CN111198311A - 一种新型的并网型微电网故障检测装置及检测方法 - Google Patents

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黄涛
曹建伟
唐明
黄志华
刘莹
沈竹
杨逸
陈永炜
陆生兵
盛跃峰
刘扬
许伟
丁昊
王蕾
胡哲晟
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Abstract

本发明公开了一种新型的并网型微电网故障检测装置及检测方法。检测装置包括主网、微电网、电压互感器、电流互感器、无线通信设备、微处理器、报警器和显示器，所述的主网与微电网连接，所述的微电网与电压互感器和电流互感器连接，所述的电压互感器和电流互感器与无线通信设备连接，所述的无线通信设备与微处理器连接，所述的微处理器与报警器和显示器连接。本发明的检测方法，其特征在于建立一种新型的并网型微电网故障检测模型，从而快速、准确的检测出并网型微电网故障，并且能够检测出故障所在位置。

Description

一种新型的并网型微电网故障检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及电力系统的技术领域，尤其涉及一种新型的并网型微电网故障检测装置及检测方法。
背景技术
微电网作为一个低压小型电力电子化电力系统，其故障特性较传统电网的故障特性发生了巨大的变化，电网结构由单电源辐射状网络变为多电源的复杂结构，故障电流的大小、方向以及故障持续的时间都发生了变化，继电器的动作特性会受到影响，保护装置会发生误动或拒动情况。因为微电网的结构和运行方式与大电网的不同，所以其对应的故障检测、定位以及故障恢复的方法也与传统大电网的不同。微电网故障检测技术有助于实现故障隔离与恢复，在微电网控制和运行中起到重要作用。目前接入微网的分布式电源以逆变型为主，由于其输出限流，使得传统依赖于电流特征的故障检测不再适用。基于数据驱动的微电网故障检测技术成为近年来的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的并网型微电网故障检测装置及检测方法，解决现有技术中严重依赖于微电网的网络结构的问题，能够直接根据电气量的数据检测出并网型微电网的故障，并且检测出故障所在位置。
本发明技术方案：
一种新型的并网型微电网故障检测装置，所述的主网(1)与微电网(2)连接，所述的微电网与电压互感器(3)和电流互感器(4)连接，所述的电压互感器和电流互感器与无线通信设备(5)连接，所述的无线通信设备与微处理器(6)连接，所述的微处理器与报警器(7)和显示器(8)连接。
进一步：所述的主网是20kV的电网。
进一步：所述的微电网由断路器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、 CB7、CB8、CB9、CB10、CB11、配电线路DL1、DL2、DL3、DL4、DL5、负荷L1、 L2、L3、L4、L5和分布式电源DG1、DG2组成。
进一步：所述的分布式电源DG1为下垂控制电源，分布式电源DG2 为恒功率控制电源。
进一步：所述的微处理器为STM32，所述的报警器为蜂鸣器，所述的显示器为LCD。
所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置的检测方法，包括如下步骤：
步骤1：用电压互感器与电流互感器采集分布式电源DG1在正常与短路故障下的三相电压和三相电流，其中短路故障包括单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路，三相相间短路，三相接地短路。其中短路故障位置为F1、F2、F3、F4，F1为公共耦合点PCC处，F2为下垂控制电源DG1所在线路，F3为恒功率控制电源DG2所在线路，F4为负荷L3所在的线路。
步骤2：利用无线通信设备将采集到的三相电压和三相电流传输给微处理器，利用微处理器处理电压和电流，可以得到三相电压、三相电流、零序电流、正序电流、负序电流、有功功率、无功功率、频率，建立电气量的特征库。
步骤3：将得到的历史电气量数据作为训练样本，建立分类器。
步骤4：将新得到电气量数据作为输入，利用分类器进行判断，判断有无故障，并且判断故障发生的位置。
步骤5：当分类器判断出有故障时，报警器会发出报警信息，显示器会显示故障信息，微处理器通过无线通信设备将跳闸命令传输给故障元件所在的断路器，断路器将跳闸。
作为优选，上面所述步骤3由下述步骤替换：
步骤1：假如有N个训练样本，则有放回的随机选择N个训练样本，将选择的N个训练样本用来训练一个基础分类器，作为分类器根节点处的样本；
步骤2：定义Gini系数：
Figure BDA0002365533840000021
步骤3：当每个训练样本有M个特征时，随机从这M个特征中选取出m个特征，其中m<<M，遍历选取出的m个特征及它们所有的切分点，计算 Gini系数，选择Gini系数最小的特征及其对应的切点作为最优特征与最优分切点；
步骤4：依最优特征与最优分切点进行分裂，将训练样本依特征分配到两个子节点中；
步骤5：对两个子节点递归地调用步骤3和步骤4，直至子节点中所有样本的标签唯一，得到一个基础分类器；
步骤6：重复以上所有步骤，生成大量的基础分类器，每个基础分类器对训练样本做出判断，根据少数服从多数，生成最终的分类器。
本发明的有益效果：
本发明通过采集历史的正常与短路故障的电压与电流数据，将采集的数据处理成各种电气量，利用电气量的数据建立分类器，从而检测并网型微电网的故障，并且检测出故障所在位置，解决现有技术中严重依赖于微电网的网络结构的问题，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明一种新型的并网型微电网故障检测装置示意图
图2为本发明一种新型的并网型微电网故障检测方法示意图
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的描述。
如图1所示，为一种新型的并网型微电网故障检测装置示意图。所述的主网(1)与微电网(2)连接，所述的微电网与电压互感器(3)和电流互感器(4)连接，所述的电压互感器和电流互感器与无线通信设备(5)连接，所述的无线通信设备与微处理器(6)连接，所述的微处理器与报警器(7) 和显示器(8)连接。所述的主网是20kV的电网，所述的微电网由断路器CB1、 CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7、CB8、CB9、CB10、CB11、配电线路DL1、 DL2、DL3、DL4、DL5、负荷L1、L2、L3、L4、L5和分布式电源DG1、DG2组成，所述的分布式电源DG1为下垂控制电源，分布式电源DG2为恒功率控制电源，所述的微处理器为STM32，所述的报警器为蜂鸣器，所述的显示器为 LCD。电压互感器与电流互感器采集微电网中分布式电源DG1在正常与短路故障下的三相电压和三相电流。利用无线通信设备将三相电压和三相电流传输到微处理器，利用微处理器可得到各种电气量的特征库，利用特征库建立分类器，利用分类器可以检测出并联型微电网的故障，当发生故障时，报警器将发出报警信息，显示器将显示故障信息。
所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置的检测方法如图2 所示，包括如下步骤：
步骤1：用电压互感器与电流互感器采集分布式电源DG1在正常与短路故障下的三相电压和三相电流，其中短路故障包括单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路，三相相间短路，三相接地短路。其中短路故障位置为F1、F2、F3、F4，F1为公共耦合点PCC处，F2为下垂控制电源DG1所在线路，F3为恒功率控制电源DG2所在线路，F4为负荷L3所在的线路。
步骤2：利用无线通信设备将采集到的三相电压和三相电流传输给微处理器，利用微处理器处理电压和电流，可以得到三相电压、三相电流、零序电流、正序电流、负序电流、有功功率、无功功率、频率，建立电气量的特征库。
步骤3：将得到的历史电气量数据作为训练样本，建立分类器。
步骤4：将新得到电气量数据作为输入，利用分类器进行判断，判断有无故障，并且判断故障发生的位置。
步骤5：当分类器判断出有故障时，报警器会发出报警信息，显示器会显示故障信息，微处理器通过无线通信设备将跳闸命令传输给故障元件所在的断路器，断路器将跳闸。
作为优选，上面所述的步骤3由下述步骤替换：
步骤1：假如有N个训练样本，则有放回的随机选择N个训练样本，将选择的N个训练样本用来训练一个基础分类器，作为分类器根节点处的样本；
步骤2：定义Gini系数：
Figure BDA0002365533840000041
步骤3：当每个训练样本有M个特征时，随机从这M个特征中选取出m个特征，其中m<<M，遍历选取出的m个特征及它们所有的切分点，计算 Gini系数，选择Gini系数最小的特征及其对应的切点作为最优特征与最优分切点；
步骤4：依最优特征与最优分切点进行分裂，将训练样本依特征分配到两个子节点中；
步骤5：对两个子节点递归地调用步骤3和步骤4，直至子节点中所有样本的标签唯一，得到一个基础分类器；
步骤6：重复以上所有步骤，生成大量的基础分类器，每个基础分类器对训练样本做出判断，根据少数服从多数，生成最终的分类器。
以上结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。涉及本发明及相关范围，均视为抄袭。

Claims (7)

1.一种新型的并网型微电网故障检测装置，所述的主网(1)与微电网(2)连接，所述的微电网与电压互感器(3)和电流互感器(4)连接，所述的电压互感器和电流互感器与无线通信设备(5)连接，所述的无线通信设备与微处理器(6)连接，所述的微处理器与报警器(7)和显示器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置，其特征在于：所述的主网是20kV的电网。
3.根据权利要求1所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置，其特征在于：所述的微电网由断路器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7、CB8、CB9、CB10、CB11、配电线路DL1、DL2、DL3、DL4、DL5、负荷L1、L2、L3、L4、L5和分布式电源DG1、DG2组成。
4.根据权利要求1所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置，其特征在于：所述的分布式电源DG1为下垂控制电源，分布式电源DG2为恒功率控制电源。
5.根据权利要求1所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置，其特征在于：所述的微处理器为STM32，所述的报警器为蜂鸣器，所述的显示器为LCD。
6.一种适用于权利要求1所述的新型的并网型微电网故障检测装置的检测方法，其特征是，包括如下步骤：
(6-1)用电压互感器与电流互感器采集分布式电源DG1在正常与短路故障下的三相电压和三相电流，其中短路故障包括单相接地短路，两相相间短路，两相接地短路，三相相间短路，三相接地短路。其中短路故障位置为F1、F2、F3、F4，F1为公共耦合点PCC处，F2为下垂控制电源DG1所在线路，F3为恒功率控制电源DG2所在线路，F4为负荷L3所在的线路。
(6-2)利用无线通信设备将采集到的三相电压和三相电流传输给微处理器，利用微处理器处理电压和电流，可以得到三相电压、三相电流、零序电流、正序电流、负序电流、有功功率、无功功率、频率，建立电气量的特征库。
(6-3)将得到的历史电气量数据作为训练样本，建立分类器。
(6-4)将新得到电气量数据作为输入，利用分类器进行判断，判断有无故障，并且判断故障发生的位置。
(6-5)当分类器判断有故障时，报警器会发出报警信息，显示器会显示故障信息，微处理器通过无线通信设备将跳闸命令传输给故障元件所在的断路器，断路器将跳闸。
7.根据权利要求6所述的一种新型的并网型微电网故障检测装置的检测方法，其特征是，所述步骤(6-3)由下述步骤替换：
(7-1)假如有N个训练样本，则有放回的随机选择N个训练样本，将选择的N个训练样本用来训练一个基础分类器，作为分类器根节点处的样本；
(7-2)定义Gini系数：
Figure FDA0002365533830000021
(7-3)当每个训练样本有M个特征时，随机从这M个特征中选取出m个特征，其中m<<M，遍历选取出的m个特征及它们所有的切分点，计算Gini系数，选择Gini系数最小的特征及其对应的切点作为最优特征与最优分切点；
(7-4)依最优特征与最优分切点进行分裂，将训练样本依特征分配到两个子节点中；
(7-5)对两个子节点递归地调用步骤(7-3)和(7-4)，直至子节点中所有样本的标签唯一，得到一个基础分类器；
(7-6)重复以上所有步骤，生成大量的基础分类器，每个基础分类器对训练样本做出判断，根据少数服从多数，生成最终的分类器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111707896A (zh) * 2020-06-24 2020-09-25 中国计量大学 新型微电网故障检测装置及其检测方法
CN112924813A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司 基于电气数据的配电网短路故障监控方法及装置

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