CN111799765B - 微电网分布式系统保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微电网分布式系统保护方法及装置，涉及电力系统保护技术领域，该方法应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元；该方法包括：检测微电网分布式系统中的故障信息；故障信息包括孤岛标志信息；将故障信息发送至上一级保护单元，以使上一级保护单元根据故障信息生成保护指令；接收保护指令，按照保护指令执行保护动作。本发明将微电网保护设备细分为相对功能较为独立的不同分级的保护单元，每一级保护单元都具有检测、保护和控制功能，由于保护单元更加的独立且灵活，设备不存在保护死区，提高了保护的可靠性。

Description

微电网分布式系统保护方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统保护技术领域，尤其是涉及一种微电网分布式系统保护方法及装置。
背景技术
微电网是一种新型的网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统额控制装置构成的系统单元。微电网中的电源多为容量较小的分布式电源，即含有电力电子接口的小型机组，包括微型燃气轮机、燃料电汇、光伏电池、小型风力发电机组、以及超级电容、飞轮及蓄电池等储能装置，它们接在用户侧，具有成本低、电压低及污染底等特点。开发和延伸微电网能够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势的高可靠供给，是实现主动试配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。
微电网保护具有一定的特殊性，由于微电网存在孤岛运行模式以及分布式电源的大量接入，导致其故障电流的特征不明显，且电流路径方向无法确定，使得配电网中传统的保护策略存在误动或拒动的情况，传统电网中三段式的过流保护无法直接应用于微电网，微电网分布式系统保护设备的可靠性较差。
发明内容
本发明提供了一种微电网分布式系统保护方法及装置，可以提升微电网分布式系统保护设备的可靠性。
第一方面，本发明实施例提供了一种微电网分布式系统保护方法，应用于微电网分布式系统保护设备，所述保护设备包括多个按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元；所述方法包括：检测所述微电网分布式系统中的故障信息；所述故障信息包括孤岛标志信息；将所述故障信息发送至上一级保护单元，以使所述上一级保护单元根据所述故障信息生成保护指令；接收所述保护指令，按照所述保护指令执行保护动作。
第二方面，本发明实施例还提供一种微电网分布式系统保护装置，应用于微电网分布式系统保护设备，所述保护设备包括多个按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元；所述装置包括：检测模块，用于检测所述微电网分布式系统中的故障信息；所述故障信息包括孤岛标志信息；控制模块，用于将所述故障信息发送至上一级保护单元，以使所述上一级保护单元根据所述故障信息生成保护指令；保护模块，用于接收所述保护指令，按照所述保护指令执行保护动作。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述微电网分布式系统保护方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述微电网分布式系统保护方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种微电网分布式系统保护方案，该方案应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元，其中，每个分级对应的保护装置，首先检测微电网分布式系统中的故障信息；故障信息包括孤岛标志信息，之后，将故障信息发送至上一级保护单元，以使上一级保护单元根据故障信息生成保护指令，上一级保护单元通过根据故障信息生成保护指令再将该保护指令发送至当前保护单元，来控制当前保护单元执行保护动作，当前保护单元接收保护指令，按照该保护指令执行保护动作。本发明实施例将微电网保护设备细分为相对功能较为独立的不同分级的保护单元，每一级保护单元都具有检测、保护和控制功能，由于保护单元更加的独立且灵活，设备不存在保护死区，提高了保护的可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的微电网分布式系统保护方法流程图；
图2为本发明实施例提供的微电网分布式系统保护方法实施架构示意图；
图3为本发明实施例提供的微电网分布式系统保护装置结构框图；
图4为本发明实施例提供的保护单元结构框图；
图5为本发明实施例提供的计算机设备结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
目前，现有微电网网络化保护方法及装置，通过分散安装在主变器、母线、电网线路两侧的IED(Intelligent Electronic Device，智能电子单元)采集线路的电压和电流信息；根据设定的故障检测法，判断主电网是否发生故障，当判断主电网系统正常运行时，继续监视主电网和微电网的运行状态，当判断出主电网发生故障时，网络化监控系统投入工作，此时智能电子单元IED首先根据故障方向信息判断出故障发生的线路，然后将故障判断信息发送到保护控制主机。
现有方法实现了多点数据信息的采集以及交互，形成网络化监控系统，但对于保护类型的选取缺乏深入分析；未对孤岛工况下的继电保护配置、各级智能单元之间的通信能力进行统筹考虑。
由于微电网保护的特殊性，保护设备的保护策略需要适应孤岛运行及并网模式两种运行策略，且能快速定位系统中的故障点并进行故障处理。
基于此，本发明实施例提供的一种微电网分布式系统保护方法及装置，当微电网的拓扑结构发生变化时，保护策略不会失效，且不会进行非必要的负荷切除，保证了微电网系统的正常运行。该方案可应用于需要高可靠性、选择性、速动性和灵敏性保护的微电网分布式系统中。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种微电网分布式系统保护方法进行详细介绍。
首先，对涉及到的术语进行解释。
继电保护：是对电力系统中发生的故障或异常情况进行检测,从而发出报警信号,或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。
微电网：微电网也称为微网，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。
孤岛效应：孤岛效应是指当电力公司的供电，因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网路，而形成由分布式发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。分布式发电系统是相对于集中式发电系统来说，分布式发电系统靠近负荷侧，比如光伏发电系统、风力发电系统等。
本发明实施例提供了一种微电网分布式系统保护方法，应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元参见图1所示的一种微电网分布式系统保护方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S102，检测微电网分布式系统中的故障信息。
在本发明实施例中，微电网分布式系统保护设备中的多个保护单元按照微电网分布式系统的电压分为多个级别设置，以10kV系统为例，保护设备中可以包括10kv母线级别的保护单元、10kv馈线级别的保护单元以及0.4kv级别的保护单元。
每个级别的保护单元都具有保护、控制、及孤岛检测的功能。利用各个级别的保护单元，检测微电网分布式系统中的故障信息，该故障信息包括孤岛标志信息，通过各单元之间相互配合采样，使整个系统无保护死区，保证了微电网系统的正常运行。
步骤S104，将故障信息发送至上一级保护单元，以使上一级保护单元根据故障信息生成保护指令。
在本发明实施例中，上一级保护单元是指与当前保护单元直接相连接的，并且其电压大于当前保护单元对应电压的保护单元。上一级保护单元根据故障信息，生成保护指令。
需要说明的是，在本发明实施例中，母线保护单元在微电网分布式系统的电压，高于微电网分布式系统保护设备中任一个保护单元的电压，母线保护单元除了根据下一级保护单元发送的故障信息生成用于控制下一级保护单元进行保护动作的保护指令外，还用于根据母线保护单元自身检测到的故障信息生成自身的保护指令，并根据该自身的保护指令执行对自身的保护动作。
步骤S106，接收保护指令，按照保护指令执行保护动作。
在本发明实施例中，当前保护单元接收上一级保护单元发送的保护指令，按照该指令执行保护动作，从而减少拒动及误动的可能性，提升系统运行的灵活性。
本发明实施例提供了一种微电网分布式系统保护方案，该方案应用于微电网分布式系统保护设备，保护设备包括多个按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元，其中，每个分级对应的保护装置，首先检测微电网分布式系统中的故障信息；故障信息包括孤岛标志信息，之后，将故障信息发送至上一级保护单元，以使上一级保护单元根据故障信息生成保护指令，上一级保护单元通过根据故障信息生成保护指令再将该保护指令发送至当前保护单元，来控制当前保护单元执行保护动作，当前保护单元接收保护指令，按照该保护指令执行保护动作。本发明实施例将微电网保护设备细分为相对功能较为独立的不同分级的保护单元，每一级保护单元都具有检测、保护和控制功能，由于保护单元更加的独立且灵活，设备不存在保护死区，提高了保护的可靠性。
考虑到为了提升保护的速动性，将故障信息发送至上一级保护单元，可以按照如下步骤执行：
通过光纤通信网络将故障信息发送至上一级保护单元。
在本发明实施例中，各个层级保护单元之间都可以进行高速的光纤通信网络，相互传输孤岛检测标志及保护动作信号，因此，可以对微电网分布式系统的故障信息进行快速传输，提高故障处理的效率。基于快速通信的光纤通信网络，可大大提高系统动作、判断及策略调整的实时性。
考虑到为了提升微电网分布式系统不同电压级别处保护的可靠性，保护单元包括子单元，子单元包括母线保护装置、集中式保护装置、馈线保护装置和变压器保护装置中的一种或几种的组合。
在本发明实施例中，参见图4所示的保护单元结构框图，保护单元81包括子单元82，保护单元的子单元可以根据实际需求进行选取，本发明实施例对此不作具体限定。
考虑到为了降低成本，同一保护单元的子单元之间通过GOOSE网络或RS485通信网络发送故障信息。
在本发明实施例中，各个层级保护单元之间的远距离故障信息传输采用光纤通信网络实现，而同一保护单元的各个子单元之间通过GOOSE网络或RS485通信网络发送故障信息，从而在保证信息传递效率的同时，尽量降低成本。该方案可以有效提高孤岛信息接收、上传的效率及系统可靠性。
需要说明的是，GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event，面向通用对象的变电站事件)是一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IED之间重要的实时性信号。GOOSE采用网络信号代替了常规变电站装置之间硬接线的通信方式，大大简化了变电站二次电缆接线。RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。
参见图2所示的微电网分布式系统保护方法实施架构示意图，下面以一个具体实施例对该方法的实施过程进行说明。
以10kV系统为例，基于快速通信的微电网系统保护方法应具备以下设备和功能：
该系统由10kV母线保护装置、10kV并网点集中式保护装置、10kV馈线保护装置、10kV变压器保护装置(包含10kV线路保护功能)、400V并网点集中式保护装置。所有装置均具有保护、控制、及孤岛检测的功能，各装置远程传输通过高速光纤网络通信，进行孤岛标志盘踞及保护动作信号的传输，如图2中较粗的箭头所示，短距离传输使用goose网络或RS485通信网络如图2中较细的箭头所示。各装置之间通过分布式的拓扑结构及快速的光纤通信实现了微电网系统的灵活保护功能，可快速切断故障点，通过各装置之间相互配合采样及保护动作使整个系统不存在死区，保证了微电网系统未故障设备的正常运行。
参见图2，其中：
1.10kV母线保护装置具有的主要功能：10kV网侧母线保护、10kV线路光纤差动保护、接收下层设备孤岛检测标志并进行相应保护动作；
2.10kV集中式保护装置具有的主要功能：10kV馈线后备保护、孤岛检测、10kV微网侧母线保护、10kV线路光纤差动保护、通过光纤通信上送孤岛检测标志；
3.10kV馈线线路保护具有的主要功能：10kV馈线线路光纤差动保护、孤岛检测、光纤接收下层设备孤岛检测标志并启动相应保护策略，通过站内goose网络像集中式保护设备上传孤岛检测标志及其他保护信息；
4.400V变压器保护装置具有的主要功能：10kV馈线线路光纤差动保护，孤岛检测，变压器保护、接收下层孤岛标志通过光纤通信网络上送孤岛标志；
5.400集中式保护装置具有的主要功能：400V馈线线路保护、孤岛检测、400V母线保护、通过goose或RS485通信上送孤岛标志。
需要说明的是，如果取消光纤差动保护及10kV馈线保护，将功能集成到集中式保护中也可以实现基本的保护及孤岛检测功能，但会大大影响系统运行的灵活性及速动性，系统保护拒动及误动的可能性增大，系统也会出现保护死区，影响整个微电网系统的稳定性。当微电网系统发生拓扑变化时，也无法做出快速的策略应对。微电网10kV馈线网络使用光纤差动保护方法，可以有效提高系统的可靠性。
本发明实施例提供了一种微电网分布式系统保护方法及装置，该方案借助通信技术，使微电网保护可以获得微电网中拓扑结构和各测量点的开关量和模拟量信息，能实时根据微电网的运行状态调整动作特性，提高保护的灵敏度和可靠性。
本发明实施例还提供一种微电网分布式系统保护装置，应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元，参见图3所示的微电网分布式系统保护装置结构框图，该装置包括：
检测模块71，用于检测微电网分布式系统中的故障信息；故障信息包括孤岛标志信息；控制模块72，用于将故障信息发送至上一级保护单元，以使上一级保护单元根据故障信息生成保护指令；保护模块73，用于接收保护指令，按照保护指令执行保护动作。
在一个实施例中，控制模块，具体用于：通过光纤通信网络将故障信息发送至上一级保护单元。
在一个实施例中，保护单元包括子单元，子单元包括母线保护装置、集中式保护装置、馈线保护装置和变压器保护装置中的一种或几种的组合。
在一个实施例中，同一保护单元的子单元之间通过GOOSE网络或RS485通信网络发送故障信息。
本发明实施例还提供一种计算机设备，参见图5所示的计算机设备结构示意框图，该计算机设备包括存储器91、处理器92，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一种方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的计算机设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上述任一种方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微电网分布式系统保护方法，其特征在于，应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，所述保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元；所述方法包括：
检测所述微电网分布式系统中的故障信息；所述故障信息包括孤岛标志信息；
将所述故障信息发送至上一级保护单元，以使所述上一级保护单元根据所述故障信息生成保护指令；所述上一级保护单元与当前保护单元直接连接，所述上一级保护单元的电压大于当前保护单元的电压；
接收所述保护指令，按照所述保护指令执行保护动作；所述微电网分布式系统保护设备中的各个保护单元相互配合采样，以使所述微电网分布式系统无保护死区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述故障信息发送至上一级保护单元，包括：
通过光纤通信网络将所述故障信息发送至上一级保护单元。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护单元包括子单元，所述子单元包括母线保护装置、集中式保护装置、馈线保护装置和变压器保护装置中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，同一保护单元的所述子单元之间通过GOOSE网络或RS485通信网络发送故障信息。
5.一种微电网分布式系统保护装置，其特征在于，应用于微电网分布式系统保护设备中除母线保护单元外的任一级保护单元，所述保护设备包括多级按照微电网分布式系统的电压分级设置的保护单元；所述装置包括：
检测模块，用于检测所述微电网分布式系统中的故障信息；所述故障信息包括孤岛标志信息；
控制模块，用于将所述故障信息发送至上一级保护单元，以使所述上一级保护单元根据所述故障信息生成保护指令；所述上一级保护单元与当前保护单元直接连接，所述上一级保护单元的电压大于当前保护单元的电压；
保护模块，用于接收所述保护指令，按照所述保护指令执行保护动作；所述微电网分布式系统保护设备中的各个保护单元相互配合采样，以使所述微电网分布式系统无保护死区。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
通过光纤通信网络将所述故障信息发送至上一级保护单元。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述保护单元包括子单元，所述子单元包括母线保护装置、集中式保护装置、馈线保护装置和变压器保护装置中的一种或几种的组合。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，同一保护单元的所述子单元之间通过GOOSE网络或RS485通信网络发送故障信息。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至4任一项所述的方法的步骤。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行上述权利要求1至4任一项所述的方法。
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