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HIGH-TECH ENTERPRISE 專利分享|一種用于定位微電網(wǎng)中相故障的方法
日期: 2020-02-15

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能源管理系統(tǒng)

本發(fā)明涉及一種在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中相故障的方法。該方法包括獲得具有至少兩個(gè)匯流排的微電網(wǎng)的電網(wǎng)拓?fù)?,并確定電網(wǎng)拓?fù)涞乃袛嗦菲鞯奈恢谩4送?,采集包括電流大小和電壓大小的測(cè)量數(shù)據(jù)。監(jiān)控至少兩個(gè)匯流排的相間電壓或相對(duì)中性點(diǎn)電壓之一的壓降。在檢測(cè)到壓降時(shí),確定具有最小相對(duì)中性點(diǎn)電壓值的缺相。使用相方向信息對(duì)缺相執(zhí)行匯流排分析和饋線分析。

? 本發(fā)明涉及一種用于定位微電網(wǎng)中電氣故障的方法,尤其涉及一種包括分布式可再生和不可再生能源的微電網(wǎng)。

? 技術(shù)背景

? 微電網(wǎng)通常是局部電網(wǎng),其旨在在隔離并且遠(yuǎn)離大型電能發(fā)電站的區(qū)域(諸如,例如島嶼、山區(qū)或沙漠區(qū)域)中發(fā)電和配電。當(dāng)期望連接到寬配電網(wǎng)的建筑物、社區(qū)、校園或其他實(shí)體區(qū)別地管理其能量的產(chǎn)生以及例如提高其恢復(fù)能力時(shí),微電網(wǎng)原理也是適用的。因此,總的來(lái)說(shuō),微電網(wǎng)是集成可再生和不可再生能源和/或儲(chǔ)能裝置的電氣裝備,其能夠在并網(wǎng)模式(on-grid mode) (連接到公用電網(wǎng))和離網(wǎng)模式(off-grid mode)兩者下操作。

? 微電網(wǎng)可以由各種類型的能源組成,這些能源在空間上分布并從主電網(wǎng)即公用電網(wǎng)斷開,也稱為分布式能源DER(distributed energy resource,分布式能源)。這種微電網(wǎng)是作為能源供應(yīng)的自治孤島(autonomous island)而建立的。這些分布式資源可以包括可再生能源,諸如光伏電池、太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力渦輪機(jī)。它們還可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)型發(fā)電機(jī)(engine-generator)能源,諸如消耗燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪機(jī)。并且它們可以包括用于局部?jī)?chǔ)存能量的儲(chǔ)能設(shè)施,儲(chǔ)能設(shè)施可以包括諸如電池的化學(xué)類型儲(chǔ)能裝置,或者諸如飛輪的機(jī)械類型儲(chǔ)能裝置。電氣裝備中常見的是,各種局部部件簡(jiǎn)稱為饋線間隔(feeder bay)或饋線,它們連接到具有單一電壓的匯流排以便分配能量。

? 微電網(wǎng)可以在功能上分為資源平面、網(wǎng)絡(luò)平面和控制平面。資源平面包括可再生能源、發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能裝置資源的分布式能源。反過(guò)來(lái),每種不同類型的能源可以集中組織在不同的電廠(plant)中,諸如可再生能源電廠、發(fā)電機(jī)組電廠和儲(chǔ)能裝置電廠。網(wǎng)絡(luò)平面包括配電網(wǎng)和被供應(yīng)能量的負(fù)載??刂破矫姘ㄓ糜诿糠N能源類型的電廠的局部控制器和用于集中控制不同能源電廠之間的協(xié)調(diào)的整體微電網(wǎng)中央控制器。

? 由于可再生能源作為DC(direct current,直流電)源操作,所以它們配備有逆變器以便提供可以耦合到電網(wǎng)的AC(alternating current,交流電)信號(hào)。逆變器提供的AC信號(hào)需要在相位和大小上都匹配電網(wǎng)。為了確保與電網(wǎng)的適當(dāng)電氣耦合,經(jīng)由操作電氣開關(guān)設(shè)備(諸如斷路器)的保護(hù)繼電器來(lái)監(jiān)督/監(jiān)控到電網(wǎng)的連接,使得能夠?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)能源從電網(wǎng)斷開。例如,在微電網(wǎng)或電網(wǎng)中出現(xiàn)短路電流的情況下,這將是必需的。

? 這些可再生資源的逆變器的特點(diǎn)在于短路容量低。在電氣故障的情況下,基于逆變器的電源將短路電流限制在不高于標(biāo)稱電流的值,以保護(hù)逆變器本身。

? 當(dāng)具有光伏和儲(chǔ)能裝置資源的裝備以并網(wǎng)模式操作時(shí),在電氣故障的情況下從電網(wǎng)輸送的短路電流很高,并且使用傳統(tǒng)的過(guò)流保護(hù)。當(dāng)這些裝備在離網(wǎng)模式下操作時(shí),短路電流很低并且無(wú)法由過(guò)流保護(hù)設(shè)備檢測(cè)到——至少對(duì)某些饋線而言。殘余電流設(shè)備(Residual Current Device)可用于檢測(cè)相對(duì)地(phase to ground)故障。然而,相故障,包括相間故障、相對(duì)中性點(diǎn)故障和三相故障,仍然未被檢測(cè)到,呈現(xiàn)在幾秒鐘內(nèi)起火的風(fēng)險(xiǎn)。

? 因此,需要額外的方法來(lái)檢測(cè)、定位和保護(hù)微電網(wǎng)。

? 特別是,需要檢測(cè)并隔離由分布式可再生和儲(chǔ)能裝置資源供電的裝備的相電故障(phase electrical fault)的方法,并且其能夠在與主電網(wǎng)斷開的情況下操作。

?發(fā)明內(nèi)容

? 本發(fā)明的目的是提供一種允許在離網(wǎng)模式下檢測(cè)微電網(wǎng)上的相故障的方法。

? 在電氣故障的情況下,所有能源都將輸送最大電流,其中大部分有助于對(duì)電氣故障饋電。每個(gè)故障位置都有一個(gè)獨(dú)特的“特征”——由裝備的每一點(diǎn)處的獨(dú)特電流和電流大小定義,可用于識(shí)別故障位置。

? 所提出的方法使用基于軟件的集中式系統(tǒng),該系統(tǒng)與每個(gè)饋線處的保護(hù)和測(cè)量單元以及安裝在源匯流排處的所有電壓繼電器進(jìn)行通信。

? 在并網(wǎng)模式下,保護(hù)可以通過(guò)已知的過(guò)電流保護(hù)設(shè)備來(lái)確保。

? 在離網(wǎng)模式下,軟件系統(tǒng)按如下方式識(shí)別故障的存在:

? 通過(guò)檢測(cè)至少一個(gè)源匯流排上的壓降來(lái)識(shí)別故障的存在。通過(guò)分析每個(gè)饋線中的電流和電壓大小以及電流方向來(lái)確定故障位置。其中電流方向可以通過(guò)來(lái)自相方向元件的測(cè)量來(lái)確定。一旦故障被定位,觸發(fā)命令就可以被發(fā)送到最近的開關(guān)設(shè)備,諸如一個(gè)或多個(gè)斷路器,以將故障部件從對(duì)所定位的故障饋電的電源斷開。

? 從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的特定實(shí)施例。

? 本發(fā)明的其他目的、方面、效果和細(xì)節(jié)將在以下對(duì)多個(gè)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明書中描述。

? 發(fā)明專利要點(diǎn)簡(jiǎn)析

? 1 .一種用于在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中的相故障的方法,包括:

? 獲得(301)微電網(wǎng)的電網(wǎng)拓?fù)洌鑫㈦娋W(wǎng)具有至少兩個(gè)要監(jiān)控的匯流排(30,31,32);

? 確定(302)電網(wǎng)拓?fù)涞乃袛嗦菲鞯臄嗦菲魑恢脭?shù)據(jù);

? 采集(303)測(cè)量數(shù)據(jù),所述數(shù)據(jù)包括電流大小和電壓大??;

? 監(jiān)控(304)至少兩個(gè)匯流排的相間電壓或相對(duì)中性點(diǎn)電壓之一中的壓降;以及在檢測(cè)到壓降時(shí):

? 確定具有最小相對(duì)中性點(diǎn)電壓值的缺相;并且對(duì)至少一個(gè)匯流排執(zhí)行匯流排分析。

? 2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中執(zhí)行匯流排分析包括:

? 基于電流大小數(shù)據(jù)確定對(duì)于具有最小相對(duì)中性點(diǎn)電壓的缺相具有最大相電流的至少兩個(gè)饋線;以及

? 基于相方向數(shù)據(jù)確定具有最大電流的至少兩個(gè)饋線的相電流方向;并且如果具有最大電流的至少兩個(gè)饋線的電流方向都在匯流排方向上,則生成用于觸發(fā)與被分析的匯流排的饋線相關(guān)聯(lián)的所有斷路器的信號(hào)。

? 3 .根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其中執(zhí)行匯流排分析包括:

? 如果所述至少兩個(gè)饋線中具有最高最大電流的一個(gè)饋線的電流方向在饋線方向上,則對(duì)所述饋線執(zhí)行饋線分析;或者

? 如果具有最大電流的至少兩個(gè)饋線中具有最高最大電流的饋線的電流方向在匯流排方向上,則對(duì)具有最大電流的至少兩個(gè)饋線中的第二饋線執(zhí)行饋線分析。

? 4 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中執(zhí)行饋線分析包括:

? 如果被分析的饋線不位于兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則以預(yù)定的時(shí)間延遲觸發(fā)與所述饋線相對(duì)應(yīng)的斷路器;或者

? 如果被分析的饋線位于兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則確定饋線相反端上的第二方向相元件的電流方向,并且然后:

? 如果第二測(cè)量設(shè)備的電流相方向朝向所述饋線,則觸發(fā)與第一相方向元件和第二相方向元件相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)斷路器;或者

? 如果第二相方向元件的電流方向朝向下游匯流排,則通過(guò)對(duì)所述下游匯流排執(zhí)行匯流排分析來(lái)定位故障。

? 5 .根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中所述方法是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。

? 6 .一種包括具有指令的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,當(dāng)所述指令在至少一個(gè)處理器上執(zhí)行時(shí),使得所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法。

? 7 .一種其上存儲(chǔ)有由控制微電網(wǎng)的計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì),其中,可執(zhí)行代碼的指令的執(zhí)行使得計(jì)算機(jī)處理器在微電網(wǎng)上執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。

? 8 .一種微電網(wǎng)中央控制器,包括:

? 通信裝置,用于從測(cè)量設(shè)備收集測(cè)量數(shù)據(jù)并與控制設(shè)備交換控制數(shù)據(jù);

? 至少一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器,用于執(zhí)行指令;以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,包括具有指令的計(jì)算機(jī)程序,當(dāng)所述指令在所述至少一個(gè)處理器上執(zhí)行時(shí),使得所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法。

? 9 .一種用于在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中的相故障的方法,包括:

? 基于相方向數(shù)據(jù),確定匯流排的至少兩個(gè)饋線的相電流方向,所述饋線對(duì)于具有最小相對(duì)中性點(diǎn)電壓的相具有最大相電流;

? 如果這些具有最大電流的至少兩個(gè)饋線的電流方向都在匯流排方向上,則觸發(fā)與所述匯流排的饋線相關(guān)聯(lián)的所有斷路器;

? 否則,執(zhí)行饋線分析,包括:

? 如果最高電流的方向在饋線方向上,并且如果具有所述最高電流的饋線不在兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則以時(shí)間延遲觸發(fā)饋線;或者

? 并且如果具有所述最高電流的饋線在兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則確定同一條饋線中第二方向相測(cè)量設(shè)備的電流相方向,并且然后如果第二測(cè)量設(shè)備的電流相方向在饋線方向上,則觸第一測(cè)量設(shè)備和第二測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的斷路器;

? 或者如果第二測(cè)量設(shè)備的電流相方向朝向匯流排,則通過(guò)對(duì)下游匯流排的匯流排相方向分析來(lái)定位故障;

? 如果最高電流的方向在匯流排方向上,以及第二高電流的方向在饋線方向上,并且如果具有所述第二最高電流的饋線不位于兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則以時(shí)間延遲觸發(fā)饋線;

? 或者如果具有所述第二高電流的饋線位于兩個(gè)發(fā)電機(jī)之間,則確定同一條饋線中第二方向相測(cè)量設(shè)備的電流相方向,并且然后如果第二測(cè)量設(shè)備的電流相方向在饋線方向上,則觸發(fā)第一測(cè)量設(shè)備和第二測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的斷路器;

? 如果第二測(cè)量設(shè)備的電流相方向是朝向匯流排,則通過(guò)對(duì)下游匯流排的匯流排相方向分析來(lái)定位故障。

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