232，基于所述计算的结果产生零序方向D0、正序方向D1和逆序方向D2；第一逻辑运算单元233，基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
用于获得零序电压、零序电流和零序方向中的至少一个的处理可由用于保护阻抗接地网络或中性绝缘网络的方向接地故障继电器实现。用于获得逆序电压、逆序电流和逆序方向中的至少一个的处理可用于保证对于非对称情况下的小电流幅值的故障的保护。零序方向、正序方向和逆序方向被组合以形成与故障类型对应的方向信号。也就是说，零序方向、正序方向和逆序方向根据故障类型被组合成方向信号。例如，零序方向、正序方向和逆序方向被输入到或运算器233以生成方向信号。
图6示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的跳闸信号产生模块的框图。
参照图6，跳闸信号产生模块240可包括：第二逻辑运算单元，对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；第三逻辑运算单元，基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。第二逻辑运算单元可包括：或运算器241、与运算器242和与运算器243。SFS和HIFS经由或运算器241生成FS，FS与DS分别在与运算器242和与运算器243中进行逻辑与运算，逻辑与运算的结果可分别经过正向延时器245和反向延时器246后输入到第三逻辑运算单元(例如，逻辑或运算器244)。由第三逻辑运算单元产生TS。这种延时产生TS的方式，可使相关设备得到保护。诸如断流器等的特定设备接收到跳闸信号之后，可将微电网中的故障影响区域或部分与其余区域或部分断开，从而降低故障的影响。在本实施例中，正向延时器245和反向延时器246可形成延时单元，延时单元设置在第二逻辑运算单元和第三逻辑运算单元之间，使第三逻辑运算单元延时产生跳闸信号。
图7示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的继电器的自动合闸模块的框图。
参照图7，自动合闸模块250可包括：偏差计算单元251，将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；同步性检测单元252，基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号。合闸信号可被发送给断流器，以便断流器使电流重新导通。
上述操作的目的可以是在故障被有效地排除或被临时排除后，保证从微电网分离的故障影响区域与微电网(例如，微电网的未受到故障影响的区域或部分，又可称为健康部分)安全地重新连接。
自动合闸模块250可接收三相电压Vabc。偏差计算单元251可将接收到的三相电压与预先存储或接收到的健康电压Vabc-healthy相比较。计算接收到的三相电压与健康电压之间的幅值差异Δ|V|、频率差异Δf和相位角差异Δθ。同步性检测单元252基于偏差计算单元251的计算结果判断故障是否被恢复，当幅值差异Δ|V|、频率差异Δf和相位角差异Δθ中的至少一个在对应的允许范围之内时，可确定故障被恢复或排除(或被临时恢复或排除)。
图8示出根据本发明的示例性实施例的用于微电网保护的系统的框图。
参照图8，根据示例性实施例的用于微电网保护的系统800可包括：微电网保护管理器810、断流器830和继电器820，其中，继电器820可如上述实施例所述被实现，微电网保护管理器810从继电器820接收固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号；基于接收到的固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号确定故障位置；并向与确定的故障位置对应的断流器830发送开闸信号，当断流器830接收到开闸信号时，断开电流。
作为示例，当检测到继电器820存在通信故障时，微电网保护管理器810启用与通信存在故障的继电器820相邻的至少一个其它继电器(未示出)，当检测到断流器存在通信故障时，微电网保护管理器810启用与通信存在故障的断流器830相邻的至少一个其它断流器(未示出)。
作为示例，为了充分地确保降流保护装置的正常工作，延时启用所述至少一个其它继电器，可针对所述至少一个其它继电器中的两个或更多个设置不同的延时时间。
作为示例，可根据期望的选择性和可靠性需求来确定采用的继电器的数量。每个继电器对应特定的保护区域，可向诸如微电网保护管理器等设备发送故障信号和方向信号，其中，故障信号基于固态故障信号和高阻抗故障信号产生，可用于确定是否检测到在对应的保护区域内的故障，DS可用于指示对应于检测到故障的继电器的故障方向。微电网保护管理器可从每个继电器接收FS和DS，并基于接收到的信号通过计算确定微电网中故障影响区域。
当确定故障被恢复或排除(或被临时恢复或排除)时，可将从微电网分离的部分与微电网(例如，微电网的未受到故障影响的部分，又可称为健康部分)重新连接和同步。上述重新连接和同步操作可通过分布式发电机的重新同步方案和断流器的重新合闸能力来实现。
上述的固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号和跳闸信号中的至少一个可被发送到分布式发电机，以切断对应的分布式发电机。优选地，继电器向分布式发电机发送固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号中的至少一个，然后再延时预定时间之后向断流器发送跳闸信号。优选地，同时向分布式发电机和微电网保护管理器发送固态故障信号、高阻抗故障信号、故障信号中的至少一个。在发送合闸信号之后或断流器的重新合闸之后，分布式发电机可不与通过跳闸信号从微电网分离出并且与微电网重新连接的部分连接。
图9示出根据本发明的示例性实施例的微电网保护的操作的流程图。在所述操作中，可预先设置备用继电器和备用断流器，也可在主继电器出现故障时将与出现故障的主继电器相邻的继电器(优选为最接近的继电器)确定为备用继电器，或在主断流器出现故障时将与出现故障的主断流器相邻的断流器(优选为最接近的断流器)确定为备用断流器。
如图9中所示，在步骤S901，主继电器出现或发生通信故障时，转到步骤S910进行备用继电器启用延时，接下来，进行步骤S911，启用备用继电器。在主继电器未出现通信故障时，转到步骤S902，主继电器向MPM发送故障信号和方向信号，接下来，在步骤S903，MPM确定是否检测到故障信号，如果未检测到故障信号则可转到步骤S901，如果检测到故障信号，则转入步骤S904，由MPM确定故障位置。接下来，在步骤S905，MPM可向主断流器发送跳闸信号。在步骤S906，判断主断流器是否出现故障，如果出现故障则转入步骤S909，否则转入步骤S907。在步骤S907，进行跳闸信号发送延时，以延时发送跳闸信号。在步骤S908，向备用断流器发送跳闸信号，接下来转入步骤S909。在步骤S909，判断主断流器的故障是否被排除。如果被排除则转入步骤S901，否则转入步骤S911。在步骤S911，启用备用继电器。在步骤S912，利用备用继电器处理故障。接下来，在步骤S913，判断主继电器是否仍存在故障，如果是，则转入步骤S911，继续使用备用继电器，否则转入步骤S902。
根据示例性实施例，当断流器存在通信故障时，可将跳闸信号发送到备用断流器或与通信存在故障的断流器最接近的断流器，以保证微电网的最小可能部分与微电网分离。当主继电器存在通信故障时，可启用备用继电器，以便能够及时处理故障。可在发现断流器存在通信故障之后，延时启用备用断流器或与通信存在故障的断流器相邻的至少一个其它断流器，延时时间可大于0.3秒，小于0.4秒。类似地，当检测到继电器存在通信故障时，可延时启用备用继电器或与通信存在故障的继电器相邻的至少一个其它继电器，延时时间可大于0.3秒，小于0.4秒。这样，可保证故障信号和方向信号的发送，并通过延时保证系统的协调性。
MPM接收到FS后，在预定时间(进行延时)之后接收DS，并且基于接收到的DS或者FS和DS来确定故障影响区域。可由MPM和继电器中的至少一个向与故障影响区域(例如，故障位置)对应的断流器发送开闸信号，从而使故障影响区域从微电网分离(与微电网的其它部分断开)。可延时发送开闸信号或跳闸信号。可在向MPM发送DS或者FDS和DS的同时将DS或者FDS和DS发送给降流保护装置或分布式发电机等，因此，上文提到的延时可为降流保护装置预留时间，延时的时间大于0.1秒，但是小于0.15秒。提供延时可确保本发明的继电器与降流保护装置协调工作。
根据示例性实施例，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序可包括执行上述方法的代码。另一根据示例性实施例提供了一种包括存储有计算机程序的可读介质的计算机，所述计算机程序包括执行上述方法的代码。
计算机可读存储介质包含程序命令、数据文件、数据结构等或它们的组合。被记录在计算机可读存储介质中的程序可被设计或被配置以符合本发明，或者可以是本领域的普通技术人员已知的软件。计算机可读存储介质包括用于存储并执行程序命令的硬件系统。硬件系统的示例有磁介质(诸如硬盘、软盘、磁带)、光介质(诸如CD-ROM和DVD)、磁光介质(诸如软光盘、ROM、RAM、闪存等)。程序包括由编译器编译的汇编语言或机器代码和由解释器解释的更高级语言。硬件系统可利用至少一个软件模块来实施以符合本发明。
可使用一个或多个通用或专用计算机(例如，处理器、控制器、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程阵列、可编程逻辑单元、微处理器或能够运行软件或执行指令的任何其它装置)来实施上述断流器或系统的至少一个组成部分。所述至少一个组成部分可运行操作系统并可运行在操作系统下操作的一个或多个软件应用。所述至少一个组成部分可在运行软件或执行指令时访问、存储、操作、处理和创建数据。
为了示意和描述的目的，给出了对本发明的描述，该描述的意图不在于以所公开的形式来穷尽或限制本发明。对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的情况下，可对实施例进行各种修改和改变。

Claims (17)

1.一种用于微电网保护的方法，包括：
基于输入的三相电压产生固态故障信号；
基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；
基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；
基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于输入的三相电压产生固态故障信号的步骤包括：
通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；
将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；
当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号的步骤包括：
通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流；
对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；
将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号的步骤包括：
基于输入的三相电压和三相电流分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流；
基于所述计算的结果产生零序方向、正序方向和逆序方向；
基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号的步骤包括：
对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；
基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；
基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号。
7.一种用于微电网保护的继电器，包括：
固态故障检测模块，基于输入的三相电压产生固态故障信号；
高阻抗故障检测模块，基于输入的三相电流产生高阻抗故障信号；
方向确定模块，基于输入的三相电压和三相电流产生方向信号；
跳闸信号产生模块，基于固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号产生跳闸信号。
8.如权利要求7所述的继电器，其中，所述固态故障检测模块包括：
第一坐标变换单元，通过第一坐标变换将输入的三相电压转换为两相同步旋转坐标系下的电压；
电压比较单元，将两相同步旋转坐标系下的电压的至少一个电压分量与预定的参考电压进行比较；
扰动检测单元，当所述至少一个电压分量与所述预定的参考电压之间的差异大于第一阈值时，产生固态故障信号。
9.如权利要求7所述的继电器，其中，所述高阻抗故障检测模块包括：
第二坐标变换单元，通过第二坐标变换将输入的三相电流转换为两相静止坐标系下的电流；
离散小波变换单元，对获得的两相静止坐标系下的电流进行离散小波变换以获得小波系数；
高阻抗故障检测单元，将获得的小波系数与第二阈值进行比较，并且当获得的小波系数大于第二阈值时，产生高阻抗故障信号。
10.如权利要求7所述的继电器，其中，所述方向确定模块包括：
序列计算单元，基于输入的三相电压和三相电流分别计算出零序电压、正序电压、逆序电压、零序电流、正序电流和逆序电流；
方向计算单元，基于所述计算的结果产生零序方向、正序方向和逆序方向；
第一逻辑运算单元，基于产生的零序方向、正序方向和逆序方向产生方向信号。
11.如权利要求7所述的继电器，其中，所述跳闸信号产生模块包括：
第二逻辑运算单元，对固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号执行逻辑运算；
第三逻辑运算单元，基于所述逻辑运算的结果产生跳闸信号。
12.如权利要求11所述的继电器，其中，所述跳闸信号产生模块还包括：延时单元，设置在第二逻辑运算单元和第三逻辑运算单元之间，使第三逻辑运算单元延时产生跳闸信号。
13.如权利要求7所述的继电器，还包括自动合闸模块，其中，自动合闸模块包括：
偏差计算单元，将输入的三相电压与预设的健康电压进行比较以获得电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差；
同步性检测单元，基于获得的电压幅值偏差、频率偏差和相位角偏差确定故障是否被恢复，当故障被恢复时产生合闸信号。
14.一种用于微电网保护的系统，包括微电网保护管理器、断流器和权利要求7-13中任一项所述的继电器，其中，
微电网保护管理器从继电器接收固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号；基于接收到的固态故障信号、高阻抗故障信号和方向信号确定故障位置；并向与确定的故障位置对应的断流器发送开闸信号，
当断流器接收到开闸信号时，断开电流。
15.如权利要求14所述的系统，其中，
当检测到继电器存在通信故障时，微电网保护管理器启用与通信存在故障的继电器相邻的至少一个其它继电器，
当检测到断流器存在通信故障时，微电网保护管理器启用与通信存在故障的断流器相邻的至少一个其它断流器。
16.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其中，所述程序包括执行如权利要求1-6中任一项所述的方法的代码。
17.一种计算机，包括存储有计算机程序的可读介质，其中，所述计算机程序包括执行如权利要求1-6中任一项所述的方法的代码。
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