基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法與流程
2024-03-22 21:29:05
本發明屬於交流微網故障隔離技術領域，具體涉及一種基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法。
背景技術：
微電網作為獨立可控的小型供電系統，能充分提高分布式電源的利用率，滿足電力系統對靈活性、穩定性及安全性的要求。但由於其運行方式靈活、潮流方向多變，其故障特性與傳統電網差異很大，導致傳統繼電保護的選擇性面臨巨大挑戰。常規的自適應保護核心在於整定值的實時更新和計算，但節點數越多，整定值的在線計算量就越龐大，控制單元的處理速度就必須越快，最終導致保護裝置的成本不斷增加。因此造成了現有保護算法目前只局限於理論研究階段，並不具備實用性，同時保護整定值的實時更新，都需要具有可執行複雜算法的數字繼電器和高度智能化的控制終端來實現，這樣當一次保護設備進行智能化升級改造時就必然存在成本增加的經濟性問題；除此之外，由於需要大量的數據信息交互，對數據傳輸的速率和對信道的抗幹擾能力要求越來越高，就會造成保護策略對通信過度依賴的問題。因此，現如今缺少一種方法簡單、需要信息交互的數據量少，對數據傳輸速率和對信道的抗幹擾能力要求低，不但可以進行故障定位，還能有效將故障隔離的交流微網保護防誤動方法。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，需要信息交互的數據量少，對數據傳輸速率和對信道的抗幹擾能力要求低，不但可以進行故障定位，並且可精確保持斷路器開合，防止斷路器誤動，便於推廣使用。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟：
步驟一、分割微電網區域並構建微電網的有向弧結構矩陣：首先，以斷路器實際位置為基礎劃分出微電網的分割區域，所述分割區域中不包含斷路器，所述分割區域包括配網分割區、輸送分割區、負載分割區、微源分割區和混合分割區；然後，規定聯繫各個分割區域的斷路器上電流的正方向，構建有向弧結構矩陣m且其中，n為分割區域的編號且n取正整數，k為斷路器的編號且k取正整數，mij為有向弧結構矩陣m中任一元素且i為正整數且i＝1,2,...,n，j為正整數且j＝1,2,...,k；
步驟二、獲取流過斷路器的有功功率瞬時值並構建邊故障信息矩陣，過程如下：
步驟201、採集斷路器上流過的有功功率瞬時值pj；
步驟202、根據公式計算第j個斷路器的有功功率突變量δpj，其中，為有功功率瞬時值pj上一周期的平均有功功率；
步驟203、構建邊故障信息矩陣bf且bf＝[bf1bf2…bfj…bfk]，其中，bfj為第j個斷路器的故障信息且其中，pε為有功功率瞬時值pj的門檻值，bfj＝1表示第j個斷路器起點區域故障，bfj＝-1表示第j個斷路器終點區域故障，bfj＝0表示與第j個斷路器直接相連的分割區域均無故障；
步驟三、定位故障分割區域，過程如下：
步驟301、首先，根據公式計算第i個分割區域的故障標誌fi，其中，mij·bfj≠0；然後，構建分割區域的故障標誌矩陣f且
步驟302、判斷分割區域內是否發生故障：根據故障標誌fi的取值判斷第i個分割區域內是否發生故障，當故障標誌fi等於1時，第i個分割區域內發生故障，第i個分割區域為故障分割區域；否則，第i個分割區域為非故障分割區域；
步驟四、故障分割區域的故障保持，過程如下：
步驟401、設置故障信號計數標誌矩陣fj：為故障標誌矩陣f設置故障信號計數標誌矩陣fj且故障信號計數標誌矩陣fj中的任一故障信號計數標誌fji的初始狀態均為低電平，其中，故障信號計數標誌fji為故障標誌fi的故障信號計數標誌且fji＝0；
步驟402、故障分割區域的故障信號計數標誌跳變：將步驟302中得到的故障分割區域對應的故障信號計數標誌fji的狀態從低電平0跳變為高電平1，將步驟302中得到的非故障分割區域對應的故障信號計數標誌狀態保持低電平0；
步驟404、根據公式計算故障更新標誌fi'，對故障標誌fi進行更新，其中，x為正整數且
步驟五、根據公式計算第j個斷路器的狀態信號sbj，通過斷路器的高電平狀態信號，對關聯斷路器執行斷開，其中，f′α為第α個分割區域的故障更新標誌，f′δ為第δ個分割區域的故障更新標誌，且第j個斷路器連接第α個分割區域和第δ個分割區域，α、β、δ、ε均為正整數且
上述的基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，其特徵在於：所述斷路器為數字斷路器。
上述的基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，其特徵在於：步驟201中所述斷路器上流過的有功功率瞬時值pj通過有功功率傳感器採集。
上述的基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，其特徵在於：所述t為採樣周期，p(t)為有功功率瞬時值pj上一周期的任一採樣有功功率。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明針對微電網的結構特點，採用以斷路器為邊界的思想將微電網進行分割，通過規定聯繫各個分割區域的斷路器上電流的正方向，構建有向弧結構矩陣，採集斷路器上流過的有功功率瞬時值，根據邊方向變化量的保護原理對微電網進行網絡拓撲分析，對分割區域進行故障定位，便於推廣使用。
2、本發明僅採集流過斷路器的有功功率瞬時值，通過實時採樣流過斷路器的有功功率來計算單位採樣時間內有功功率變化量即突變量，將突變量與門檻值進行比較後得到邊故障信息量，邊故障信息量經過網絡拓撲分析的矩陣算法處理後實現可以故障定位，需要信息交互的數據量少，對數據傳輸速率和對信道的抗幹擾能力要求低，可靠穩定，使用效果好。
3、本發明方法步驟簡單，通過為故障標誌矩陣設置故障信號計數標誌矩陣且故障信號計數標誌矩陣中的任一故障信號計數標誌的初始狀態均為低電平，通過故障分割區域的故障信號計數標誌跳變及更新故障標誌，實現故障分割區域的故障保持，避免微電網潮流方向多變，導致分割區域的故障標誌矩陣變化，進而導致斷路器誤動，便於推廣使用。
綜上所述，本發明不僅能夠對微電網多個分割區域的故障進行準確的故障定位，需要信息交互的數據量少，對數據傳輸速率和對信道的抗幹擾能力要求低，並且可精確保持斷路器開合，防止斷路器誤動，確保故障後的及時恢復，實現微電網保護的邏輯自適應性，便於推廣使用。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為本發明實施例的微電網的分割區域圖。
圖2為圖1的拓撲結構圖。
圖3為本發明交流微網保護防誤動方法的流程框圖。
圖4為本發明實施例的微電網存在故障時流過第1個斷路器的有功功率突變示意圖。
圖5為本發明實施例的微電網存在故障時流過第2個斷路器的有功功率突變示意圖。
圖6為本發明實施例的微電網存在故障時流過第3個斷路器的有功功率突變示意圖。
圖7為本發明實施例的微電網存在故障時流過第4個斷路器的有功功率突變示意圖。
圖8為本發明實施例的微電網存在故障時流過第5個斷路器的有功功率突變示意圖。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，本發明的基於邊方向變化量的交流微網保護防誤動方法，包括以下步驟：
步驟一、分割微電網區域並構建微電網的有向弧結構矩陣：首先，以斷路器實際位置為基礎劃分出微電網的分割區域，所述分割區域中不包含斷路器，所述分割區域包括配網分割區、輸送分割區、負載分割區、微源分割區和混合分割區；然後，規定聯繫各個分割區域的斷路器上電流的正方向，構建有向弧結構矩陣m且其中，n為分割區域的編號且n取正整數，k為斷路器的編號且k取正整數，mij為有向弧結構矩陣m中任一元素且i為正整數且i＝1,2,...,n，j為正整數且j＝1,2,...,k；
本實施例中，所述斷路器為數字斷路器。
需要說明的是，本實施例中，如圖1所示，微電網中設置有斷路器b1、斷路器b2、斷路器b3、斷路器b4、斷路器b5將微電網分割為配網分割區f1、輸送分割區f2、負載分割區f3和f5、微源分割區f4和混合分割區f6，為了簡化分析，將圖1中分割區域的微電網進行簡化，簡化為如圖2所述的拓撲結構，其中，配網分割區f1、輸送分割區f2、負載分割區f3和f5、微源分割區f4和混合分割區f6為拓撲結構的頂點，斷路器b1、斷路器b2、斷路器b3、斷路器b4、斷路器b5作為拓撲結構的邊，由於微電網的雙向潮流特性，無方向的矩陣無法描述拓撲結構，因此規定聯繫各個分割區域的斷路器上電流的正方向，成為有方向描述拓撲結構。
如圖2所示，斷路器b1的正方向是從配網分割區f1流向輸送分割區f2；斷路器b2的正方向是從輸送分割區f2流向負載分割區f3；斷路器b3的正方向是從輸送分割區f2流向微源分割區f4；斷路器b4的正方向是從輸送分割區f2流向混合分割區f6；斷路器b5的正方向是從微源分割區f4流向負載分割區f5。
本實施例中，分割區域的編號n取6，斷路器的編號k取5，構建有向弧結構矩陣m且
步驟二、獲取流過斷路器的有功功率瞬時值並構建邊故障信息矩陣，過程如下：
步驟201、採集斷路器上流過的有功功率瞬時值pj；
本實施例中，步驟201中所述斷路器上流過的有功功率瞬時值pj通過有功功率傳感器採集。
步驟202、根據公式計算第j個斷路器的有功功率突變量δpj，其中，為有功功率瞬時值pj上一周期的平均有功功率；
本實施例中，所述t為採樣周期，p(t)為有功功率瞬時值pj上一周期的任一採樣有功功率。
步驟203、構建邊故障信息矩陣bf且bf＝[bf1bf2…bfj…bfk]，其中，bfj為第j個斷路器的故障信息且其中，pε為有功功率瞬時值pj的門檻值，bfj＝1表示第j個斷路器起點區域故障，bfj＝-1表示第j個斷路器終點區域故障，bfj＝0表示與第j個斷路器直接相連的分割區域均無故障；
需要說明的是，本實施例中，如圖4所示，斷路器b1所在的邊b1，在故障發生前有功功率為正，在故障發生後為正且幅值增大，則故障發生在邊b1的終點區；
如圖5所示，斷路器b2所在的邊b2，在故障發生前有功功率為正，在故障發生後為正且幅值減小，則故障發生在邊b2的起點區；
如圖6所示，斷路器b3所在的邊b3，在故障發生前有功功率為正，在故障發生後為正且幅值減小，則故障發生在邊b3的起點區；
如圖7所示，斷路器b4所在的邊b4，在故障發生前有功功率為正，在故障發生後為正且幅值減小，則故障發生在邊b4的起點區；
如圖8所示，斷路器b5所在的邊b5，在故障發生前有功功率為正，在故障發生後為正且幅值減小，則故障發生在邊b5的起點區；
綜上所述，邊故障信息矩陣bf＝[-11111]，可判斷故障發生在輸送分割區f2內。
步驟三、定位故障分割區域，過程如下：
步驟301、首先，根據公式計算第i個分割區域的故障標誌fi，其中，mij·bfj≠0；然後，構建分割區域的故障標誌矩陣f且
步驟302、判斷分割區域內是否發生故障：根據故障標誌fi的取值判斷第i個分割區域內是否發生故障，當故障標誌fi等於1時，第i個分割區域內發生故障，第i個分割區域為故障分割區域；否則，第i個分割區域為非故障分割區域；
需要說明的是，為了更加直觀的描述故障分割區域的定位，結合有向弧結構矩陣計算每個分割區域的故障標誌，其中，f1＝m11×bf1＝1×(-1)＝-1，f2＝(m21×bf1)×(m22×bf2)×(m23×bf3)×(m24×bf4)＝(-1)×(-1)×(1×1)×(1×1)×(1×1)＝1，f3＝m32×bf3＝(-1)×1＝-1，f4＝(m43×bf3)×(m45×bf5)＝(-1)×1×(1×1)＝-1，f5＝m55×bf5＝(-1)×1＝-1，f6＝m64×bf4＝(-1)×1＝-1，構建分割區域的故障標誌矩陣可直觀的定位故障分割區域為輸送分割區f2。
步驟四、故障分割區域的故障保持，過程如下：
步驟401、設置故障信號計數標誌矩陣fj：為故障標誌矩陣f設置故障信號計數標誌矩陣fj且故障信號計數標誌矩陣fj中的任一故障信號計數標誌fji的初始狀態均為低電平，其中，故障信號計數標誌fji為故障標誌fi的故障信號計數標誌且fji＝0；
需要說明的是，為故障標誌矩陣f設置故障信號計數標誌矩陣fj且故障信號計數標誌矩陣的初始值為
步驟402、故障分割區域的故障信號計數標誌跳變：將步驟302中得到的故障分割區域對應的故障信號計數標誌fji的狀態從低電平0跳變為高電平1，將步驟302中得到的非故障分割區域對應的故障信號計數標誌狀態保持低電平0；
需要說明的是，本實施例中，輸送分割區f2故障，因此，輸送分割區f2對應的故障信號計數標誌fj2的狀態從低電平0跳變為高電平1，即此時故障信號計數標誌矩陣
步驟404、根據公式計算故障更新標誌fi'，對故障標誌fi進行更新，其中，x為正整數且
需要說明的是，故障分割區域的故障保持的目的是，在實際故障分割區域確定後，相應區域相關聯的斷路器直接跳開，斷路器跳開之後，邊故障信息量就會發生變化，故障分割區域還在實時計算，如果再計算出其他故障分割區域邊故障信息量變化符合故障標誌計算結果時，就會出現繼續跳其他斷路器的異常情況，這是不應該出現的情況，因此需要對計算出來的各個故障分割區域的進行故障標誌保持處理才可以使斷路器只正確動作一次，防止斷路器誤動作。
本實施例中，使用故障更新標誌fi'結果執行故障發生區的斷路器跳，故障更新標誌當輸送分割區f2故障，因此，輸送分割區f2對應的故障信號計數標誌fj2的狀態從低電平0跳變為高電平1，其餘故障信號計數標誌均為0，因此，當相應區域相關聯的斷路器跳開之後，邊故障信息量就會發生變化，故障分割區域還在實時計算，若後續在出現高電平，但由於輸送分割區f2對應的故障信號計數標誌fj2先出現高電平並且一直保持高電平，因此故障標誌f1、故障標誌f3、故障標誌f4、故障標誌f5或故障標誌f6中不論哪個信號再出現高電平，其對應的故障信號計數標誌都需要與低電平進行與運算，得到低電平，不再會出現高電平，即屏蔽了輸送分割區f2故障出現後的其他區域故障信號，從而保證了斷路器的一次正確動作即防止誤動的情況出現。
步驟五、根據公式計算第j個斷路器的狀態信號sbj，通過斷路器的高電平狀態信號，對關聯斷路器執行斷開，其中，f′α為第α個分割區域的故障更新標誌，f′δ為第δ個分割區域的故障更新標誌，且第j個斷路器連接第α個分割區域和第δ個分割區域，α、β、δ、ε均為正整數且
本實施例中，通過獲取每個斷路器關聯的故障分割區域，通過計算每個斷路器的狀態信號實際控制每個斷路器跳，當sbj輸出為高電平時，相應的斷路器由合到分，當sbj輸出為低電平時，斷路器不動作；需要說明的是，第j個斷路器的狀態信號sbj可通過去除方向信號的弧結構矩陣m'確定第j個斷路器的狀態信號sbj連接的兩個分割區域，進而獲得第j個斷路器的狀態信號sbj的表達式，本實施例中通過列方向上的1元素對應每個斷路器連接的兩個分割區域，進而故障隔離。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。