CN116995681A - 嵌套微电网控制系统 - Google Patents

Abstract

电网控制系统的独特系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种嵌套微电网系统，该嵌套微电网系统包括：第一微电网，包括网络控制器；第二微电网；第三微电网；第一恢复路径，选择性地耦合在第一微电网的第二部分与第二微电网之间；以及第二恢复路径，选择性地耦合在第一微电网的第二部分与第三微电网之间。网络控制器被配置为：将第一微电网的第一部分与第一微电网的第二部分隔离；计算第一恢复路径和第二恢复路径的加权因子；使用第一加权因子和第二加权因子选择第一恢复路径；以及使用第一恢复路径将第一微电网的第二部分耦合到第二微电网。

Description

嵌套微电网控制系统

本申请是发明名称为“嵌套微电网控制系统”、申请日为2018年04月26日、申请号为“201880044541.0”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2017年5月1日提交的题为“嵌套微电网控制系统”的美国临时专利申请第62/492,680号、于2017年8月1日提交的题为“嵌套微电网中的电源恢复”的美国非临时专利申请第15/665,657号、以及于2017年7月20日提交的题为“嵌套微电网中的故障检测和定位”的美国非临时专利申请第15/655,378号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及用于电网的故障检测和定位控制系统。

背景技术

故障检测和隔离对于维持电网健康至关重要。长时间暴露于故障电流会损坏电网部件。向电网添加分布式能量源(DER)需要新的故障检测和隔离手段。具有放射状分布结构的现有电网只会使故障电流沿一个方向流动，而具有DER的电网可能会使故障电流从不同的电源沿多个方向流动。现有电网控制系统具有若干个缺陷和弊端。仍然存在未满足的需求，这些需求包括提高故障响应性、提高系统可靠性以及减少电网停机时间。比如，来自多个电源的故障电流的存在可能导致电流控制系统误解故障电流的幅度和方向，并因此误解故障的位置或存在。更进一步地，不准确的故障检测和隔离减少了DER的使用寿命。非常需要本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术。

本公开总体还涉及用于电网的故障恢复控制系统。故障检测、隔离和恢复对于维持电网健康至关重要。向电网添加分布式能量源(DER)意味着其他电源可用于恢复响应故障检测而隔离的电网的健康部分。DER允许电网被重构以形成微电网的系统，每个微电网都能够在必要时独立操作。现有电网控制系统具有若干个缺陷和弊端。仍然存在未满足的需求，这些需求包括提高故障响应性、提高系统可靠性以及减少电网停机时间。例如，在故障修复的同时，在故障期间隔离的微电网的健康部分会经历不必要的停机时间。相反，健康部分可以连接到容量足以支持现有负载的另一微电网。非常需要本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术。

说明性实施例的公开内容

为了清楚、简明和准确地描述本公开的非限制性示例性实施例及其制造和使用方式和过程并且为了使其能够实践、制造和使用，现在参考某些示例性实施例(包括附图中示出的实施例)，并且特定语言用于描述这些实施例。然而，应当理解，由此不会对本公开的范围产生限制，并且本公开包括并且保护受益于本公开的本领域技术人员可能想到的示例性实施例的这种变更、修改和其他应用。

发明内容

示例性实施例包括用于微电网控制系统的独特系统、方法、技术和装置。从以下描述和附图，本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。

附图说明

图1图示了示例性电网。

图2是图示了示例性网络控制器的框图。

图3是图示了示例性故障响应过程的流程图。

图4是图示了示例性故障位置标识过程的流程图。

图5是图示了用于图4所示的示例性故障位置标识过程的拓扑设计的表。

图6是图示了接近度分类的示例性功率系统。

图7至图12图示了用于图4所示的示例性故障位置标识过程的分段拓扑和故障电流。

图13是图示了示例性恢复过程的流程图。

图14图示了另一示例性电网。

具体实施方式

参考图1，图示了示例性电力网100。所图示的电力网100是公用电网，该公用电网包括多个可互连的小型功率系统网络，也称为嵌套微电网。尽管用单线图图示了电网100，但是电网100可以被构造为传输单相功率或多相功率。应当理解，电网100可以在多种应用中实现，这些应用包括功率传输系统、功率分布系统、并网微电网、孤岛嵌套微电网、纳米电网、船舶动力系统、航空动力系统、以及陆地车辆功率系统，仅列举几个示例。尽管电网100是交流功率系统，但是其他实施例可以包括直流功率系统，诸如DC功率分布系统。更进一步地，应当理解，出于说明的目的而图示了电网100的拓扑，并且其并不旨在限制本公开。

电网100包括两个主发电机101a、101b，每个主发电机被构造为生成并且传输高压交流(AC)功率。发电机101a通过功率传输网络耦合到包括变压器103a的变电站。发电机101b通过功率传输网络耦合到包括变压器103b的变电站。变压器103a耦合到汇流排104a的第一分段，并且变压器103b耦合到汇流排104b的第二分段。应当理解，发电机101a和101b表示公用电网内不受网络控制器中的任何网络控制器控制的电源的一个示例。连接到电网100的嵌套微电网的公用电网的所图示的拓扑不旨在作为实施例的限制。

断路器105耦合在汇流排分段104a与104b之间。断路器105被构造为响应于电网100内的电气故障状况而选择性地允许电流在汇流排分段104a与汇流排分段104b之间流动。故障状况可以是短路故障或开路故障。在某些实施例中，断路器105包括智能电子设备，该智能电子设备被构造为测量流过断路器105的功率的电气特性并且使用测量结果来确定故障正在发生。在某些实施例中，断路器105被构造为从网络控制器接收指示在电网101内正在发生故障的信号或测量结果。断路器105可以由网络控制器远程控制。在其他实施例中，断路器105可以用另一类型的保护设备代替。如所图示的，断路器105是常开断路器。应当理解，断路器105的前述特征中的任何或所有前述特征也可以存在于本文中所公开的开关或其他断路器中。

电网100包括微电网110、120和130。电网100的微电网以嵌套结构布置，这意味着微电网可以通过闭合电网100内的开关设备而彼此连接。微电网110和120为中压分布网络。每个微电网被构造为从诸如发电机101a或101b的外部电源接收功率，而且还可以与电网100的其余部分断开连接并且使用分布式能量源(DER)作为电源独立操作。DER中的每个DER包括控制器，该控制器被构造为与网络控制器通信，以便传输数据和接收命令。每个DER可以是光伏系统、电池组或其他能量存储设备、水力电源、风力涡轮机系统、柴油发电机、天然气发电机、或被构造为将功率传输到微电网的另一系统。DER可以被构造为将输出电流限制为标称电流输出的百分比，诸如标称电流的150％。

微电网110包括保护继电器113、多个断路器115、多个开关117、以及多个DER 119。微电网110耦合到汇流排104a和微电网120。具体地，配电线路112(也称为馈电线)耦合在汇流排分段104a与联络开关107之间。断路器115a(也称为馈电线断路器)耦合到线路112。保护继电器113可操作地耦合到断路器115a与汇流排104a之间的线路112。继电器113被构造为测量在汇流排104a与断路器115a之间流动的功率的电气特性，诸如电压和电流。响应于检测到超过阈值的测量结果，保护继电器113传输故障检测信号。继电器113被构造为从网络控制器111接收命令，该网络控制器111被配置为修改继电器113的设置，诸如阈值，也称为始动值(pickup values)。应当理解，继电器113的前述特征中的任一个或全部特征还可以存在于本文中所公开的其他继电器中。

开关117a-d耦合到断路器115a与联络开关107之间的线路112。每个开关被构造为断开和闭合，以便选择性地中断通过线路112中的一部分线路的电流流动。每个开关还可以测量线路112的电气特性并且传输测量结果。例如，每个开关可以包括内部定向故障指示器(DFI)，该内部定向故障指示器被构造为标识故障电流相对于开关的方向并且传输定向故障指示消息。每个开关可以使用通信协议(诸如IEC 61850或DNP 3.0)与其他设备(诸如网络控制器)进行通信，如下文所更详细地讨论的。例如，每个开关可以将模拟和数字测量结果传输到电网100的其他设备，并且可以从网络控制器接收断开/闭合命令。在某些实施例中，每个开关可以是断路器、重合闸器、故障断续器、故障检测器、或联络线断路器。应当理解，开关117a-d的前述特征中的任何或所有前述特征也可以存在于本文中所公开的其他开关或断路器中。

在某些实施例中，电网100可以包括多个外部(DFI)单元。每个DFI单元被构造为检测故障和过电流条件，并且传输指示故障定位的数据，诸如故障电流的方向。每个DFI可以向电网100的对应开关或网络控制器传输数据或从电网100的对应开关或网络控制器接收命令。

DER 119a耦合到开关117a与117b之间的线路112。断路器115b耦合在DER 119a与线路112之间。DER 119b耦合到开关117b与开关117c之间的线路112。断路器115c耦合在DER119b与线路112之间。如所图示的，微电网110的断路器和开关是常闭的。联络开关107是常开的。

微电网120包括保护继电器123、多个断路器125、多个开关127、以及多个DER 129。微电网120耦合到汇流排分段104b和微电网110。具体地，配电线路122耦合在汇流排分段104b与联络开关107之间。断路器125a耦合到线路122。保护继电器123可操作地耦合到断路器125a与汇流排分段104b之间的线路122。

开关127a-d耦合到断路器125a与联络开关107之间的线路122。每个开关被构造为断开和闭合，以便选择性地中断通过线路122中的一部分线路的电流流动。DER 129a耦合到开关127a与127b之间的线路122。断路器125b耦合在DER 129a与线路122之间。DER 129b耦合到开关127c与开关127d之间的线路122。断路器125c耦合在DER 129b与线路122之间。如所图示的，微电网120的断路器和开关是常闭的。

微电网130是通过常闭断路器141和功率变压器143耦合到微电网120的低压配电网络。保护继电器可操作地耦合到变压器143，并且被构造为测量流过变压器143的功率的电气特性。微电网130包括耦合到汇流排132的两条配电线路134、136。微电网130还包括一对保护继电器133、多个断路器135、多个开关137、以及DER 139。

线路134耦合在汇流排132与联络开关137d之间。断路器135a耦合到线路134。保护继电器133a可操作地耦合到断路器135a与汇流排132之间的线路134。开关137a-c耦合到断路器135a与联络开关137d之间的线路134。每个开关被构造为断开和闭合，以便选择性地中断通过线路134中的一部分线路的电流流动。

线路136耦合在汇流排132与联络开关137d之间。断路器135b耦合到线路136。保护继电器133b可操作地耦合到断路器135b与汇流排132之间的线路136。开关137e-g耦合到断路器135b与联络开关137d之间的线路136。每个开关被构造为断开和闭合，以便选择性地中断通过线路136中的一部分线路的电流流动。DER 139耦合到断路器135b与137e之间的线路136。断路器135c耦合在DER 139与线路136之间。如所图示的，除了联络开关137d之外，微电网120的断路器和开关是常闭的。

微电网110、120和130分别包括网络控制器111、121和131。每个网络控制器被构造为与其相应微电网的保护继电器、断路器、DER和开关进行通信。每个网络控制器被构造为计算故障的位置，而无需在故障定位过程期间将微电网的健康分段重新连接到故障。因此，当系统电压超出范围时，每个网络控制器都避免将DER暴露于故障电流。例如，网络控制器111被构造为接收微电网110的电气特性的测量结果，确定在微电网110内正在发生故障，断开互连点(POI)断路器115a，确定故障在微电网110内的位置，通过断开近端开关来将故障与微电网的健康部分进行隔离，监测故障的状态，并且将微电网的健康部分或多个健康部分重新连接到微电网110或其他相邻微电网内的可用电源。网络控制器111不需要电网100的完整网络模型或短路分析能力。在某些实施例中，如果另一网络控制器失效，则一个网络控制器可以取得对第二微电网的控制。例如，响应于确定网络控制器121失效，网络控制器111可以针对微电网120执行上文关于微电网110所描述的相同功能。应当理解，电网100的前述特征中的任何或所有前述特征也可以存在于本文中所公开的其他电网和电网部件中。

关于图2，图示了示例性通信网络200的框图。应当理解，术语网络控制器是指多种微电网控制系统的实现方式，并且除非有相反说明，否则不应被解释为限于特定实现方式或设备。网络200包括与多个外部设备220通信的网络控制器210，多个外部设备220包括其他网络控制器221、远程可控开关223、保护继电器225、保护设备227、DER 229、以及受控负载231。多个外部设备220可以包括允许向网络控制器210传送数据或从网络控制器210传送数据的任何类型的设备。例如，多个外部设备220可以包括传感器、时间同步设备、移动设备、读取器设备、装备、手持式计算机、诊断工具、控制器、计算机、服务器、打印机、显示器、警报、状态指示器、键盘、鼠标、或触摸屏显示器。

网络控制器210包括输入/输出设备211、存储设备213、以及处理设备215。输入/输出设备211允许网络控制器210通过有线或无线通信信道与多个外部设备220通信。在网络控制器210与设备220之间传送的数据可以是模拟或数字的。例如，输入/输出设备211可以是网络适配器、网卡、接口、或端口(例如，USB端口、串行端口、并行端口、模拟端口、数字端口、VGA、DVI、HDMI、FireWire、CAT5、或任何其他类型的端口或接口)，仅列举几个示例。输入/输出设备210可以通过将数据映射到一个或多个通信协议而在网络控制器210与多个外部设备220之间传送，该一个或多个通信协议包括但不限于IEC 61850协议(采样值(SV)、面向对象的通用变电站事件(GOOSE)、制造消息规范(MMS))、分布式网络协议(DNP 3.0)、Modbus、以及IEC 60870协议。输入/输出设备211可以包括硬件、软件和/或固件。可以设想，输入/输出设备211包括这些适配器、卡或端口中的多于一个的适配器，卡或端口。

存储器213可以是一种或多种类型，诸如固态、电磁、光学或这些形式的组合。更进一步地，存储器213可以是易失性、非易失性或这些类型的组合，并且存储器213中的一些或全部存储器可以是便携式的，诸如磁盘、磁带、记忆棒或盒式磁带，仅列举一些示例。另外，存储器213可以存储能够使用处理设备215执行的数据和编程指令。例如，存储器213可以存储当由处理设备215执行时执行网络安全功能(诸如使用IEC62351标准对数据进行加密或认证)的指令。指令还可以执行测量结果检索功能、故障检测功能、故障隔离功能、微电网恢复功能、或时间同步功能，仅列举几个示例。

处理设备215可以是可编程类型的、专用硬连线状态机或它们的组合，并且处理设备215还可以包括多个处理器、算术逻辑单元(ALU)、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可20编程门阵列(FPGA)等。对于具有多个处理单元的处理设备215的形式，可以适当地利用分布式、流水线式和/或并行处理。处理设备215可以专用于仅执行本文中所描述的操作，或者可以用于一个或多个附加应用。在所描绘的形式中，处理设备215是可编程种类，其根据存储在存储器213中的编程指令(诸如软件或固件)执行算法并且处理数据。处理设备215可以包括任一类型的一个或多个部件，其适用于处理从输入/输出设备211或其他地方接收到的信号，并且提供所需的输出信号。这样的部件可以包括数字电路、模拟电路、或两者的组合。

参考图3，图示了用于操作电网内的微电网的示例性过程300。参照图1所图示的电网100的微电网110对过程300进行以下描述。然而，应当理解，过程300可以与电网内的其他形式的微电网(诸如上文参考图1、图6至图14描述的微电网)组合使用。

过程300在开始操作301处开始，并且进行到操作303，其中开关设备、DER控制器和微电网110的继电器向网络控制器111传输数据。该数据可以包括电压测量结果、电流测量结果、以及开关状态。响应于网络控制器111的请求，数据可以被传送到网络控制器111。还可以周期性地(诸如每10毫秒)发送数据。还可以响应于测量结果的突然改变(诸如电流或电压幅度的突然改变)，将数据发送到网络控制器111。网络控制器111使用从开关和继电器接收到的数据来监测微电网110的故障状况。通过使用来自微电网110中所有设备的数据，网络控制器111可以检测单个设备无法检测到的故障状况。

过程300进行到条件305。只要在微电网110内未发生故障，过程就返回操作303。一旦发生故障，过程300就进行到操作307。

在操作307期间，微电网110检测并且响应微电网110内发生的故障。保护继电器113或网络控制器111可以检测到故障。例如，网络控制器111可以使用来自DER控制器的数据(诸如超过阈值的电压测量结果)来检测微电网110内的故障。在某些实施例中，网络控制器111通过将在操作303中接收到的数据与阈值进行比较来确定正在发生故障。响应于检测到故障，网络控制器111命令保护继电器113通过传输通知信号来通知微电网110内的每个开关。继电器113还将跳闸信号传输到POI断路器115a。响应于跳闸信号，断路器115a可以在随后的故障定位序列期间断开以隔离微电网110。在其他实施例中，网络控制器111将通知信号传输到微电网110的每个开关。

过程300进行到操作309，其中微电网110的开关响应于接收到通知信号，向网络控制器111或电网100内的另一设备传输定向故障指示器和故障后测量结果。通知信号可以包括断路器状态、保护继电器电压测量结果、以及保护继电器电流测量结果。定向故障指示器标识流过传输开关的电流的方向。

过程300进行到操作311，其中网络控制器111使用在操作309中传输的数据来计算检测到的故障的位置。然后，网络控制器111通过将断开命令传输到微电网110的近端开关来隔离故障。隔离故障可以创建微电网110的健康部分，该健康部分不再连接到公用电网，也被称为孤岛。下文对计算故障位置的过程进行更详细的描述。

过程300进行到操作313，其中位于微电网110的隔离故障部分中的DER与故障隔离。如果DER没有检测到由于低故障电流而导致的故障，则网络控制器111通过将断开命令传输到与DER相对应的断路器来隔离在微电网110的隔离故障部分内操作的任何DER。可以使用GOOSE通信协议来传输断开命令。

一旦故障与电网100的健康部分隔离，过程300尝试将微电网110的任何孤岛部分连接到电网100的另一微电网，以减少故障隔离对从微电网110接收功率的负载的影响。当过程300进行到操作315时，过程300中涉及将微电网110的孤岛部分重新连接到电网100的部分开始。

在操作315期间，如果故障没有位于与断路器115a直接耦合的线路112的分段中，则网络控制器111通过闭合断路器115a将微电网110的一部分重新连接到电网100。

过程300进行到操作317，其中网络控制器111评估微电网110的任何孤岛部分的生存能力。具体地，网络控制器111计算微电网110的孤岛部分内的DER的合计发电量和微电网110的孤岛部分内的负载的合计功率需求。

过程进行到条件319，其中比较来自操作317的计算值。如果合计发电量超过合计功率需求，则过程300进行到条件321。否则，过程300进行到条件323。

在条件321处，网络控制器111确定微电网110的孤岛部分的DER是否可以支撑微电网110的孤岛部分的负载。该分析可以包括：确定每个DER的当前功率输出和最大功率输出。比如，电池能量可能正在充电，但是能够输出的功率足以支撑负载。在另一示例中，可以控制诸如水电DER的DER，以增加功率输出。如果DER可以支撑孤岛的负载，则孤岛独立于电网操作，并且过程300进行到操作335，其中现场人员分派到故障位置的物理位置以恢复整个系统。否则，过程300进行到条件323。

在条件323处，网络控制器111与电网100的其他网络控制器通信，以确定微电网110的孤岛部分是否可以连接至其他微电网中的一个微电网。如果其他微电网中的一个或多个微电网具有过剩功率容量足以向微电网110的孤岛部分提供功率，则过程300进行到条件329。否则，过程300进行到325。

在操作325期间，网络控制器111标识微电网110的孤岛部分中的关键负载，并且尝试通过局部负载切断或负载切断而将关键负载连接到电网100的另一微电网，从而恢复关键负载。系统操作员可以将负载分为关键负载或非关键负载。当将关键负载转移到另一微电网时，网络控制器111将孤岛中的任何DER同步到另一微电网的频率和相位角。下文对操作325进行更详细的描述。

过程300从操作325进行到操作327，其中微电网110的孤岛部分内无法支撑负载的任何DER通过断开对应的断路器而断开连接。过程300从操作327进行到操作335。

在条件329处，网络控制器111确定任何DER是否正在在微电网110的孤岛内操作。如果是，则过程300进行到操作333，其中DER与电网100的其他微电网同步，并且该孤岛连接到电网100的另一微电网。然后，过程300从操作333进行到操作335。

如果没有DER正在在微电网110的孤岛部分中操作，则过程300从条件329进行到操作331，其中网络控制器111将微电网110的孤岛连接到电网100的另一微电网。然后，过程300进行到操作335。过程300从操作335进行到结束操作337。

进一步地，应当理解，可以设想对过程300的若干个变化和修改，其包括例如省略过程300的一个或多个方面、添加其他条件和操作、和/或将操作和条件重组或分离为单独的过程。

参考图4，图示了用于在微电网内定位和隔离故障的示例性过程400。参照图1所图示的电网100的微电网110对过程400进行以下描述。然而，应当理解，过程400可以与电网内的其他形式的微电网(诸如上文参考图1、图6和图14所描述的微电网)组合使用。

过程400在开始操作401处开始，并且进行到操作403，其中网络控制器111接收微电网110的电气特性的测量结果。该测量结果可以由微电网110的所有开关设备和DER控制器发送。测量结果可以包括开关断开/闭合状态、电流幅度、以及电流方向，仅列举几个示例。每个开关设备可以周期性地或响应于来自网络控制器111的请求发送测量结果。每个开关设备还可以响应于检测到电流方向或幅度的突然改变而传输测量结果。

过程400进行到条件405。如果在微电网110中正在发生故障，则过程400进行到操作407，其中网络控制器111断开POI断路器115a，并且通过标识微电网110的每个配电线路分段的拓扑分类和接近度分类来开始定位故障。否则，过程400从条件405返回操作403。

参照图5，存在图示了微电网110的每个分段的示例性拓扑分类的表500。由两个设备(诸如开关或断路器)划分的线路112的每个部分被视为微电网110的分段。每个分段基于耦合到该分段的部件进行分类。例如，在正常操作期间将微电网110连接到电网的分段被分类为类型1。具有耦合的DER的分段被分类为类型2。具有耦合的负载或没有耦合的设备的分段被分类为类型3。具有耦合的负载和DER的分段被分类为类型4。具有变压器的分段被分类为类型5。每个分段的拓扑分类可能动态改变。例如，电池组可以从放电状态过渡到充电状态。在这种情况下，电池组从DER过渡到负载，从而导致耦合分段的拓扑分类从类型2变为类型3。在另一示例中，DER可能与具有负载的分段断开连接，从而导致相关联的分段的拓扑分类从类型4变为类型3。

关于图6，存在图示了接近度分类的示例性功率系统600。功率系统600包括配电线路625，该配电线路625耦合在主发电机627与断开的联络开关618之间。断路器611和开关612-617耦合到形成多个线路段的线路625。每个分段的拓扑分类都在该分段上方进行标识。断路器611与开关612之间的分段是类型1，因为它没有耦合到负载或DER，并且是最靠近电网627的分段。开关612与开关613之间的分段是类型2，因为DER 619a耦合到该分段。开关613与开关614之间的分段是类型3，因为负载621a耦合到该分段。开关614与开关615之间的分段为类型2，因为DER 619b耦合到该分段。开关615与开关616之间的分段是类型3，因为负载621b耦合到该分段。开关616与开关617之间的分段是类型4，因为DER 619c和负载621c耦合到该分段。开关617与开关618之间的分段是类型3，因为负载621d耦合到该分段。

除了拓扑分类之外，每个分段还接收接近度分类。框601和603图示了用于接收接近度分类的过程。接近度分类的目的是标识可能的方向，来自电源的故障电流可能从该可能的方向进入分段。例如，框601图示了电流可以进入远离指定互连点(POI)(诸如断路器611)移动的每个分段，因为主发电机627可以通过断路器611向每个分段提供功率。POI表示微电网的直接连接到公用电网的部分。重要的是要注意，如果线路625的第二分段耦合到断开的开关618，则该分段不能从POI接收故障电流。框603图示了由于DER 619a-619c，一些分段可能接收向POI移动的故障电流。例如，断路器611与开关617之间的每个分段可以从DER619c接收故障电流。然而，开关617和618之间的分段不能接收向POI移动的故障电流。可以从任一方向接收故障电流的每个分段被分类为类型1。对于诸如系统600的并网微电网，只能接收远离POI移动的故障电流的每个分段被分类为类型2。在其他实施例中，在系统600作为孤岛操作的情况下，POI无关紧要。因此，依据故障电流相对于参考点的方向，只能在一个方向上接收故障电流的每个分段被分类为类型2或类型3。例如，可以从左侧接收故障电流的分段可以是类型2，而只能从右侧接收故障电流的另一分段可以是类型3。

在整个本公开中，每个分段的拓扑分类和接近度分类可以表示为“类型Z-Y”，其中“Z”表示拓扑分类并且“Y”表示接近度分类。应当理解，“Z”可以用作意指任何类型的拓扑分类的占位符，“Y”可以用作意指任何类型的接近度分类的占位符，并且“类型X”可以用作表示没有包括线路分段的任何线路分段序列。在一些实例中，“类型Z”可以表示具有任何类型的接近度分类的分段。例如，分类为类型Z-1的分段是任何拓扑布置的分段，其中故障电流可能进入朝向POI移动和远离POI移动的分段。

继续参考图4，一旦微电网110的各个分段指派了拓扑分类和接近度分类，网络控制器111就标识Z-1类型的所有分段以供分析。过程400进行到条件409，其中网络控制器111标识故障后电流正在沿两个方向进入该分段的任何Z-1类型的分段。

参考图7，图示了在故障状况之前和故障状况期间的类型为Z-1的分段700。如分段701所示，在检测到故障之前，电流流过该分段。然而，如分段703所示，在故障状况期间，电流正在从分段中移出。响应于在耦合到分段703的开关中观察到的电流，网络控制器不会采取任何开关动作。

参考图9，图示了在故障状况之前和故障状况期间的类型为Z-1的线路分段900。在故障状况之前，如分段901a所示，电流流过分段900。在故障状况期间，如分段901b所示，电流从两个方向流入分段900。由于在故障期间电流从两个方向流入分段900，网络控制器将断开分段的任一侧的开关元件，以将故障与微电网的其余部分进行隔离。

继续参考图4和图9，如果通过图4的条件409标识诸如图9中的线路分段900的线路分段，则过程400进行到操作411，其中通过断开线路分段的任一侧上的两个开关元件来隔离故障。过程400进行到结束操作441。如果类型为Z-1的微电网110的所有线路分段都没有故障电流从两侧进入该分段(诸如图7的分段700)，则过程400进行到操作413。

在操作413期间，网络控制器111标识配电线路的一个或多个末端处的分段。过程400进行到条件415，其中网络控制器111分析故障后电流的方向。

参考图8，图示了两个线路分段800，它们在故障状况之前和故障状况期间位于配电线路的末端。Z-2类型的分段801a和803a示出了一个分段在故障状况之前接收电流并且在故障状况期间输出电流。Z-3类型的分段801b和803b示出了电流在故障状况之前流入分段并且在故障状况期间流出分段。由于在故障状况期间电流从分段流出，因此网络控制器不会采取任何开关动作。

参考图10，图示了类型4-2的线路分段1000，该线路分段1000位于配电线路的末端，其中电流在故障状况期间进入该线路分段。线路分段1000也可以是2-2类型。由于拓扑分类为类型2/类型4，所以网络控制器将通过断开闭合的开关来隔离分段1000，该分段位于配电线路的末端，并且电流在故障状况期间进入分段1000。

继续参考图4，对于在操作413中标识的每个线路分段，如果故障后电流正在离开线路分段，诸如图8的分段803a和803b，则过程400进行到操作421。否则，过程400进行到条件417。

在条件417处，如果分段是类型2-2或4-2，诸如图10的线路分段1000，则过程400进行到操作419，其中将末端分段连接到配电线路的其他部分的开关被断开，从而隔离配电线路末端中的故障。过程400进行到结束操作441。在条件417处，如果末端分段都不是类型2-2或4-2，则过程400进行到操作421。

在操作421期间，网络控制器111标识不在配电线路末端或不是类型Z-1的所有线路分段。然后，过程400进行到操作423、425、429和433。

参考图11，图示了第一多个线路分段1110，第一多个线路分段1110包括类型2的线路分段、类型3-2的线路分段、以及仅包括负载分段的占位符分段“X”。图11还图示了第二多个线路分段1120，第二多个线路分段1120包括仅具有负载分段的占位符分段“X”、类型3-3的线路分段、以及类型2的线路分段。如果故障没有位于类型Z-1的分段，则网络控制器111将断开带有DER的线路分段与类型3-Y的第一线路分段之间的开关。

参考图12，图示了第一多个线路分段1210，第一多个线路分段1210包括类型Z的线路分段、类型4-2或类型2-2的线路分段、以及仅包括负载分段的线路分段占位符“X”。图12还图示了第二多个线路分段1220，第二多个线路分段1220包括仅具有负载分段的线路分段占位符“X”、类型2-3或类型4-3的线路分段、以及类型Z的线路分段。如果故障没有位于Z-1类型的分段中，则网络控制器111将断开线路分段“Z”与类型2-Y或4-Y的线路分段之间的开关。网络控制器111将监测被隔离的DER。如果DER的电压或频率没有崩溃，则网络控制器将重新连接线路分段，因为先前的开关动作错误地标识了故障的位置。

继续参考图4，对于操作421至操作423，如果在操作421中标识的一个或多个组包括类型Z/类型2-2/类型X的序列(如图12所示)，则过程400进行到操作427。对于操作423，如果在操作421中标识的一个或多个组包括类型Z/类型4-2/类型X的序列(如图12所示)，则过程400进行到操作427。

过程400也从操作421进行到操作429。如果在操作421中标识的一个或多个组包括以下序列中的一个序列(如图11所示)，则过程400进行到操作431：类型2-2/类型3-2/类型X或类型4-2/类型3-2/类型X。

对于操作433，网络控制器111标识在操作421中标识的具有序列类型3/类型3-2/类型X的一个或多个组，或没有DER的配电线路末端附近的所有分段。对于该一个或多个组，过程400进行到操作435，其中没有采取开关动作。然后，过程400进行到结束操作441。

在操作431期间，网络控制器111断开序列的第一分段与第二分段之间的开关，以便分开具有DER的分段与仅具有负载的分段。

在操作427期间，网络控制器111断开序列的第一分段与第二分段之间的开关，以便隔离具有距离POI最远的DER的分段。然后，过程400进行到条件437，其中监测在操作427中孤岛化的DER的电压和频率输出。如果电压和频率没有崩溃，则过程400进行到操作439，其中DER分段重新连接到相邻分段。否则，过程400进行到结束操作441。

为了说明过程400，假设网络控制器111正在监测图1的微电网110，同时在开关117b和开关117c之间的线路分段中发生故障。过程400从开始操作401进行到操作403，其中网络控制器111接收指示微电网110中正在发生故障的测量结果。过程400进行到条件405，其中网络控制器111使用在操作403期间接收的测量结果来检测故障。过程400进行到操作407，其中网络控制器111将断路器115a与开关117a之间的线路分段、以及开关117a与开关117b之间的线路分段标识为Z-1类型。过程400进行到条件409，其中网络控制器111确定Z-1类型的分段中没有分段具有从两个方向进入的电流。过程进行到操作413，其中网络控制器111将开关117d与联络线路开关107之间的线路分段标识为配电线路的末端。过程进行到条件415，其中网络控制器111确定电流正在流入分段中。过程400进行到条件417，其中网络控制器111确定开关117d与联络线路开关107之间的线路分段没有耦合到DER。过程400进行到操作421，其中网络控制器111将以下开关之间的线路分段标识为类型Z-2：117b和117c、117c和117d、以及117d和107。过程400进行到操作423、425、429和433，其中分析线路分段组。在操作423期间，网络控制器111将开关117b和117c之间的线路分段标识为类型2-2，并且将开关117a和117b之间的线路分段标识为类型Z。过程400进行到操作427，其中断开开关117b。然后，过程400进行到条件437，其中网络控制器111确定DER的电压和频率正在崩溃。在进行到结束操作441之前，网络控制器111断开断路器115c以将DER 119b与故障隔离。

在操作425期间，网络控制器111没有标识类型4-2的线路分段，因此响应于操作425而没有采取开关动作。在操作429期间，网络控制器111将开关117b与117c之间的线路分段标识为类型2，并且将开关117c与117d之间的线路分段标识为类型3-2。过程400进行到操作431，其中网络控制器111断开开关117c，从而将负载分段与最后一个DER隔离。过程400进行到结束操作441。

在操作433期间，网络控制器111将开关117c与117d之间的线路分段标识为类型3，并且将开关117d与107之间的线路分段标识为类型3-2。过程进行到操作435，因为开关117d和107不与故障接近，所以没有采取开关动作。过程400进行到结束操作441。

在过程400期间，在操作427期间断开开关117b，并且在操作431期间断开开关117c。观察耦合到隔离分段的DER确认故障的位置。过程400将故障的位置标识为在开关117b与117c之间。

进一步地，应当理解，可以想到对过程400的若干种变化和修改，其包括例如省略过程400的一个或多个方面、添加其他条件和操作、和/或将操作和条件重组或分离为单独的过程。

参考图13，图示了用于恢复电网内的微电网的孤岛部分的示例性过程1300。参照图14中所图示的电网1400的微电网1410对过程1300进行以下描述。然而，应当理解，过程1300可以与电网内的其他形式的微电网(诸如上文参考图1、图6和图14所描述的微电网)组合使用。

过程1300在开始操作1301处开始，并且进行到操作1303，其中网络控制器1411从微电网1410的设备接收测量结果，并且使用该测量结果生成微电网1410的模型，该模型表示诸如但不限于负载和DER位置、线路阻抗和电流断路器状态的值。在某些实施例中，模型是图网络模型。在某些实施例中，在网络控制器1411失效并且其他网络控制器中的一个网络控制器必须操作微电网1410作为备用控制器的情况下，网络控制器1411与其他网络控制器共享所生成的微电网1410的模型。

过程1300进行到操作1305，其中网络控制器1411检测、定位并且隔离微电网1410中的故障。过程1300进行到条件1307，其中网络控制器1411标识故障微电网1410内由操作1305的隔离功能创建的任何孤岛。如果操作1305尚未创建孤岛，则过程1300进行到结束操作1327。

如果操作1305创建了孤岛，则过程1300进行到条件1309，其中将孤岛内的DER的总发电量与孤岛的负载的总功率需求进行比较。如果总发电量超过总功率需求，则过程1300从条件1309进行到条件1311。如果总发电量没有超过总功率需求，则过程1300进行到操作1313。

在条件1311处，网络控制器1411确定孤岛是否稳定。例如，网络控制器1411将孤岛的母线电压和线路电流与可接受的范围进行比较，以便确定孤岛是否稳定。在某些实施例中，稳定性分析包括：确定如果孤岛被连接到健康的微电网，则是否会发生不安全的功率摆动或其他级联崩溃。如果孤岛稳定，则过程1300进行到结束操作1327，并且孤岛独立操作。

如果孤岛不稳定，则过程1300进行到操作1313，其中网络控制器1411尝试标识另一微电网以连接到孤岛，以便使孤岛恢复到正常操作。当网络控制器1411标识要耦合的一个以上的微电网时，网络控制器1411被构造为使用加权最短路径恢复算法来确定最佳微电网以连接到包括DER和负载的孤岛。该算法把健康的微电网的电压分布考虑在内，并且在健康的微电网被连接到孤岛的情况下，估计可能的电压降和电流。在恢复期间添加被中断的负载可能导致总线电压下降，甚至进一步导致欠压问题。因此，该算法尝试标识其配电线路末端处具有较高单位电压的特定微电网。

网络控制器1411通过从其他网络控制器1421、1431和1441接收数据开始。数据可以包括可用功率容量、最接近孤岛的母线的输出电压、以及微电网与孤岛之间的线路阻抗。网络控制器1411使用以下公式计算从孤岛到微电网的每个恢复路径的加权因子，其中是从孤岛到第i个微电网的计算的权重，是第i微电网的输出电压，并且是第i微电网与孤岛之间的恢复路径的阻抗。

网络控制器1411通过比较加权因子来确定最佳恢复路径。使用图论，网络控制器1411可以确定用于孤岛恢复的最短加权路径。在某些实施例中，网络控制器1411使用Dijkstra算法来计算最佳恢复路径。Dijkstra算法基于标识具有最小非负权重的恢复路径。

如果网络控制器1411无法将整个孤岛连接到另一微电网，则网络控制器1411继而通过切断孤岛的非关键负载来尝试将孤岛的关键负载连接到另一微电网。网络控制器1411标识孤岛内的指定为关键负载的负载。负载可以由用户直接指定为关键负载，或者负载可以通过对负载的特性应用规则集合以标识高优先级负载而间接指定为关键负载。在某些实施例中，多个分类等级可以用于指定负载的重要性，其中关键负载和非关键负载被分解为一系列的分类。

如果网络控制器1411已经发现过剩功率容量大于孤岛的功率需求的任何微电网，则网络控制器1411将执行稳定性分析，诸如关于条件1311所描述的分析。

过程1300进行到条件1315，其中网络控制器1411使用在操作1313中执行的分析来确定该孤岛是否可以连接到另一微电网。如果找到了连接解决方案，则过程1300进行到操作1317，其中执行解决方案并且恢复孤岛。过程1300进行到结束操作1327。

如果未找到连接解决方案，则过程1300从条件1315进行到操作1319，其中网络控制器1411尝试通过切断另一微电网中的非关键负载来将孤岛连接到另一微电网。操作1319还包括：执行关于操作1313描述的加权最短路径恢复算法，以及执行稳定性分析。

过程1300进行到条件1321，其中网络控制器1411使用在操作1319中执行的分析来确定孤岛是否可以连接到另一微电网。如果网络控制器111标识解决方案，则过程1300进行到操作1325，其中执行解决方案并且对孤岛和微电网的关键负载进行供电。如果没有找到解决方案，则过程1300从条件1321进行到操作1323，其中没有重新连接孤岛。过程1300进行到结束操作1327。

进一步地，应当理解，可以设想过程1300的若干个变化和修改，其包括例如省略过程1300的一个或多个方面、添加其他条件和操作、和/或将操作和条件重组或分离为单独的过程。

参照图14，在响应于故障状况1450之前，存在处于正常操作中的示例性电网1400。电网1400包括多个微电网。微电网1410、1420、1430和1440中的每个微电网分别包括网络控制器1411、1421、1431和1441。微电网1410、1420、1430和1440中的每个微电网分别包括母线1413、1423、1433和1443。微电网1420能够通过断路器1460连接到微电网1410。微电网1430能够通过断路器1470连接到微电网1410。微电网1440可以通过断路器1480连接到微电网1410。

为了说明使用图14的电网1400的图13的过程1300，考虑以下示例，其中发生了故障1450。过程1300在开始操作1301处开始，并且进行到操作1303，其中网络控制器1411从耦合到主电源1417的微电网1410的测量设备接收测量结果。过程1300进行到操作1305，其中通过断开断路器1415和1419来隔离故障1450。过程1300进行到条件1307，该条件1307确定在故障隔离操作期间创建了孤岛，该孤岛包括配电线路的一部分以及在断路器1415与母线1413之间的所有耦合的DER和负载。虽然清除了故障，但是孤岛通常可能是非活动的。依据损坏的程度和现场工作人员的可用性，恢复的持续时间可能会很长。如果停电时间太长，则公用事业可能以罚款或可靠性指标降低的形式受到惩罚。过程1300尝试自愈或将孤岛连接到相邻微电网中的一个微电网，而非等待故障清除以重新连接孤岛。

过程1300进行到条件1309，该条件1309确定由孤岛的DER生成的功率小于孤岛内的关键负载1412和非关键负载1414的功率需求。过程1300进行到操作1313，其中网络控制器1411确定微电网1420、1430或1440是否可以连接到孤岛以恢复孤岛。假设微电网1420、1430或1440的过剩容量大于孤岛的总功率需求，则操作1313考虑微电网的输出电压以及微电网与孤岛之间的估计电压降。网络控制器1411使用等式(1)、从其他网络控制器获得的输出电压以及估计的阻抗值来计算每个可能的恢复路径的加权因子。与最小加权因子相对应的恢复路径是最佳恢复路径。操作1313将最佳恢复路径标识为微电网1440与孤岛之间的路径；然而，如果在连接孤岛和微电网1440之前切断非关键负载1414，则该孤岛仅可以连接到微电网1440。稳定性分析指示将孤岛连接到微电网1440可能不安全。

过程1300在进行到操作1319之前进行到条件1315。在操作1319期间，网络控制器1411从其他网络控制器接收有关负载分类的信息。网络控制器1411再次使用加权最短路径算法来确定最佳恢复路径，但此时把健康微电网和孤岛中的非关键负载的切断考虑在内。操作139将微电网1430与孤岛之间的恢复路径标识为最佳恢复路径。过程1300进行到条件1321，其中网络控制器确定最佳恢复路径是可行的解决方案。过程1300进行到操作1325，其中断路器1470被闭合以将微电网1430连接到孤岛，从而在现场工作人员清除故障1450之前恢复孤岛。

现在，应当提供若干个示例性实施例的其他书面描述。一个实施例是一种微电网，该微电网包括：多个开关设备；多个配电线路分段，每个配电线路分段被耦合到多个开关设备中的至少一个开关设备；多个测量设备，每个测量设备与多个开关设备中的一个开关设备相对应；以及至少一个分布式能量源(DER)，耦合到多个配电线路分段中的一个配电线路分段；网络控制器，被配置为：从多个测量设备接收测量结果；使用测量结果来确定微电网内正在发生故障；在确定正在发生故障之后，基于负载或DER是否被耦合到配电线路分段来向多个配电线路分段中的每个配电线路分段指派拓扑分类；在确定正在发生故障之后，基于故障电流是否能够沿一个方向或沿两个方向流过配电线路分段来向多个配电线路分段中的每个配电线路分段指派接近度分类；使用拓扑分类和接近度分类来确定故障位置；并且通过向最接近故障的、多个开关设备中的至少一个开关设备传输断开命令来隔离故障。

在前述微电网的某些形式中，多个测量设备中的每个测量设备包括定向故障指示器。在某些形式中，多个测量设备中的每个测量设备被包含在多个开关设备中的对应开关中。在某些形式中，网络控制器被配置为：接收包括多个开关设备中的每个开关设备的断开/闭合开关状态的测量结果。在某些形式中，网络控制器被配置为：通过确定被耦合到配电线路的每个DER的操作状态来指派拓扑分类。在某些形式中，网络控制器被配置为：基于是负载或DER是否被耦合到配电线路分段来对多个配电线路分段中的每个配电线路分段进行分类，对多个配电线路分段中的每个配电线路分段进行分类包括将线路分段分类为既不具有耦合负载也不具有耦合DER。在某些形式中，网络控制器通过确定故障电流正在沿两个方向流入线路分段，来确定故障在具有接近度分类的线路分段内的位置，该接近度分类指示故障电流能够从两个方向流入线路分段。在某些形式中，网络控制器将拓扑分类指派给多个配电线路分段中的一个配电线路分段，该拓扑分类指示通过多个开关设备中的一个开关设备，DER被耦合到配电线路分段并且配电线路分段仅耦合到一个配电线路分段，并且其中网络控制器通过响应于确定电流正在流入多个线路分段中的一个线路分段而断开一个开关设备，来隔离故障。在某些形式中，网络控制器确定多个配电线路分段中的一部分配电线路分段的接近度分类指示故障电流能够沿一个方向流过多个配电线路分段中的该一部分配电线路分段；网络控制器确定多个配电线路分段中的该一部分配电线路分段的一个拓扑分类指示DER被耦合到该一部分配电线路分段中的一个配电线路分段，并且断开被耦合到DER的配电线路分段与多个配电线路分段中的该一部分配电线路分段中的其余配电线路分段之间的开关设备。在某些形式中，网络控制器被配置为：从多个开关设备中的一部分开关设备接收与耦合到该一部分配电线路分段中的一个配电线路分段的DER的功率输出相对应的测量结果，并且响应于确定DER的功率输出的电压或电力频率没有崩溃，闭合在耦合到DER的配电线路分段与多个配电线路分段中的一部分配电线路分段中的其余配电线路分段之间的开关设备。在某些形式中，网络控制器确定多个配电线路分段中的一部分配电线路分段的接近度分类指示故障电流能够沿一个方向流过多个配电线路分段中的一部分配电线路分段；确定多个配电线路分段中的一部分配电线路分段的一个拓扑分类指示DER被耦合到该一部分配电线路分段中的一个配电线路分段；以及断开在被耦合到DER的配电线路分段与多个配电线路分段中的一部分配电线路分段中的其余配电线路分段之间的开关设备。

另一示例性实施例是一种用于检测和隔离微电网中的故障状况的方法，该方法包括：利用网络控制器来操作被耦合在多个线路分段之间的多个开关设备；利用网络控制器从多个开关设备接收测量结果；利用网络控制器，使用测量结果来确定微电网内正在发生故障；基于负载或分布式能量源(DER)是否被耦合到线路分段，将拓扑分类指派给多个线路分段中的每个线路分段；基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流过线路分段，将接近度分类指派给多个线路分段中的每个线路分段；使用多个线路分段的拓扑分类和接近度分类来确定故障状况的位置；以及响应于确定故障状况的位置，利用多个开关设备中的一部分开关设备来隔离故障的位置。

在前述方法的某些形式中，确定故障状况的位置包括：标识具有两方向电流接近分类的每个线路分段；确定电流是否正在沿两个方向进入线路分段；以及响应于确定电流正在沿两个方向进入线路分段，标识故障状况的位置。在某些形式中，确定故障状况的位置包括：标识具有单方向电流接近分类、DER拓扑分类、被耦合到多个开关设备中的仅一个开关设备的每个线路分段；确定电流是否正在进入线路分段；以及响应于确定电流正在进入线路分段，标识故障状况的位置。在某些形式中，确定故障状况的位置包括：标识具有单方向电流接近分类并且被耦合到多个开关设备中的至少两个开关设备的每个线路分段，并且确定线路分段中的一个线路分段是否具有DER拓扑分类；并且隔离故障的位置包括：断开被耦合到DER拓扑分类的开关设备，电流通过该DER拓扑分类流入分段。在某些形式中，确定故障状况的位置包括：标识具有单方向电流接近分类的每个两个线路分段的组，每个两个线路分段的组被耦合到多个开关设备中的至少两个开关设备并且包括具有DER拓扑分类的一个线路分段；并且其中隔离故障的位置包括：断开耦合在具有DER拓扑分类的线路分段与另一线路分段之间的开关设备。

另一示例性实施例是一种网络控制器，该网络控制器包括：输入/输出设备，被构造为与微电网的多个开关设备通信，该微电网包括配电线路，该配电线路通过可操作地被耦合到配电线路的多个开关设备而划分为多个线路分段；基于微处理器的处理设备；以及非暂态存储器设备，被构造为存储利用输入/输出设备接收的数据、以及指令，该指令被配置为当由处理设备执行时执行以下功能：从多个开关设备接收测量结果；使用测量结果来确定微电网内正在发生故障；基于负载或分布式能量源(DER)是否被耦合到线路分段，将拓扑分类指派给多个线路分段中的每个线路分段；基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流过线路分段，将接近度分类指派给多个线路分段中的每个线路分段；使用多个线路分段的拓扑分类和拓扑分类来确定故障状况的位置，以及响应于确定故障状况的位置，通过向多个开关设备中的一部分开关设备传输断开命令来隔离故障的位置。

在前述网络控制器的某些形式中，接近度分类指示每个线路分段是否能够从一个方向或两个方向接收故障电流，并且其中拓扑分类指示每个线路分段是否被耦合到DER、负载、变压器或耦合到直接连接到公用电网的开关设备。在某些形式中，配电线路包括仅耦合到一个其他线路分段的末端线路分段，并且其中网络控制器通过确定拓扑分类指示末端线路分段包括DER并且确定电流正在进入末端线路分段来确定故障的位置。在某些形式中，确定故障状况的位置包括：标识具有单方向电流接近分类并且被耦合到多个开关设备中的至少两个开关设备的每个线路分段；以及确定线路分段中的一个线路分段是否具有DER拓扑分类，并且其中隔离故障的位置包括：断开耦合到具有DER拓扑分类的线路分段的开关设备，电流正在通过该DER拓扑分类流入分段。

现在，提供其他示例性实施例。一个实施例是一种嵌套微电网系统，该嵌套微电网系统包括：第一微电网，包括网络控制器、配电线路的第一部分、以及配电线路的第二部分，该配电线路的第二部分包括第一分布式能量源(DER)；第二微电网，包括第二DER；第三微电网，包括第三DER；第一恢复路径，选择性地耦合在配电线路的第二部分与第二微电网之间；以及第二恢复路径，选择性地耦合在配电线路的第二部分与第三微电网之间，其中网络控制器被配置为：接收与第一微电网的电气特性相对应的测量结果；使用接收的测量结果来确定在微电网的第一部分中正在发生故障状况；将配电线路的第一部分与配电线路的第二部分进行隔离；确定配电线路的第二部分的总负载功率需求；确定第二微电网的第一过剩功率容量；确定第三微电网的第二过剩功率容量；确定第一过剩功率容量大于总负载功率需求；确定第二过剩功率容量大于总负载功率需求；计算第一恢复路径的第一加权因子；计算第二恢复路径的第二加权因子；使用第一加权因子和第二加权因子来选择第一恢复路径；并且使用第一恢复路径将配电线路的第二部分耦合到第二微电网。

在前述系统的某些形式中，总负载功率需求等于被耦合到配电线路的第二部分的多个负载的合计需求减去第一DER的总发电量。在某些形式中，第一恢复路径包括第二配电线路和开关设备，并且其中网络控制器被配置为：通过向开关设备传输闭合命令来将配电线路的第二部分耦合到第二微电网。在某些形式中，第一加权因子包括与第一恢复路径的阻抗相对应的第一值和与第二微电网的输出电压相对应的第二值。在某些形式中，第一加权因子包含第一值除以第二值。在某些形式中，网络控制器通过使用Dijkstra算法将第一加权因子与第二加权因子进行比较来选择第一恢复路径。在某些形式中，网络控制器还被配置为：确定第一过剩功率容量小于总负载功率需求；确定第二过剩功率容量小于总负载功率需求；标识被耦合到配电线路的第二部分的关键负载；标识被耦合到配电线路的第二部分的非关键负载；确定关键负载功率需求；确定第一过剩功率容量大于关键负载功率需求；确定第二过剩功率容量大于总负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将关键负载而非将非关键负载耦合到第二微电网。在某些形式中，第二微电网包括第二网络控制器，并且第三微电网包括第三网络控制器。在某些形式中，第一网络控制器还被配置为：确定第一过剩功率容量小于总负载功率需求；确定第二过剩功率容量小于总负载功率需求；标识被耦合到第二微电网的第二关键负载；标识被耦合到第二微电网的第二非关键负载；确定第二微电网的第三过剩功率容量；确定第三过剩功率容量大于关键负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将第一微电网的关键负载而非第一微电网的非关键负载耦合到第二微电网；以及第二网络控制器被配置为响应于来自第一网络控制器的请求，在第一网络控制器将第一微电网耦合到第二微电网之前，切断第二非关键负载。

其他示例性实施例是一种用于操作功率系统的方法，该功率系统包括多个微电网和多个网络控制器，每个微电网包括网络控制器，该方法包括：利用多个网络控制器中的第一网络控制器来操作多个微电网中的包括第一关键负载和第一非关键负载的第一微电网；利用多个网络控制器中的第二网络控制器来操作多个微电网中的包括第二关键负载和第二非关键负载的第二微电网；利用多个网络控制器中的第三网络控制器来操作多个微电网中的第三微电网；利用第一网络控制器来孤岛化第一微电网的一部分；利用第一网络控制器来确定第一微电网的该一部分的第一关键负载功率需求；利用第二网络控制器来确定第二微电网的第一过剩容量；利用第三网络控制器来确定第三微电网的第二过剩容量；利用第一网络控制器来确定第一过剩容量和第二过剩容量均不能支持第一关键负载需求；利用第二网络控制器来确定第二微电网的第二关键负载功率需求并且利用第三网络控制器来确定第三微电网的第三关键负载功率需求；使用第二关键负载功率需求来计算第三过剩容量并且使用第三关键负载功率需求来计算第四过剩容量；确定第三过剩容量和第四过剩容量均能够满足第一关键负载需求；测量耦合在第一微电网与第二微电网之间的第一恢复路径的电气特性的第一集合；测量耦合在第一微电网与第三微电网之间的第二恢复路径的电气特性的第二集合；利用第一网络控制器，使用电气特性的第一集合来计算第一加权因子并且使用电气特性的第二集合来计算第二加权因子；利用第一网络控制器，使用第一加权因子和第二加权因子来选择第一恢复路径；利用第一网络控制器来切断第一非关键负载；利用第二网络控制器来切断第二非关键负载；以及使用第一恢复路径和第二微电网恢复第一微电网的被孤岛化的部分。

在前述方法的某些形式中，确定第一过剩容量和第二过剩容量均不能支持第一关键负载需求包括：确定第一微电网的被孤岛化的部分的母线电压和线路电流是否在阈值之内。在某些形式中，电气特性的第一集合包括第一恢复路径的阻抗和第一恢复路径的输入电压，并且其中电气特性的第二集合包括第二恢复路径的阻抗和第二恢复路径的输入电压。在某些形式中，计算第一加权因子包括：将第一集合的阻抗除以第一集合的输出电压，并且选择第一恢复路径包括：确定第一加权因子小于第二加权因子。在某些形式中，多个微电网中的每个微电网包括被耦合到配电线路的至少一个负载和一个分布式能量源。

另一示例性实施例是一种网络控制器，用于操作嵌套微电网布置中的第一微电网，该嵌套微电网布置包括第二微电网、第三微电网、第一恢复路径、以及第二恢复路径，网络控制器包括：输入/输出设备，被构造为从多个测量设备接收测量结果并且将命令传输到多个开关设备；基于微处理器的处理设备；以及非暂态存储器设备，被构造为存储利用输入/输出设备接收的数据、以及指令，该指令被配置为当由处理设备执行时执行以下功能：将第一微电网的第一部分与第一微电网的第二部分隔离；确定第一微电网的第二部分的总负载功率需求；确定第二微电网的第一过剩功率容量和第三微电网的第二过剩功率容量；确定第一过剩功率容量和第二过剩功率容量大于总负载功率需求；计算第一恢复路径的第一加权因子和第二恢复路径的第二加权因子；使用第一加权因子和第二恢复路径来选择第一恢复路径；以及使用第一恢复路径将第一微电网的第二部分耦合到第二微电网。

在前述网络控制器的某些形式中，第一恢复路径包括开关设备，并且其中通过将第一恢复路径的阻抗除以恢复路径的输入电压来计算第一加权因子。在某些形式中，选择第一恢复路径包括：使用图论来比较第一加权因子和第二加权因子。在某些形式中，网络控制器还被配置为：确定第一过剩功率容量小于总负载功率需求；确定第二过剩功率容量小于总负载功率需求；标识被耦合到第一微电网的第二部分的关键负载；标识被耦合到第一微电网的第二部分的非关键负载；确定关键负载功率需求；确定第一过剩功率容量大于关键负载功率需求；确定第二过剩功率容量大于总负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将关键负载而非将非关键负载耦合到第二微电网。在某些形式中，第一网络控制器还被配置为：确定第一过剩功率容量小于总负载功率需求；确定第二过剩功率容量小于总负载功率需求；标识被耦合到第二微电网的第二关键功率负载；标识被耦合到第二微电网的第二非关键负载；确定第二微电网的第三过剩功率容量；确定第三过剩功率容量大于关键负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将第一微电网的关键负载而非第一微电网的非关键负载耦合到第二微电网；并且第二网络控制器被配置为：响应于来自第一网络控制器的请求，在第一网络控制器将第一微电网耦合到第二微电网之前，切断第二非关键负载。在某些形式中，每个负载基于用户输入而被归类为关键负载或非关键负载。

可以设想，除非另外明确指出，否则来自各个实施例的各个方面、特征、过程和操作可以用于其他实施例中的任何实施例。所说明的某些操作可以由计算机或嵌入式系统来实现，该计算机或嵌入式系统在非暂态计算机可读存储介质上执行计算机程序产品，其中计算机程序产品包括使得计算机执行操作中的一个或多个操作或向其他设备发出执行一个或多个操作的命令的指令。

虽然已经在附图和前面的描述中对本公开进行了详细说明和描述，但是本公开应当被认为是示例性的，而在性质上不是限制性的，应当应理解，仅示出和描述了某些示例性实施例，期望保护落入本公开的精神内的所有改变和修改。应当理解，虽然使用在上面的描述中利用诸如可优选的、优选地、优选的或更优选的之类的词语指示如此描述的特征可能是更期望的，但是可以不是必需的，并且可以想到缺少该特征的实施例在本公开的范围之内，该范围由所附权利要求书限定。在阅读权利要求书时，意图是当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语时，除非权利要求中另有特别说明，否则无意将权利要求限制为仅一项。术语“……的……”可以表示与另一项目的关联或连接、以及如通过使用该术语的上下文所告知的属于另一项或与该另一项的连接。术语“耦合到”、“与……耦合”等包括间接连接和耦合，并且除非另有明确指出，否则包括但不要求直接耦合或连接。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，除非另有明确说明，否则项可以包括一部分和/或整个项。

Claims (20)

1.一种嵌套微电网系统，包括：

第一微电网，包括网络控制器、配电线路的第一部分、以及配电线路的第二部分，所述配电线路的所述第二部分包括第一分布式能量源(DER)；

第二微电网，包括第二DER；

第三微电网，包括第三DER；

第一恢复路径，选择性地被耦合在所述配电线路的所述第二部分与所述第二微电网之间；以及

第二恢复路径，选择性地被耦合在所述配电线路的所述第二部分与所述第三微电网之间，

其中所述网络控制器被配置为：接收与所述第一微电网的电气特性相对应的测量结果；使用所接收的测量结果来确定在所述微电网的所述第一部分中正在发生故障状况；将所述配电线路的所述第一部分与所述配电线路的所述第二部分进行隔离；确定所述配电线路的所述第二部分的总负载功率需求；确定所述第二微电网的第一过剩功率容量；确定所述第三微电网的第二过剩功率容量；确定所述第一过剩功率容量大于所述总负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量大于所述总负载功率需求；计算所述第一恢复路径的第一加权因子；计算所述第二恢复路径的第二加权因子；使用所述第一加权因子和所述第二加权因子来选择所述第一恢复路径；并且使用所述第一恢复路径将所述配电线路的所述第二部分耦合到所述第二微电网。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述总负载功率需求等于被耦合到所述配电线路的所述第二部分的多个负载的合计需求减去所述第一DER的总发电量。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一恢复路径包括第二配电线路和开关设备，并且其中所述网络控制器被配置为：通过向所述开关设备传输闭合命令来将所述配电线路的所述第二部分耦合到所述第二微电网。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一加权因子包括与所述第一恢复路径的阻抗相对应的第一值和与所述第二微电网的输出电压相对应的第二值。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一加权因子包含所述第一值除以所述第二值。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述网络控制器通过使用Dijkstra算法将所述第一加权因子与所述第二加权因子进行比较，来选择所述第一恢复路径。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述网络控制器还被配置为：确定所述第一过剩功率容量小于所述总负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量小于所述总负载功率需求；标识被耦合到所述配电线路的所述第二部分的关键负载；标识被耦合到所述配电线路的所述第二部分的非关键负载；确定关键负载功率需求；确定所述第一过剩功率容量大于所述关键负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量大于所述总负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将所述关键负载而非所述非关键负载耦合到所述第二微电网。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二微电网包括第二网络控制器，并且所述第三微电网包括第三网络控制器。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述第一网络控制器还被配置为：确定所述第一过剩功率容量小于所述总负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量小于所述总负载功率需求；标识被耦合到所述第二微电网的第二关键负载；标识被耦合到所述第二微电网的第二非关键负载；确定所述第二微电网的第三过剩功率容量；确定第三过剩功率容量大于所述关键负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将所述第一微电网的所述关键负载而非所述第一微电网的所述非关键负载耦合到所述第二微电网；以及

其中所述第二网络控制器被配置为：响应于来自所述第一网络控制器的请求，在所述第一网络控制器将所述第一微电网耦合到所述第二微电网之前，切断所述第二非关键负载。

10.一种用于操作功率系统的方法，所述功率系统包括多个微电网和多个网络控制器，每个微电网包括网络控制器，所述方法包括：

利用所述多个网络控制器中的第一网络控制器来操作所述多个微电网中的包括第一关键负载和第一非关键负载的第一微电网；

利用所述多个网络控制器中的第二网络控制器来操作所述多个微电网中的包括第二关键负载和第二非关键负载的第二微电网；

利用所述多个网络控制器中的第三网络控制器来操作所述多个微电网中的第三微电网；

利用所述第一网络控制器来孤岛化所述第一微电网的一部分；

利用所述第一网络控制器来确定所述第一微电网的所述一部分的第一关键负载功率需求；

利用所述第二网络控制器来确定所述第二微电网的第一过剩容量；

利用所述第三网络控制器来确定所述第三微电网的第二过剩容量；

利用所述第一网络控制器来确定所述第一过剩容量和所述第二过剩容量均不能支持所述第一关键负载需求；

利用所述第二网络控制器来确定所述第二微电网的第二关键负载功率需求，并且利用所述第三网络控制器来确定所述第三微电网的第三关键负载功率需求；

使用所述第二关键负载功率需求来计算第三过剩容量，并且使用所述第三关键负载功率需求来计算第四过剩容量；

确定所述第三过剩容量和所述第四过剩容量均能够支持所述第一关键负载需求；

测量被耦合在所述第一微电网与所述第二微电网之间的第一恢复路径的电气特性的第一集合；

测量被耦合在所述第一微电网与所述第三微电网之间的第二恢复路径的电气特性的第二集合；

利用所述第一网络控制器，使用所述电气特性的第一集合来计算第一加权因子并且使用所述电气特性的第二集合来计算第二加权因子；

利用所述第一网络控制器，使用所述第一加权因子和所述第二加权因子选择所述第一恢复路径；

利用所述第一网络控制器来切断所述第一非关键负载；

利用所述第二网络控制器来切断所述第二非关键负载；以及

使用所述第一恢复路径和所述第二微电网来恢复所述第一微电网的被孤岛化的部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述第一过剩容量和所述第二过剩容量均不能支持所述第一关键负载需求包括：确定所述第一微电网的被孤岛化的部分的母线电压和线路电流是否在阈值之内。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述电气特性的第一集合包括所述第一恢复路径的阻抗和所述第一恢复路径的输入电压，并且其中所述电气特性的第二集合包括所述第二恢复路径的阻抗和所述第二恢复路径的输入电压。

13.根据权利要求12所述的方法，其中计算第一加权因子包括：

将所述第一集合的所述阻抗除以所述第一集合的输出电压；并且选择所述第一恢复路径包括：确定所述第一加权因子小于所述第二加权因子。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个微电网中的每个微电网包括被耦合到配电线路的至少一个负载和一个分布式能量源。

15.一种网络控制器，用于操作在嵌套微电网布置中的第一微电网，所述嵌套微电网布置包括第二微电网、第三微电网、第一恢复路径、以及第二恢复路径，所述网络控制器包括：

输入/输出设备，被构造为从多个测量设备接收测量结果并且将命

令传输到多个开关设备；

基于微处理器的处理设备；以及

非暂态存储器设备，被构造为存储利用所述输入/输出设备接收的数据、以及指令，所述指令被配置为当由所述处理设备执行时执行以下功能：

将所述第一微电网的第一部分与所述第一微电网的第二部分隔离，

确定所述第一微电网的所述第二部分的总负载功率需求，

确定所述第二微电网的第一过剩功率容量和所述第三微电网的第二过剩功率容量，

确定所述第一过剩功率容量和所述第二过剩功率容量大于所述总负载功率需求，

计算第一恢复路径的第一加权因子和第二恢复路径的第二加权因子，

使用所述第一加权因子和所述第二恢复路径来选择所述第一恢复路径，以及

使用所述第一恢复路径将所述第一微电网的所述第二部分耦合到所述第二微电网。

16.根据权利要求15所述的网络控制器，其中所述第一恢复路径包括开关设备，并且其中通过将所述第一恢复路径的阻抗除以所述恢复路径的输入电压来计算所述第一加权因子。

17.根据权利要求15所述的网络控制器，其中选择所述第一恢复路径包括：使用图论来比较所述第一加权因子和第二加权因子。

18.根据权利要求15所述的系统，其中所述网络控制器还被配置为：确定所述第一过剩功率容量小于所述总负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量小于所述总负载功率需求；标识被耦合到所述第一微电网的所述第二部分的关键负载；标识被耦合到所述第一微电网的所述第二部分的非关键负载；确定关键负载功率需求；确定所述第一过剩功率容量大于所述关键负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量大于所述总负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将所述关键负载而非所述非关键负载耦合到所述第二微电网。

19.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一网络控制器还被配置为：确定所述第一过剩功率容量小于所述总负载功率需求；确定所述第二过剩功率容量小于所述总负载功率需求；标识被耦合到所述第二微电网的第二关键负载；标识被耦合到所述第二微电网的第二非关键负载；确定所述第二微电网的第三过剩功率容量；确定第三过剩功率容量大于所述关键负载功率需求；并且使用所选择的第一恢复路径将所述第一微电网的所述关键负载而非所述第一微电网的所述非关键负载耦合到所述第二微电网；以及

其中所述第二网络控制器被配置为：响应于来自所述第一网络控制器的请求，在所述第一网络控制器将所述第一微电网耦合到所述第二微电网之前，切断所述第二非关键负载。

20.根据权利要求15所述的网络控制器，其中每个负载基于用户输入而被归类为关键负载或非关键负载。