微電網動態自適應繼電保護方法及自適應保護裝置製造方法
2023-10-05 04:08:34 1
微電網動態自適應繼電保護方法及自適應保護裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了微電網動態自適應繼電保護方法，基於中央控制器以及若干自適應保護裝置，包括步驟：實時採集微電網內模擬量和數字量信息，在線進行全網絡連通性判斷，得出實時網絡拓撲結構；對微電網內外的分布式電源、支路子系統及負荷建立計算模型，建立狀態估計模型；將計算出的微電網運行狀態信息傳送給各個自適應保護裝置，根據整定值規則庫，匹配輸出優化後的區域保護定值。既可以在併網時實現系統的繼電保護，又可以實現在孤網運行時智能保護，減少系統的誤動、拒動，提高微電網系統的可利用率。本發明還提供了自適應保護裝置，內部集成整定值規則庫，集保護、測量、控制為一體，可以很好地實現區域的實時保護與控制。
【專利說明】微電網動態自適應繼電保護方法及自適應保護裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及低壓微電網繼電保護領域，具體涉及一種微電網動態自適應繼電保護方法以及該方法中使用的自適應保護裝置。
【背景技術】
[0002]微電網和常規電力系統一樣，也需要滿足安全穩定的要求，其繼電保護原則要滿足可靠性、速動性、靈敏性和選擇性。微電網併網運行時，其潮流實現了雙向流動。進線開關、饋線開關的電流大小和方向與微電網發電量及負荷用電緊密相關，且無法唯一確定，基於功率方向的線路保護算法不能使用，只能尋求新的方法來實現微電網的保護。
[0003]同時，微電網接入採用了大量電力電子技術實現的分布式電源，其電源特性與常規的發電機接入方式不同。傳統電網在故障分析時，常視為無窮大源，發生短路故障時，故障電流可為正常電流十幾倍；而逆變器為恆流源，併網時發生短路故障，逆變器輸出電流僅小幅增加，並保持穩定，但逆變器端的電壓則大幅降低，從而對常規的配電網繼電保護帶來了影響。易發生保護裝置誤動作、拒動作和重合閘不成功等狀況。
[0004]目前的微電網繼電保護設計上存在三方面的問題:一、採用傳統繼電保護的「事先整定，實時動作，定期檢驗」的模式越來越難以滿足要求，保護在設計過程中無法預見到所有系統狀況，應考慮系統的變化情況實現保護自適應整定。二、當微電網系統處於緊繃狀態時，保護的誤動會對系統雪上加霜，將導致分布式電源的反覆啟停。當系統處於緊繃狀態時，應自適應調整保護的偏好有利於提高安全性，減少保護誤動的可能性。三、系統保護裝置的整定值設定是基於對微電網的某種假設確定的，對於這些假設狀況下所設置的整定值是合適的。但是系統每年在結構、運行策略、負荷模式方面均會發生變化。許多情況下會由於人力短缺或計劃安排困難等原因，繼電保護定值檢驗不能按照規定執行，有些繼保整定值已到臨界狀態而並沒有被工程師注意到。因此，解決上述問題是本領域技術人員努力的方向。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種微電網動態自適應繼電保護方法，有效實現動態自適應繼電保護，既可以在併網時實現系統的繼電保護，又可以實現在孤網運行時智能保護，減少系統的誤動、拒動，提高微電網系統的可利用率。
[0006]本發明的另一目的在於提供微電網動態自適應繼電保護方法所用的自適應保護裝置，集保護、測量、控制為一體，可以很好地實現區域的實時保護與控制。
[0007]實現上述目的的技術方案是:
[0008]本發明之一的微電網動態自適應繼電保護方法，基於中央控制器以及分布在微電網各關鍵保護點的若干自適應保護裝置，所述微電網動態自適應繼電保護方法包括下列步驟:
[0009]步驟1，中央控制器實時採集微電網內與網絡運行模式變化相關的模擬量和數字量信息，在線進行全網絡連通性判斷，進而分析得出實時網絡拓撲結構；
[0010]步驟2，中央控制器對微電網內外的電源、支路子系統及負荷建立計算模型，綜合電網系統實時狀態、運行結構及運行參數，建立簡化的用於整定的狀態估計模型；
[0011]步驟3，中央控制器將計算出的微電網運行狀態信息傳送給各個自適應保護裝置，各個自適應保護裝置根據其內部集成的整定值規則庫，匹配輸出優化後的區域保護定值。
[0012]上述的微電網動態自適應繼電保護方法中，所述自適應保護裝置通過預先離線仿真分析，確定並存儲所有情況下合適的整定值，包括在併網運行模式下的多套整定值和在孤島運行模式下的多套整定值。
[0013]上述的微電網動態自適應繼電保護方法中，所述自適應保護裝置整定值的自適應通過檢測關鍵點斷路器的開合狀態，分析微電網系統所處的運行模式，和該模式下各測量保護埠的等效戴維寧電路和斷路器狀態，優化確定各埠的最優整定值。
[0014]上述的微電網動態自適應繼電保護方法中，所述自適應保護裝置能自適應選擇微電網保護的偏好，通過進行系統狀態分析以及確定各關鍵保護點，通過邏輯仲裁自適應地選擇保護偏好。
[0015]上述的微電網動態自適應繼電保護方法中，所述自適應保護裝置中預先存儲保護的動作特性，在負荷變化或者穩定振蕩情況下，將視在阻抗軌跡與保護特性進行比較，根據視在阻抗與保護特性的接近程度，上傳保護整定值失效信號給中央控制器。
[0016]本發明之二的一種自適應保護裝置，所述自適應保護裝置設置在微電網系統各關鍵保護點，該自適應保護裝置內部集成整定值規則庫，採集關鍵保護點的電壓、電流信息及各斷路器動作狀態信息；根據來自中央控制器的系統狀態估計，自適應選擇裝置保護偏好，自動調節保護功能的投退及選擇合適的整定值區間；根據電流採樣值進判別故障區域，輸出並執行跳合閘命令；分析並自動上傳整定值失效信號給中央控制器；向中央控制器上傳故障錄波信息等。
[0017]本發明的有益效果是:本發明提供的自適應繼電保護採用集中決策與分布自治的結構設計。通過實時監測各微電源狀態、PCC公共連接點狀態、各支路斷路器狀態，對微電網當前運行狀態進行分析，根據預先存儲在保護裝置中的整定值規則庫，自動調節保護功能的投退，匹配優化的合適整定值。根據當前運行模式的不同，調整保護參數配置，使該保護既可以在併網時實現系統的繼電保護，又可以實現在孤網運行時智能保護，減少系統的誤動、拒動，提高微電網系統的可利用率。同時，本發明提供的自適應保護裝置內部集成整定值規則庫，根據接收微電網運行狀態的信息，可以自適應切換優化的合適的整定值，可自適應選擇微電網保護的偏好，集保護、測量、控制為一體，可實現區域的實時保護與控制。配置有零序電流、零序電壓、測量電流、保護電流、三相電壓等模擬量採集，同時配有多路開關量的輸入，配有多路繼電器輸出和告警指示。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是布置有中央控制器及各個自適應保護裝置的微電網結構圖；
[0019]圖2是本發明之一的整定值參數自適應繼電保護方法的流程圖；
[0020]圖3是本發明中自適應保護裝置定值保護邏輯舉例；
[0021]圖4是本發明中微電網保護偏好自適應舉例。【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
[0023]微電網動態自適應保護是指系統繼電保護整定或設計考慮系統變化的情況，通調整保護中的某些設置，採取合適和優化的保護響應，使保護適應於負荷、微電網運行方式或故障等情況引起的系統變化，改善微電網系統繼電保護性能。
[0024]本發明之一的微電網動態自適應繼電保護方法，基於中央控制器以及分布在微電網各關鍵保護點的若干自適應保護裝置，如圖1所示，布局於各關鍵保護點的自適應保護裝置通過微電網內部先進的數據通信技術，與中央控制器進行數據交互。A母線、B母線等區域的保護裝置可根據預先的配置，獨立實現該區域的快速可靠保護。保護裝置A與保護裝置B、C之間沒有通信聯繫，但三者都與中央控制器通信，接收中央控制器分析得出的系統當前狀態，各保護裝置根據系統狀態，判斷保護功能的投退及從整定值規則庫選擇合適的整定值。圖1中，PCC，KL1-KL5，A1-A3，B1-B3表示開關、斷路器，自適應繼電保護裝置為PCC保護、饋線保護、DG單元保護等關鍵節點的保護。
[0025]自適應繼電保護方法包括下列步驟，如圖2所示:
[0026]步驟1，中央控制器實時採集微電網內與網絡運行模式變化相關的模擬量和數字量信息，在線進行全網絡連通性判斷，進而分析得出實時網絡拓撲結構；
[0027]步驟2，中央控制器對微電網內外的電源、支路子系統及負荷建立計算模型，綜合電網系統實時狀態、運行結構及運行參數，建立簡化的用於整定的狀態估計模型；
[0028]步驟3，中央控制器將計算出的微電網運行狀態信息傳送給各個自適應保護裝置，各個自適應保護裝置根據其內部集成的整定值規則庫，匹配輸出優化後的區域保護定值。其中:運行狀態包括微電網是處在併網模式還是孤島模式；在孤島模式時，系統是處於正常狀態還是緊繃狀態等。
[0029]微電網動態自適應繼電保護具備整定值自適應功能。自適應保護裝置通過預先離線仿真分析，確定並存儲所有情況下合適的整定值，包括在併網運行模式下的多套整定值和在孤島運行模式下的多套整定值。如圖3所示，為自適應保護裝置定值保護邏輯舉例，當通過分析和搜索，確定對應保護功能投入，則確定選擇該定值保護區間，此時當三相電流中任何一相超過此時的電流整定值，同時判斷是否低電壓或方向閉鎖，經過此時延時定值時間後，斷路器觸發。
[0030]自適應保護裝置整定值的自適應通過檢測關鍵點斷路器的開合狀態，分析微電網系統所處的運行模式，和該模式下各測量保護埠的等效戴維寧電路和斷路器狀態，優化確定各埠的最優整定值。微電網整定值自適應繼電保護包括PCC保護、饋線保護、DG單元保護等關鍵節點的保護，但並不限於這些關鍵點。具體的自適應保護方法包括基於樹形節點搜索的動作電流自適應整定以及基於節點短路徑圖的微電網動作時限自適應整定。
[0031]微電網動態自適應繼電保護具備保護偏好自適應功能。微電網系統在正常運行情況下，故障發生時不能快速跳閘會造成系統的不穩定，因此必須保證故障快速切除。但是當系統處於緊繃狀態時，保護的誤動會對系統雪上加霜，將導致分布式電源的反覆啟停。當系統處於緊繃狀態時，應調整保護的偏好有利於提高安全性，減少保護誤動的可能性。
[0032]微電網保護偏好自適應通過預先系統分析，確定各保護關鍵點，這些點的誤動作將增加連鎖故障的可能性，需要自適應的監視。自適應保護裝置能自適應選擇微電網保護的偏好，進行系統狀態分析以及確定各關鍵保護點，通過邏輯仲裁自適應地選擇保護偏好。例子圖4中所示，有三個獨立的保護系統，為了在正常運行情況下獲得較高的可靠性，三個保護的輸出構成「或門」結構，即任何一套保護動作將導致斷路器跳閘。當保護裝置通過狀態估計分析得出微電網系統處於緊繃狀態結論時，保護系統的偏好應調整為有助於增加安全性。這可以通過改變關鍵保護為「表決」邏輯方式，即在啟動跳閘前，必須至少有兩套保護判斷需要斷路器跳閘。當然，這個原則也可以應用於更多被定義為關鍵點的地方。
[0033]微電網動態自適應繼電保護具備整定值失效告警功能。自適應保護裝置的整定值設定是基於對微電網的某種假設確定的。如在運行模式切換，微電源接入狀態、短路、接地等事件發生後，預計電網電壓、電流、頻率的變化，對於這些假設狀況下所設置的整定值是合適的。但是系統每年在結構、運行策略、負荷模式方面均會發生變化。理想情況下，繼保系統的整定值應該進行調整。而許多情況下會由於人力短缺或計劃安排困難等原因，繼電保護定值不能按照規定執行，有些繼保整定值已到臨界狀態而並沒有被工程師注意到。在自適應保護裝置中預先存儲保護的動作特性，在負荷變化或者穩定振蕩情況下，將視在阻抗軌跡與保護特性進行比較。根據視在阻抗與保護特性的接近程度，上傳整定值失效信號給中央控制器，反映給保護工程師，提示繼保整定值可能需要重新考慮。這種功能可以辨識非預期保護動作引起的連鎖故障危險。當然過電流保護可以採取同樣的步驟。
[0034]本發明之二的上述微電網動態自適應繼電保護方法使用的自適應保護裝置，設置在微電網系統各關鍵保護點，該自適應保護裝置內部集成整定值規則庫，承擔信息採集，故障檢測，整定值規則庫管理，向斷路器發出跳、合閘指令以及與中央控制器進行數據交互的工作。自適應保護裝置既要與中央控制器保持緊密的通信聯繫，又保證其區域保護的獨立性。該自適應保護裝置具有以下功能:1)採集關鍵保護點的電壓、電流信息及各斷路器動作狀態信息；2)根據來自中央控制器的系統狀態估計，自適應選擇裝置保護偏好，自動調節保護功能的投退以及合適的整定值區間；3)根據電流採樣值進判別故障區域，輸出並執行跳合閘命令；4)分析並自動上傳整定值失效信號給中央控制器；5)向中央控制器上傳故障錄波信息。
[0035]以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關【技術領域】的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種微電網動態自適應繼電保護方法，其特徵在於，基於中央控制器以及分布在微電網各關鍵保護點的若干自適應保護裝置，所述微電網動態自適應繼電保護方法包括下列步驟: 步驟1，中央控制器實時採集微電網內與網絡運行模式變化相關的模擬量和數字量信息，在線進行全網絡連通性判斷，進而分析得出實時網絡拓撲結構； 步驟2，中央控制器對微電網內的分布式電源、支路子系統及負荷建立計算模型，綜合電網系統實時狀態、運行結構及運行參數，建立簡化的用於整定的狀態估計模型； 步驟3，中央控制器將計算出的微電網運行狀態信息傳送給各個自適應保護裝置，各個自適應保護裝置根據其內部集成的整定值規則庫，匹配輸出優化後的區域保護定值。
2.根據權利要求1所述的微電網動態自適應繼電保護方法，其特徵在於，所述自適應保護裝置通過預先離線仿真分析，確定並存儲所有情況下合適的整定值，包括在併網運行模式下的多套整定 值和在孤島運行模式下的多套整定值。
3.根據權利要求2所述的微電網動態自適應繼電保護方法，其特徵在於，所述自適應保護裝置整定值的自適應通過檢測關鍵點斷路器的開合狀態，分析微電網系統所處的運行模式，和該模式下各測量保護埠的等效戴維寧電路和斷路器狀態，優化確定各埠的最優整定值。
4.根據權利要求1所述的微電網動態自適應繼電保護方法，其特徵在於，所述自適應保護裝置能自適應選擇微電網保護的偏好，經過進行系統狀態分析以及確定各關鍵保護點，通過邏輯仲裁自適應地選擇當前保護的偏好。
5.根據權利要求1所述的微電網動態自適應繼電保護方法，其特徵在於，所述自適應保護裝置中預先存儲保護的動作特性，在負荷變化或者穩定振蕩情況下，將視在阻抗軌跡與保護特性進行比較，根據視在阻抗與保護特性的接近程度，上傳整定值失效信號給中央控制器。
6.一種權利要求1所述微電網動態自適應繼電保護方法中所用的自適應保護裝置，其特徵在於，所述自適應保護裝置設置在微電網系統各關鍵保護點，該自適應保護裝置內部集成整定值規則庫，採集關鍵保護點的電壓、電流信息及各斷路器動作狀態信息；根據來自中央控制器的系統狀態估計，自適應選擇裝置保護偏好，自動調節保護功能的投退以及合適的整定值區間；根據電流採樣值進判別故障區域，輸出並執行跳合閘命令；分析並自動上傳整定值失效信號給中央控制器；向中央控制器上傳故障錄波信息。
【文檔編號】H02H7/26GK103956716SQ201410215974
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】王福祿, 繆勇, 奚玲玲, 朱立剛, 鄒文斌, 趙文杰, 吳潔 申請人:上海電氣集團股份有限公司