CN111276950B - 基于电流极性对比的微电网保护方法以及系统 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种基于电流极性对比的微电网保护方法及系统。其中，该方法包括：将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。本公开通过基于微电网中单元保护模块极性的对比，仅利用电流信息实现了电网故障的快速定位，结构简单，适用性强。
Description
技术领域
本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种基于电流极性对比的微电网保护方法及系统。
背景技术
微电网(Micro-Grid)，是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。
现在交流微电网保护方法面临以下几个难点：1.微电网内部存在双向短路电流，需要保护判断故障方向；2.微电网在并网与孤岛两种模式下的短路电流差异明显，需要保护能够自适应的判断故障状态；3.微电网的拓扑结构会随着运行方式的改变而发生变化，需要保护能够适用于不同拓扑结构；4.当前低压网络中，很多节点仅安装电流互感器，并没有配置电压互感器，需要构建仅利用电流信息的保护方法。
因此，需要一种或多种方法解决上述问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种基于电流极性对比的微电网保护方法、系统、电子设备以及计算机可读存储介质，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种基于电流极性对比的微电网保护方法，包括：
单元保护模块配置步骤，将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算步骤，分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；
故障判断步骤，计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离步骤，将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
所述单元保护模块配置步骤还包括：
所述单元保护模块包含智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)、电流互感器、断路器，采集线路信号，通过预设逻辑完成对线路电流的计算及故障判断。
在本公开的一种示例性实施例中，所述极性计算步骤还包括：
分别计算所述单元保护模块的故障前电流向量与故障分量电流向量；
计算所述故障前电流向量与故障分量电流向量的乘积得到所述故障前电流与故障分量电流的相位差；
当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在-90°至90°区间时，设置极性为+1；
当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在90°至270°区间时，设置极性为预设值。
在本公开的一种示例性实施例中，所述故障判断步骤还包括：
相邻的单元保护模块两两交换信息，分别得到所述单元保护模块的极性，并计算相邻的单元保护模块的极性乘积；
当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
当所述极性乘积为+1时，判断为所述相邻的单元保护模块外存在故障。
在本公开的一种示例性实施例中，所述故障区间隔离步骤还包括：
当相邻的单元保护模块的极性乘积为预设值时，根据单元保护模块信息交互顺序分别切断相邻的单元保护模块的控制断路器，实现故障区间隔离。
在本公开的一个方面，提供一种基于电流极性对比的微电网保护系统，包括：
单元保护模块配置模块，用于将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算模块，用于分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；
故障判断模块，用于计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离模块，用于将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
本公开的示例性实施例中的基于电流极性对比的微电网保护方法，将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。本公开通过基于微电网中单元保护模块极性的对比，仅利用电流信息实现了电网故障的快速定位，结构简单，适用性强。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的流程图；
图2示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的微电网保护系统配置图；
图3示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的单元保护模块逻辑图；
图4示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的故障前线路示意图；
图5示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的故障附加网络的示意图；
图6示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的单元保护进行故障区间定位示意图；
图7示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护方法的微电网内部故障极性判别仿真结果示意图；
图8示出了根据本公开一示例性实施例的基于电流极性对比的微电网保护系统的示意框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、系统、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、系统、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
在本示例实施例中，首先提供了一种基于电流极性对比的微电网保护方法；参考图1中所示，该基于电流极性对比的微电网保护方法可以包括以下步骤：
单元保护模块配置步骤S110，将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算步骤S120，分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；
故障判断步骤S130，计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离步骤S140，将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
本公开的示例性实施例中的基于电流极性对比的微电网保护方法，将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。本公开通过基于微电网中单元保护模块极性的对比，仅利用电流信息实现了电网故障的快速定位，结构简单，适用性强。
下面，将对本示例实施例中的基于电流极性对比的微电网保护方法进行进一步的说明。
在单元保护模块配置步骤S110中，可以将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处。
在本示例的实施例中，所述单元保护模块配置步骤还包括：
所述单元保护模块包含智能电子设备(IED)、电流互感器、断路器，采集线路信号，通过预设逻辑完成对线路电流的计算及故障判断。
在本示例的实施例中，如图2所示为微电网保护系统配置图，微电网保护系统采用集中-分布式保护方案。保护系统分为母线保护模块和单元保护模块两部分。母线保护模块(Interface protection)用于微电网内部故障快速选线。而单元保护模块(Unitprotection)用于微电网内部故障区间定位。
在本示例的实施例中，单元保护模块仅采集电流信息，通过电流信息可以就地判别出故障极性，进而通过非同步通信通道传递保护判别出的极性信息。在比较本地单元保护模块和相邻的单元保护模块的极性信息后，即可定位出故障区间。而通过不同单元保护模块的配合，可以灵活的应对微电网拓扑结构的改变。如图3所示为单元保护模块的逻辑框图，将所述各个单元保护模块配置于微电网的分支线路以及分布式电源的接入处，由保护用智能电子设备(IED)、电流互感器、以及断路器组成。智能终端由以下逻辑组成。
在极性计算步骤S120中，可以分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性。
在本示例的实施例中，所述极性计算步骤还包括：
分别计算所述单元保护模块的故障前电流向量与故障分量电流向量；
计算所述故障前电流向量与故障分量电流向量的乘积得到所述故障前电流与故障分量电流的相位差；
当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在-90°至90°区间时，设置极性为+1；
当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在90°至270°区间时，设置极性为-1。
在本示例的实施例中，如图4为故障前线路示意图，微电网中线路中电流具有双向性的特点。故障前线路的示意图如下图所示。线路两侧均有电源，线路阻抗为ZS1、ZAB、ZBF、ZFC以及ZS2。故障发生在F1点。
故障前电流iF可以用下式表示：
在本示例的实施例中，故障附加网络的示意图如图5所示。
在故障后，母线B上故障分量电流形成的电压VB可以用下式表示：
VB＝ΔiR(ZAB+ZS1) (2)
在故障前的电流中，因为潮流方向为线路A指向线路C，则有以下公式：
iF×VB＞0 (3)
而在附加网络中，故障分量电流从故障点流出，则满足以下关系：
ΔiR×VB＜0 (4)
则可知，故障前电流和故障分量电流的关系如下式所示：
ΔiR×iF＜0 (5)
同样的分析，在母线C上满足下式：
ΔiR×iF＞0 (6)
所以，当线路发生故障时，线路一端的故障前电流和故障分量电流的极性相同，线路另一端的故障前电流和故障分量电流的极性相反。当故障前电流和故障分量电流的相位差在-90°至90°时，设置极性为+1，当在90°至270°时，设置极性为-1。
在故障判断步骤S130中，可以计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障。
其中，该预设值可以为-1，在本示例的实施例中，所述故障判断步骤还包括：
相邻的单元保护模块两两交换信息，分别得到所述单元保护模块的极性，并计算相邻的单元保护模块的极性乘积；
当所述极性乘积为-1时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
当所述极性乘积为+1时，判断为所述相邻的单元保护模块外存在故障。
在本示例的实施例中，而两个相邻的单元保护模块交换信息，当相邻的两个单元保护极性相反，也即乘积是(-1)时，则判断为区内故障。当相邻的两个单元保护极性相同，也即乘积是(+1)时，则判断为区外故障。
在故障区间隔离步骤S140中，可以将所述极性乘积为-1的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
在本示例的实施例中，所述故障区间隔离步骤还包括：
当相邻的单元保护模块的极性乘积为-1时，根据单元保护模块信息交互顺序分别切断相邻的单元保护模块的控制断路器，实现故障区间隔离。
在本示例的实施例中，如图2所示为单元保护进行故障区间定位示意图，保护2判断出极性为(-1)，而保护3判断出极性为(+1)。保护2将极性(-1)传递给保护3，则保护3和保护2的极性进行比较后，判断为区内故障，控制断路器3跳闸。同样，当保护3传递极性信息给保护2，则保护2也判定为区内故障，控制断路器2跳闸。断路器跳闸后，实现了故障区间隔离。
在本示例的实施例中，如图7所示为微电网内部故障极性判别仿真示意图，在保护2和保护3之间的线路上发生了接地故障。当故障发生后，保护2判定故障极性为-1，而保护3则判定故障极性为+1。保护2和保护3判断的极性相反，则成功判定为区内故障。
在不同过渡电阻下，对不同故障类型进行了测试，测试结果表1所示。测试结果表明，所提保护方法在微电网不同运行状态下，都能成功定位出故障区间。
表1
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
此外，在本示例实施例中，还提供了一种基于电流极性对比的微电网保护系统。参照图8所示，该基于电流极性对比的微电网保护系统800可以包括：单元保护模块配置模块810、极性计算模块820、故障判断模块830以及故障区间隔离模块840。其中：
单元保护模块配置模块810，用于将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算模块820，用于分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；
故障判断模块830，用于计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为-1时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离模块840，用于将所述极性乘积为-1的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
上述中各基于电流极性对比的微电网保护系统模块的具体细节已经在对应的基于电流极性对比的微电网保护方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了基于电流极性对比的微电网保护系统800的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。
Claims (5)
1.一种基于电流极性对比的微电网保护方法，其特征在于，所述方法包括：
单元保护模块配置步骤，将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算步骤，分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；包括：分别计算所述单元保护模块的故障前电流向量与故障分量电流向量；计算所述故障前电流向量与故障分量电流向量的乘积得到所述故障前电流与故障分量电流的相位差；当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在-90°至90°区间时，设置极性为+1；当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在90°至270°区间时，设置极性为-1；
故障判断步骤，计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离步骤，将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单元保护模块配置步骤还包括：
所述单元保护模块包含智能电子设备、电流互感器、断路器，采集线路信号，通过预设逻辑完成对线路电流的计算及故障判断。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障判断步骤还包括：
相邻的单元保护模块两两交换信息，分别得到所述单元保护模块的极性，并计算相邻的单元保护模块的极性乘积；
当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
当所述极性乘积为+1时，判断为所述相邻的单元保护模块外存在故障。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障区间隔离步骤还包括：
当相邻的单元保护模块的极性乘积为预设值时，根据单元保护模块信息交互顺序分别切断相邻的单元保护模块控制的断路器，实现故障区间隔离。
5.一种基于电流极性对比的微电网保护系统，其特征在于，所述系统包括：
单元保护模块配置模块，用于将单元保护模块配置于微电网的分支线路及分布式电源的接入处；
极性计算模块，用于分别计算所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差，并根据预设相位差范围，计算所述单元保护模块极性；具体用于：分别计算所述单元保护模块的故障前电流向量与故障分量电流向量；计算所述故障前电流向量与故障分量电流向量的乘积得到所述故障前电流与故障分量电流的相位差；当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在-90°至90°区间时，设置极性为+1；当所述单元保护模块的故障前电流与故障分量电流的相位差在90°至270°区间时，设置极性为-1；
故障判断模块，用于计算相邻的单元保护模块的极性乘积，当所述极性乘积为预设值时，判断为所述相邻的单元保护模块间存在故障；
故障区间隔离模块，用于将所述极性乘积为预设值的相邻的单元保护模块的控制断路器切断，实现故障区间隔离，完成对微电网的保护。
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