一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法技术

针对含有光伏微电网的配电网的中的单相接地故障和瞬时性故障，本发明专利技术公开了一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，它包括以下步骤：(1)对微电网进行分区；(2)对故障区段进行隔离；(3)将单相接地故障线进行切除；(4)对故障微电网分区恢复供电。本发明专利技术将微电网进行合理的分区，通过分界开关隔离故障区段，减少了停电的范围；通过充分利用光伏逆变器固有的反孤岛保护功能，将光伏电源与电网隔离后，通过S变换选取故障线路，提高了继电保护的可靠性和选线的准确率，解决了含有光伏电源的配电网由于功率的双向流动引起的继电保护不可靠的问题，本发明专利技术对配电网中的单相接地故障以及其他瞬时性故障具有较好的保护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法
本专利技术涉及一种配电网故障处理方法，具体地说是一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，属于新能源发电

技术介绍
随着现代电力用户对供电连续性和可靠性要求的不断提高以及供电企业对用户满意度的日益重视,如何在配电网发生故障后,分析故障原因、选出故障馈线、隔离故障台区并快速恢复供电变得日益重要。另一方面，随着工业的发展，大量非线性负荷如整流装置、电弧炉、变频装置等接入电网，光伏、风力等分布式发电装置接入配电侧，新型负荷和发电装置的接入将改变配电网的结构，并且，将原来配电网的单向功率流动变为双向功率流动，这将造成配电网的保护和故障诊断更加复杂。因此，如何针对分布式电源故障后分析，如何采取合适的继电保护方法，以及故障态下分布式电源的隔离方法，以便快速恢复配电网的供电，越来越成为关注的热点。光伏、风力等分布式发电装置接入配电侧改变了配电网的结构，并且，将原来配电网的单向功率流动变为双向功率流动，这将造成配电网的保护和故障诊断更加复杂。传统的继电保护方法不能将接入分布式电源的配电网的故障快速的定位和消除，这会导致停电范围过大，难以确定发生故障的地点。在发生非计划孤岛时分布式电源逆变器存在继续并网运行的风险，这将为配网故障状态下的设备检修造成隐患。在中低压配电网中，80％以上的故障为单相接地故障，与输电网的大电流接地系统不同，配电网的中性点通常不接地，或者通过消弧线圈和高阻抗接地，均为小电流接地系统，当发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，虽然此时线电压保持正常，仍然可以为用户供电一小时以上，但是未发生故障的相电压将升高1.732倍，严重威胁系统的绝缘性能。当配电网中接入了光伏电源或者含有由光伏电源、储能装置和负荷构成的微电网，配电网发生接地故障时，不仅需要准确分离出故障线，隔离故障区段，并且，应该快速恢复分布式电源负荷或者微电网内部负荷的供电，减少停电时间和客户投诉。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，其能够有效减少发生单相接地故障或瞬时性故障时的停电范围，提高含有光伏微电网的配电网的供电可靠性。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，其特征是，包括以下步骤：(1)对微电网进行分区：按照与配电网主网的连接关系将配电网中含有光伏的微电网进行分区，分成多个微电网分区，在每个微电网分区与上级电网之间的公共耦合点PCC上装设分界开关，在每一个微电网分区母线与上级电网母线之间装设有开口三角电压互感器，在配电网的每个负荷馈线和供电线路上分别装设三个相电流互感器和一个零序电流互感器；(2)对故障区段进行隔离：当开口三角电压互感器检测到单相接地故障或过电流保护动作时，通过线路上的零序电流互感器确定故障线路，根据故障线路确定发生故障的微电网分区及其下级分区，并将故障微电网分区进行隔离；(3)将单相接地故障线进行切除：获取故障微电网分区中各个负荷馈线和供电线路的三相电流采样信号，三相电流信号经过S变换获取零序电流的相角和幅值，选择零序电流幅值最大的三条线路进行比较，通过比较零序电流的相角选择故障相线，切除单相接地故障线；(4)对故障微电网分区恢复供电：通过故障微电网分区分界开关处的电压互感器、各个馈线和供电线路的电流互感器量测是否还存在故障，当该故障微电网分区仍然存在单相接地故障，重复步骤(3)将单相接地故障线进行切除；当该故障微电网分区存在其他永久性故障，断开其分界开关使下级分区孤岛运行，重新恢复供电；当该故障微电网分区内各个馈线和供电线路恢复正常，该故障微电网分区内光伏电源DG经过延时T1时间后重新接入微电网，并闭合该故障微电网分区的分界开关及其下级分区分界开关，配电系统重新恢复正常供电。优选地，所述分界开关根据微电网分区母线与上级电网母线是否直接连接进行分级，分界开关分为1到N级分界开关，其中N≥1，N为自然数。优选地，所述微电网分区的分界开关和变电站出线开关同时具有单相接地故障选线和一次快速重合闸功能。优选地，所述通过线路上的零序电流互感器确定故障线路的过程包括以下步骤：建立变电站电缆出线故障仿真模型：根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，所述变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，所述电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；获取训练样本：分别对变电站电缆出线故障仿真模型中各条出线线路设置不同故障距离、不同过渡电阻以及不同故障初相角进行仿真，提取各条出线线路的电流初始行波和暂态信号；根据电流初始行波零模分量的幅值、极性以及暂态主频的幅值、相位，得到训练样本；BP神经网络训练：利用训练样本对BP神经网络模型进行训练；获取电流初始行波零模分量的模极大值及极性：在变电站的每条出线线路中设置零序电流互感器，利用零序电流互感器获取各条线路的零模电流，通过小波分析方法提取初始行波波头的模极大值和极性；提取暂态主频幅值和相位：利用零序电流互感器获取零模电流暂态波形，通过FFT算法得到各条线路暂态主频的幅值和相位；通过神经网络进行确定故障线路：将提取出的初始电流行波的模极大值、极性和暂态主频的幅值、极性输入训练好的BP神经网络,确定故障线路。优选地，所述变电站电缆出线故障仿真模型的建立过程包括以下步骤：仿真建模工具和数据分析工具的选择：仿真建模工具选择PSCAD，数据分析工具选择MATLAB；建立变电站电缆出线故障仿真模型和仿真模块：所述变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，所述电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；所述仿真模块包括电缆线路模块、架空线路模块、短路故障与故障控制模块、电缆主绝缘故障与架空线故障设置模块；仿真参数设置:对PSCAD仿真参数设置、电缆参数、架空线路参数和故障控制器参数进行设置；生成变电站电缆出线故障仿真模型：根据仿真模块的建立与参数设置生成变电站电缆出线故障仿真模型。优选地，所述将故障微电网分区进行隔离的过程包括以下步骤：将故障微电网分区的分界开关及其下级分区分界开关全部断开；触发该故障微电网分区内光伏电源DG的反孤岛开关将断开的光伏电源DG与电网进行连接；故障微电网分区的分界开关延时T2时间进行一次快速重合闸，通过该分界开关的一次快速重合闸，切除瞬时性故障线路。优选地，所述时间T2为1.5～2.5秒。优选地，所述单相接地故障线的选择过程包括以下步骤：当发生单相接地故障，故障线路和健全线路的零序电流相角相差180度，采集多条馈线的零序电流信号，采样频率为10kHZ；对电流采样信号进行S变换，获得零序电流的幅值和相角；选取零序电流幅值最大的三条线路进行比较，若某一相电流的相角与其他相电流相角之差超过相角阈值90度，则该线路为故障相，若某一相电流的相角与其他相电流相角之差小于相角阈值90度，则该线路为为非故障相。优选地，所述时间T1为30秒。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，其特征是，包括以下步骤：(1)对微电网进行分区：按照与配电网主网的连接关系将配电网中含有光伏的微电网进行分区，分成多个微电网分区，在每个微电网分区与上级电网之间的公共耦合点PCC上装设分界开关，在每一个微电网分区母线与上级电网母线之间装设有开口三角电压互感器，在配电网的每个负荷馈线和供电线路上分别装设三个相电流互感器和一个零序电流互感器；(2)对故障区段进行隔离：当开口三角电压互感器检测到单相接地故障或过电流保护动作时，通过线路上的零序电流互感器确定故障线路，根据故障线路确定发生故障的微电网分区及其下级分区，并将故障微电网分区进行隔离；(3)将单相接地故障线进行切除：获取故障微电网分区中各个负荷馈线和供电线路的三相电流采样信号，三相电流信号经过S变换获取零序电流的相角和幅值，选择零序电流幅值最大的三条线路进行比较，通过比较零序电流的相角选择故障相线，切除单相接地故障线；(4)对故障微电网分区恢复供电：通过故障微电网分区分界开关处的电压互感器、各个馈线和供电线路的电流互感器量测是否还存在故障，当该故障微电网分区仍然存在单相接地故障，重复步骤(3)将单相接地故障线进行切除；当该故障微电网分区存在其他永久性故障，断开其分界开关使下级分区孤岛运行，重新恢复供电；当该故障微电网分区内各个馈线和供电线路恢复正常，该故障微电网分区内光伏电源DG经过延时T1时间后重新接入微电网，并闭合该故障微电网分区的分界开关及其下级分区分界开关，配电系统重新恢复正常供电。...

【技术特征摘要】
1.一种基于故障态的光伏微电网故障隔离方法，其特征是，包括以下步骤：（1）对微电网进行分区：按照与配电网主网的连接关系将配电网中含有光伏的微电网进行分区，分成多个微电网分区，在每个微电网分区与上级电网之间的公共耦合点（PCC0、PCC1）上装设分界开关，在每一个微电网分区母线与上级电网母线之间装设有开口三角电压互感器，在配电网的每个负荷馈线和供电线路上分别装设三个相电流互感器和一个零序电流互感器；（2）对故障区段进行隔离：当开口三角电压互感器检测到单相接地故障或过电流保护动作时，通过线路上的零序电流互感器确定故障线路，根据故障线路确定发生故障的微电网分区及其下级分区，并将故障微电网分区进行隔离；（3）将单相接地故障线进行切除：获取故障微电网分区中各个负荷馈线和供电线路的三相电流采样信号，三相电流采样信号经过S变换获取零序电流的相角和幅值，选择零序电流幅值最大的三条线路进行比较，通过比较零序电流的相角选择故障相线，切除单相接地故障线；（4）对故障微电网分区恢复供电：通过故障微电网分区分界开关处的电压互感器、各个馈线和供电线路的电流互感器量测是否还存在故障，当该故障微电网分区仍然存在单相接地故障，重复步骤（3）将单相接地故障线进行切除；当该故障微电网分区存在其他永久性故障，断开其分界开关使下级分区孤岛运行，重新恢复供电；当该故障微电网分区内各个馈线和供电线路恢复正常，该故障微电网分区内光伏电源（DG）经过延时T1时间后重新接入微电网，并闭合该故障微电网分区的分界开关及其下级分区分界开关，配电系统重新恢复正常供电；所述通过线路上的零序电流互感器确定故障线路的过程包括以下步骤：建立变电站电缆出线故障仿真模型：根据变电站电缆出线及配网模型建立变电站电缆出线故障仿真模型，所述变电站电缆出线故障仿真模型包括变压器，在变压器的出线侧连接有三条出线线路，每条出线线路中均包含电缆线路和架空线路，所述电缆线路一端与变压器相连，另一端与架空线路一端相连，架空线路的另一端悬空，在每条出线线路中均设置有仿真线路故障；获取训练样本：分别对变电站电缆出线故障仿真模型中各条出线线路设置不同故障距离、不同过渡电阻以及不同故障初相角进行仿真，提取各条出线线路的电流初始行波和暂态信号；根据电流初始行波零模分量的幅值、极性以及暂态主频的幅值、相位，得到训练样本；BP神经网络训练：利用训练样本对BP神经网络模型进行训练；获取电流初始行波零模分量的模极大值及极性：在变电站的每条出线线路中设置零序电流互感器，利用零序电流互感器获取各条线路的零模电流，通过小波分析方法提取初始行波波头的模极大值和极性；提取暂态主频幅值和相位：利用零序电流互感器获取零模电流暂态波形，通过FFT算法得到各条线路暂态主频的幅值和相位；通过神经网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：逯怀东，张庆，杜景远，许明，吕永杰，杜琰，王鑫，刘亮，吕祝捷，王思源，解祥艳，李援非，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东;37