一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，以I/U作為故障判據(jù)判斷微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時是否發(fā)生網(wǎng)內(nèi)短路故障，可以快速、可靠、有選擇性地斷開網(wǎng)內(nèi)故障部分，減小故障元件的損壞程度，縮短負荷的低電壓時間，保證逆變器的繼續(xù)正常運行而不脫網(wǎng)，維持微電網(wǎng)的離網(wǎng)運行，保證微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時內(nèi)部非故障區(qū)域的正常供電。
【專利說明】—種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種故障檢測方法，尤其涉及一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，在分布式電源接入技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢下，對于多種分布式電源聯(lián)合起來以微電網(wǎng)的形式接入配電網(wǎng)的需求也在不斷增多。微電網(wǎng)可以解決分布式電源接入對于電網(wǎng)帶來的協(xié)調(diào)問題，充分發(fā)揮分布式電源的節(jié)能、環(huán)保特性，挖掘分布式電源為電網(wǎng)和用戶帶來的價值與效益。
[0003]隨著微電網(wǎng)在近些年的大力發(fā)展，微電網(wǎng)里面的故障保護技術(shù)已經(jīng)是一個不容忽視的問題。微電網(wǎng)是一個可控電源，具有熱插拔特性，既可以并網(wǎng)運行，也可以離網(wǎng)運行。當微電網(wǎng)與上級配電網(wǎng)并網(wǎng)運行并發(fā)生微電網(wǎng)內(nèi)部故障時，保護安裝點流經(jīng)的故障電流主要是由電網(wǎng)提供，系統(tǒng)容量很大，產(chǎn)生的故障電流較大；當微電網(wǎng)離網(wǎng)運行并發(fā)生微電網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)故障的時候，故障電流是由微電網(wǎng)自身提供，系統(tǒng)容量相對小，同時由于微電網(wǎng)中使用的逆變器設備具有限流作用(最大峰值故障電流約為故障前穩(wěn)態(tài)電流的2?5倍，持續(xù)時間大約為1.1?4.25ms,約為0.1?0.2個周波，隨后電流便能夠達到穩(wěn)態(tài)值，大約是額定電流的1.2倍)，所以故障電流相對較小，與正常的交換電流沒有明顯差別。
[0004]除了故障判據(jù)要具有一定的可靠性與選擇性外，微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時的保護動作必須具備一定的快速性，才能維持微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。由于微電網(wǎng)中使用的逆變器具備低電壓穿越功能(系統(tǒng)電壓跌至額定電壓的20%，逆變器能夠保證不脫網(wǎng)情況下繼續(xù)運行625ms)和反孤島保護功能(微電網(wǎng)內(nèi)部的電壓/與頻率發(fā)生異常時，需要在6個周波之內(nèi)切除電源)，所以繼電保護裝置必須保證在短時間(一般為3周波)之內(nèi)就可靠的切開故障。
[0005]由于離網(wǎng)運行時故障電流與電壓的特點使得一些常規(guī)的過流保護判據(jù)不能快速可靠的斷開故障。而且因為具有明顯故障特點的電流值(2?5倍的故障電流)持續(xù)時間很短，不到半個周波，很難通過采樣獲得穩(wěn)定的值，而在逆變器限流作用下的穩(wěn)定狀態(tài)的故障電流值與正常的交換電流相比較又沒有明顯的變化。這種情況下，如果設置的過流定值過高，將無法可靠的斷開故障，如果設置的定值過低，將無法保證保護的選擇性，有可能會出現(xiàn)誤跳事故，無法兼顧可靠性與選擇性原則。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，以I/U為判據(jù)，可以快速、可靠、有選擇性地斷開網(wǎng)內(nèi)故障部分，減小故障元件的損壞程度，縮短負荷的低電壓時間，保證逆變器的繼續(xù)正常運行而不脫網(wǎng)，維持微電網(wǎng)的離網(wǎng)運行，保證微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時內(nèi)部非故障區(qū)域的正常供電。
[0007]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:[0008]一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，所述故障檢測方法以I/U作為故障判據(jù)判斷微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時是否發(fā)生網(wǎng)內(nèi)短路故障；其中，I表示所采出線的電流的有效值，U表示所采出線的電壓的有效值。
[0009]進一步地，所述故障檢測方法還以任一線電壓低于線電壓定值或者負序電壓大于負序電壓定值作為閉鎖，同時滿足I/U故障判據(jù)則跳開微電網(wǎng)中的故障線路。
[0010]進一步地，所述故障檢測方法還具有方向閉鎖，方向元件90度接線，采用記憶電壓消除近區(qū)三相短路時方向元件的電壓死區(qū)。
[0011]進一步地，所述故障檢測方法還預設保護定值Yzd，Yzd按照躲開最大負荷電流時候與額定電壓的比值的原則來整定。
[0012]進一步地，當判斷為發(fā)生在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行，且各條件滿足時，所述故障檢測方法將控制信號傳導到所述微電網(wǎng)保護跳閘部分，保護跳閘快速發(fā)出跳閘指令，斷開微電網(wǎng)中相應的電源點、負荷點或者儲能單元。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明填補了微電網(wǎng)離網(wǎng)情況下保護的技術(shù)空白，顯著提高了微電網(wǎng)系統(tǒng)運行的可靠性、安全性和快速性，以I/U為判據(jù)，可以快速的、可靠的、選擇性的的斷開網(wǎng)內(nèi)故障部分，保證了微電網(wǎng)在離網(wǎng)運行時保護系統(tǒng)的可靠性、靈敏性、選擇性和速動性要求。同時，增加了運行方式的判斷，保證了微電網(wǎng)并網(wǎng)模式下不會誤動作，提高了該保護判據(jù)的通用性，解決了目前的保護只是通過方向元件閉鎖區(qū)分網(wǎng)內(nèi)與網(wǎng)外故障，這種方式在并網(wǎng)時候是有效的，但是在離網(wǎng)運行情況下無法解決由于微電網(wǎng)中使用大量電力電子元器件導致的故障電流特征不明顯從而不能可靠、快速的動作的難題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明方法中I/U故障判據(jù)保護邏輯框圖；
[0015]圖2是微電網(wǎng)離網(wǎng)運行在短路故障情況下電壓、電流的波形；
[0016]圖3為微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時發(fā)生故障的典型情況示意圖；
[0017]圖4為微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時發(fā)生故障的典型情況示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]本發(fā)明的用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，以I/U作為故障判據(jù)判斷微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時是否發(fā)生網(wǎng)內(nèi)短路故障，I表示所采出線的電流的有效值，U表示所采出線的電壓的有效值。并預設保護定值Yzd，Yzd按照躲開最大負荷電流Ilmax時候與額定電SUs的比值的原則來整定，如下:
[0020]Yzd = Krel.1lmax/Ua (可靠系數(shù) Krel 取 1.2 ?1.5 的范圍)
[0021]由于采用電流除上電壓作為故障的主判據(jù)，考慮到了正常運行時候的電壓與故障時候的電壓的區(qū)別，正常運行時候電壓基本在額定電壓附近，而在發(fā)生短路故障時候電壓會維持在20%左右。這樣處理后，即放大了發(fā)生內(nèi)部短路故障時候的穩(wěn)定性故障電流，可以快速的判斷出故障；又縮小了正常運行時候的交換電流，可以躲開正常運行時的電流，可以保障保護的可靠性、選擇性。
[0022]本發(fā)明除了以I/U作為主判據(jù)外，同時還以任一線電壓低于線電壓定值或者負序電壓大于負序電壓定值作為閉鎖，如果同時滿足了該保護邏輯的條件就會經(jīng)延時繼電器延時一段時間后，由出口繼電器出口跳開微電網(wǎng)中的故障線路，否則就退出該判據(jù)；
[0023]本發(fā)明還具有方向閉鎖的功能，方向元件采用90度接線(規(guī)定母線指向線路為正)。裝置采用記憶電壓消除近區(qū)三相短路時方向元件的電壓死區(qū)，死區(qū)線電壓門檻取10V，方向元件的計算一直進行。當線電壓大于IOV時，使用當前線電壓，否則使用記憶電壓。
[0024]當判斷為微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時發(fā)生的故障時，就不會進行離網(wǎng)運行時候的I/U故障判斷。并網(wǎng)情況下，微電網(wǎng)內(nèi)部故障，由于并網(wǎng)點以及相應故障支路的故障電流明顯，都可以使用帶方向閉鎖的復壓閉鎖方向過流保護判據(jù)來完成，而系統(tǒng)側(cè)發(fā)生故障，只需在并網(wǎng)點設置帶正方向的復壓閉鎖方向過流保護即可。這樣，通過帶方向閉鎖的兩種類型的保護相互配合就可以完成并網(wǎng)狀態(tài)、離網(wǎng)狀態(tài)的微網(wǎng)內(nèi)部故障以及系統(tǒng)側(cè)故障的保護功能。
[0025]當判斷為發(fā)生在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行，且各條件滿足時，所述故障檢測方法將控制信號傳導到所述微電網(wǎng)保護跳閘部分，保護跳閘快速發(fā)出跳閘指令，斷開微電網(wǎng)中相應的電源點、負荷點或者儲能單元。
[0026]請參閱圖1,為I/U故障判據(jù)保護邏輯框圖；Upp.min表示閉鎖電壓最小值；ULBSzd表示預設閉鎖電壓值；U2表示閉鎖總電壓值；U2BSzd表示預設閉鎖總電壓值。TIzd表不頻率波長。
[0027]請參閱圖2，為微電網(wǎng)離網(wǎng)運行在短路故障情況下電壓、電流的波形。
[0028]請參閱圖3，離網(wǎng)運行情況:
[0029]當系統(tǒng)側(cè)Kl點發(fā)生故障時候，離網(wǎng)運行的微電網(wǎng)檢測不到任何電氣量，需要系統(tǒng)自動恢復；
[0030]當微電網(wǎng)內(nèi)部K2點發(fā)生故障時候，由于K2點不是附圖3中保護安裝點的保護范圍，安裝點的保護通過方向閉鎖元件閉鎖，即使Ι/υ元件滿足其他條件也不會保護動作；
[0031]當微電網(wǎng)內(nèi)部K3點發(fā)生故障時候，由微電網(wǎng)自身提供故障電流，因為逆變器的限流作用導致故障電流是正常運行時候的1.2倍左右，故障電流不太明顯，但是采用I/U判據(jù)，由于故障時候的電壓接近于正常運行時候的0.2左右，使得I/U的故障判據(jù)較之于正常情況增大了 5部左右，使得故障特性很明顯，從而達到保護動作區(qū)間(比按躲開最大負荷電流情況下的定值Yzd要大)。
[0032]請參閱圖3，并網(wǎng)運行情況:
[0033]當系統(tǒng)側(cè)Kl點發(fā)生故障時候，Kl點作為并網(wǎng)點肯定會提供正向的短路電流(由于微電網(wǎng)的系統(tǒng)容量與系統(tǒng)相比很小，提供的短路電流相對于發(fā)生網(wǎng)內(nèi)故障時候流過Kl點的電流較小)，K2、K3點如果接入的是分布式電源時候也能感受到較小的故障電流，對于這種故障Kl點需要投入正方向的復壓方向過流元件，Κ2與Κ3點不需要處理該類型故障電流；
[0034]當微電網(wǎng)內(nèi)部Κ2點發(fā)生故障時候，由于Κ2點不是附圖4中保護安裝點的保護范圍，安裝點的保護通過方向閉鎖元件閉鎖，即使Ι/υ元件滿足其他條件也不會保護動作；
[0035]當微電網(wǎng)內(nèi)部Κ3點發(fā)生故障時候，Kl點與Κ3點能夠感受到故障電流，并網(wǎng)點Kl點的故障電流由系統(tǒng)提供，故障電流較大系統(tǒng)故障時的要大，可以采用反方向的復壓方向過流元件；Κ3點的故障電流由系統(tǒng)以及微電網(wǎng)提供故障電流，故障電流比離網(wǎng)運行時候的Ι/υ值要大很多，也可以快速的切除K2點的故障，達到保護的目的，并可以與Kl點通過延時進行配合。
[0036]這樣，對于微電網(wǎng)并網(wǎng)與離網(wǎng)的各種典型故障情況都能采用不同的保護檢測方法，并相互配合，可靠的、選擇性的、快速的、靈敏的動作。
[0037]以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測方法以I/U作為故障判據(jù)判斷微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時是否發(fā)生網(wǎng)內(nèi)短路故障；其中，I表示所采出線的電流的有效值，U表示所采出線的電壓的有效值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測方法還以任一線電壓低于線電壓定值或者負序電壓大于負序電壓定值作為閉鎖，同時滿足I/U故障判據(jù)則跳開微電網(wǎng)中的故障線路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測方法還具有方向閉鎖，方向元件90度接線，采用記憶電壓消除近區(qū)三相短路時方向元件的電壓死區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測方法還預設保護定值Yzd，Yzd按照躲開最大負荷電流時候與額定電壓的比值的原則來整定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于微電網(wǎng)離網(wǎng)運行情況的故障檢測方法，其特征在于，當判斷為發(fā)生在微電網(wǎng)離網(wǎng)運行，且各條件滿足時，所述故障檢測方法將控制信號傳導到所述微電網(wǎng)保護跳閘部分，保護跳閘快速發(fā)出跳閘指令，斷開微電網(wǎng)中相應的電源點、負荷點或者儲能單元。
【文檔編號】H02H7/26GK104009453SQ201410261117
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】宗明, 錢軍, 鄧孟華, 余濤, 朱欽, 劉瀟洋, 孫國城, 王輝, 趙景濤, 傅強 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司