嵌套微电网控制系统技术方案

电网控制系统的独特系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种嵌套微电网系统，该嵌套微电网系统包括：第一微电网，包括网络控制器；第二微电网；第三微电网；第一恢复路径，选择性地耦合在第一微电网的第二部分与第二微电网之间；以及第二恢复路径，选择性地耦合在第一微电网的第二部分与第三微电网之间。网络控制器被配置为：将第一微电网的第一部分与第一微电网的第二部分隔离；计算第一恢复路径和第二恢复路径的加权因子；使用第一加权因子和第二加权因子选择第一恢复路径；以及使用第一恢复路径将第一微电网的第二部分耦合到第二微电网。

Embedded microgrid control system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】嵌套微电网控制系统相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2017年5月1日提交的题为“嵌套微电网控制系统”的美国临时专利申请第62/492,680号、于2017年8月1日提交的题为“嵌套微电网中的电源恢复”的美国非临时专利申请第15/665,657号、以及于2017年7月20日提交的题为“嵌套微电网中的故障检测和定位”的美国非临时专利申请第15/655,378号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体涉及用于电网的故障检测和定位控制系统。
技术介绍
故障检测和隔离对于维持电网健康至关重要。长时间暴露于故障电流会损坏电网部件。向电网添加分布式能量源(DER)需要新的故障检测和隔离手段。具有放射状分布结构的现有电网只会使故障电流沿一个方向流动，而具有DER的电网可能会使故障电流从不同的电源沿多个方向流动。现有电网控制系统具有若干个缺陷和弊端。仍然存在未满足的需求，这些需求包括提高故障响应性、提高系统可靠性以及减少电网停机时间。比如，来自多个电源的故障电流的存在可能导致电流控制系统误解故障电流的幅度和方向，并因此误解故障的位置或存在。更进一步地，不准确的故障检测和隔离减少了DER的使用寿命。非常需要本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术。本公开总体还涉及用于电网的故障恢复控制系统。故障检测、隔离和恢复对于维持电网健康至关重要。向电网添加分布式能量源(DER)意味着其他电源可用于恢复响应故障检测而隔离的电网的健康部分。DER允许电网被重构以形成微电网的系统，每个微电网都能够在必要时独立操作。现有电网控制系统具有若干个缺陷和弊端。仍然存在未满足的需求，这些需求包括提高故障响应性、提高系统可靠性以及减少电网停机时间。例如，在故障修复的同时，在故障期间隔离的微电网的健康部分会经历不必要的停机时间。相反，健康部分可以连接到容量足以支持现有负载的另一微电网。非常需要本文中所公开的独特的装置、方法、系统和技术。说明性实施例的公开内容为了清楚、简明和准确地描述本公开的非限制性示例性实施例及其制造和使用方式和过程并且为了使其能够实践、制造和使用，现在参考某些示例性实施例(包括附图中示出的实施例)，并且特定语言用于描述这些实施例。然而，应当理解，由此不会对本公开的范围产生限制，并且本公开包括并且保护受益于本公开的本领域技术人员可能想到的示例性实施例的这种变更、修改和其他应用。
技术实现思路
示例性实施例包括用于微电网控制系统的独特系统、方法、技术和装置。从以下描述和附图，本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将变得显而易见。附图说明图1图示了示例性电网。图2是图示了示例性网络控制器的框图。图3是图示了示例性故障响应过程的流程图。图4是图示了示例性故障位置标识过程的流程图。图5是图示了用于图4所示的示例性故障位置标识过程的拓扑设计的表。图7至图12图示了用于图4所示的示例性故障位置标识过程的分段拓扑和故障电流。图13是图示了示例性恢复过程的流程图。图14图示了另一示例性电网具体实施方式参考图1，图示了示例性电力网100。所图示的电力网100是公用电网，该公用电网包括多个可互连的小型功率系统网络，也称为嵌套微电网。尽管用单线图图示了电网100，但是电网100可以被构造为传输单相功率或多相功率。应当理解，电网100可以在多种应用中实现，这些应用包括功率传输系统、功率分布系统、并网微电网、孤岛嵌套微电网、纳米电网、船舶动力系统、航空动力系统、以及陆地车辆功率系统，仅列举几个示例。尽管电网100是交流功率系统，但是其他实施例可以包括直流功率系统，诸如DC功率分布系统。更进一步地，应当理解，出于说明的目的而图示了电网100的拓扑，并且其并不旨在限制本公开。电网100包括两个主发电机101a、101b，每个主发电机被构造为生成并且传输高压交流(AC)功率。发电机101a通过功率传输网络耦合到包括变压器103a的变电站。发电机101b通过功率传输网络耦合到包括变压器103b的变电站。变压器103a耦合到汇流排104a的第一分段，并且变压器103b耦合到汇流排104b的第二分段。应当理解，发电机101a和101b表示公用电网内不受网络控制器中的任何网络控制器控制的电源的一个示例。连接到电网100的嵌套微电网的公用电网的所图示的拓扑不旨在作为实施例的限制。断路器105耦合在汇流排分段104a与104b之间。断路器105被构造为响应于电网100内的电气故障状况而选择性地允许电流在汇流排分段104a与汇流排分段104b之间流动。故障状况可以是短路故障或开路故障。在某些实施例中，断路器105包括智能电子设备，该智能电子设备被构造为测量流过断路器105的功率的电气特性并且使用测量结果来确定故障正在发生。在某些实施例中，断路器105被构造为从网络控制器接收指示在电网101内正在发生故障的信号或测量结果。断路器105可以由网络控制器远程控制。在其他实施例中，断路器105可以用另一类型的保护设备代替。如所图示的，断路器105是常开断路器。应当理解，断路器105的前述特征中的任何或所有前述特征也可以存在于本文中所公开的开关或其他断路器中。电网100包括微电网110、120和130。电网100的微电网以嵌套结构布置，这意味着微电网可以通过闭合电网100内的开关设备而彼此连接。微电网110和120为中压分布网络。每个微电网被构造为从诸如发电机101a或101b的外部电源接收功率，而且还可以与电网100的其余部分断开连接并且使用分布式能量源(DER)作为电源独立操作。DER中的每个DER包括控制器，该控制器被构造为与网络控制器通信，以便传输数据和接收命令。每个DER可以是光伏系统、电池组或其他能量存储设备、水力电源、风力涡轮机系统、柴油发电机、天然气发电机、或被构造为将功率传输到微电网的另一系统。DER可以被构造为将输出电流限制为标称电流输出的百分比，诸如标称电流的150％。微电网110包括保护继电器113、多个断路器115、多个开关117、以及多个DER119。微电网110耦合到汇流排104a和微电网120。具体地，配电线路112(也称为馈电线)耦合在汇流排分段104a与联络开关107之间。断路器115a(也称为馈电线断路器)耦合到线路112。保护继电器113可操作地耦合到断路器115a与汇流排104a之间的线路112。继电器113被构造为测量在汇流排104a与断路器115a之间流动的功率的电气特性，诸如电压和电流。响应于检测到超过阈值的测量结果，保护继电器113传输故障检测信号。继电器113被构造为从网络控制器111接收命令，该网络控制器111被配置为修改继电器113的设置，诸如阈值，也称为始动值(pickupvalues)。应当理解，继电器113的前述特征中的任一个或全部特征还可以存在于本文中所公开的其他继电器中。开关117a-d耦合到断路器115a与联络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电网，包括：/n多个开关设备；/n多个配电线路分段，每个配电线路分段被耦合到所述多个开关设备中的至少一个开关设备；/n多个测量设备，每个测量设备与所述多个开关设备中的一个开关设备相对应；/n至少一个分布式能量源(DER)，被耦合到所述多个配电线路分段中的一个配电线路分段；以及/n网络控制器，被配置为：/n从所述多个测量设备接收测量结果，/n使用所述测量结果确定所述微电网内正在发生故障，/n在确定正在发生故障之后，基于负载或DER是否被耦合到所述配电线路分段，将拓扑分类指派给所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段；/n在确定正在发生故障之后，基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流经所述配电线路分段，将接近度分类指派给所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段，/n使用所述拓扑分类和所述接近度分类来确定故障位置，以及/n通过向最接近所述故障的、所述多个开关设备中的至少一个开关设备传输断开命令，来隔离所述故障。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170501 US 62/492,680;20170720 US 15/655,378;20171.一种微电网，包括：
多个开关设备；
多个配电线路分段，每个配电线路分段被耦合到所述多个开关设备中的至少一个开关设备；
多个测量设备，每个测量设备与所述多个开关设备中的一个开关设备相对应；
至少一个分布式能量源(DER)，被耦合到所述多个配电线路分段中的一个配电线路分段；以及
网络控制器，被配置为：
从所述多个测量设备接收测量结果，
使用所述测量结果确定所述微电网内正在发生故障，
在确定正在发生故障之后，基于负载或DER是否被耦合到所述配电线路分段，将拓扑分类指派给所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段；
在确定正在发生故障之后，基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流经所述配电线路分段，将接近度分类指派给所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段，
使用所述拓扑分类和所述接近度分类来确定故障位置，以及
通过向最接近所述故障的、所述多个开关设备中的至少一个开关设备传输断开命令，来隔离所述故障。


2.根据权利要求1所述的微电网，其中所述多个测量设备中的每个测量设备包括定向故障指示器。


3.根据权利要求1所述的微电网，其中所述多个测量设备中的每个测量设备被包含在所述多个开关设备中的对应开关中。


4.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器被配置为：接收包括所述多个开关设备中的每个开关设备的断开/闭合开关状态的测量结果。


5.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器被配置为：通过确定被耦合到所述配电线路的每个DER的操作状态来指派拓扑分类。


6.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器被配置为：基于负载或DER是否被耦合到所述配电线路分段来对所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段进行分类，对所述多个配电线路分段中的每个配电线路分段进行分类包括将线路分段分类为既不具有耦合负载也不具有耦合DER。


7.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器通过确定故障电流正在沿两个方向流入具有接近度分类的线路分段，来确定所述故障在所述线路分段内的所述位置，所述接近度分类指示故障电流能够从两个方向流入所述线路分段。


8.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器将拓扑分类指派给所述多个配电线路分段中的一个配电线路分段，所述拓扑分类指示通过所述多个开关设备中的一个开关设备，DER被耦合到所述配电线路分段以及所述配电线路分段仅被耦合到一个配电线路分段，并且其中所述网络控制器通过响应于确定电流正在流入所述多个线路分段中的所述一个线路分段而断开所述一个开关设备，来隔离所述故障。


9.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器确定所述多个配电线路分段中的一部分配电线路分段的所述接近度分类指示故障电流能够沿一个方向流过所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段；所述网络控制器确定所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段的一个拓扑分类指示DER被耦合到所述一部分配电线路分段中的一个配电线路分段；并且所述网络控制器断开被耦合到所述DER的所述配电线路分段与所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段中的其余配电线路分段之间的所述开关设备。


10.根据权利要求9所述的微电网，其中所述网络控制器被配置为：从所述多个开关设备中的一部分开关设备接收与被耦合到所述一部分配电线路分段中的所述一个配电线路分段的所述DER的功率输出相对应的测量结果，并且响应于确定所述DER的所述功率输出的电压或电力频率没有崩溃，闭合被耦合到所述DER的所述配电线路分段与所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段中的所述其余配电线路分段之间的所述开关设备。


11.根据权利要求1所述的微电网，其中所述网络控制器确定所述多个配电线路分段中的一部分配电线路分段的所述接近度分类指示故障电流能够沿一个方向流过所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段；所述网络控制器确定所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段的一个拓扑分类指示DER被耦合到所述一部分配电线路分段中的一个配电线路分段；以及所述网络控制器断开被耦合到所述DER的所述配电线路分段与所述多个配电线路分段中的所述一部分配电线路分段中的所述其余配电线路分段之间的所述开关设备。


12.一种用于检测和隔离微电网中的故障状况的方法，包括：
利用网络控制器操作被耦合在多个线路分段之间的多个开关设备；
利用所述网络控制器从所述多个开关设备接收测量结果；
利用所述网络控制器使用所述测量结果来确定所述微电网内正在发生故障；
基于负载或分布式能量源(DER)是否被耦合到所述线路分段，将拓扑分类指派给所述多个线路分段中的每个线路分段；
基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流过所述线路分段，将接近度分类指派给所述多个线路分段中的每个线路分段；
使用所述多个线路分段的所述拓扑分类和所述接近度分类来确定所述故障状况的位置；以及
利用所述多个开关设备中的一部分开关设备，响应于确定所述故障状况的所述位置，来隔离所述故障的所述位置。


13.根据权利要求12所述的方法，其中确定所述故障状况的所述位置包括：
标识具有两方向电流接近分类的每个线路分段；
确定电流是否正在沿两个方向进入所述线路分段；以及
响应于确定电流正在沿两个方向进入所述线路分段，标识所述故障状况的所述位置。


14.根据权利要求13所述的方法，其中确定所述故障状况的所述位置包括：
标识具有单方向电流接近分类、DER拓扑分类、被耦合到所述多个开关设备中的仅一个开关设备的每个线路分段；
确定电流是否正在进入所述线路分段；以及
响应于确定电流正在进入所述线路分段，标识所述故障状况的所述位置。


15.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述故障状况的所述位置包括：
标识具有单方向电流接近分类并且被耦合到所述多个开关设备中的至少两个开关设备的每个线路分段，并且确定所述线路分段中的一个线路分段是否具有DER拓扑分类；以及
其中隔离所述故障的所述位置包括：断开被耦合到所述DER拓扑分类的所述开关设备，电流通过所述DER拓扑分类流入所述分段。


16.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述故障状况的所述位置包括：标识具有单方向电流接近分类的每个两个线路分段的组，所述每个两个线路分段的组被耦合到所述多个开关设备中的至少两个开关设备并且包括具有DER拓扑分类的一个线路分段；以及
其中隔离所述故障的所述位置包括：断开耦合在具有所述DER拓扑分类的所述线路分段与另一线路分段之间的所述开关设备。


17.一种网络控制器，包括：
输入/输出设备，被构造为与微电网的多个开关设备通信，所述微电网包括配电线路，所述配电线路通过可操作地被耦合到所述配电线路的所述多个开关设备而划分为多个线路分段；
基于微处理器的处理设备；以及
非暂态存储器设备，被构造为存储利用所述输入/输出设备接收的数据、以及指令，所述指令被配置为当由所述处理设备执行时执行以下功能：
从所述多个开关设备接收测量结果，
使用所述测量结果来确定所述微电网内正在发生故障，
基于负载或分布式能量源(DER)是否被耦合到所述线路分段，将拓扑分类指派给所述多个线路分段中的每个线路分段，
基于故障电流是否能够沿一个方向或两个方向流过所述线路分段，将接近度分类指派给所述多个线路分段中的每个线路分段，
使用所述多个线路分段的所述拓扑分类和所述拓扑分类来确定故障状况的位置，以及
响应于确定所述故障状况的所述位置，通过向所述多个开关设备中的一部分开关设备传输断开命令，来隔离所述故障的所述位置。


18.根据权利要求17所述的网络控制器，其中所述接近度分类指示每个线路分段是否能够从一个方向或两个方向接收故障电流，并且其中所述拓扑分类指示每个线路分段是否被耦合到DER、负载、变压器或被耦合到直接连接到公用电网的开关设备。


19.根据权利要求18所述的网络控制器，其中所述配电线路包括仅被耦合到一个其他线路分段的末端线路分段，并且其中所述网络控制器通过确定所述拓扑分类指示所述末端线路分段包括DER并且确定电流正在进入所述末端线路分段，来确定所述故障的所述位置。


20.根据权利要求19所述的网络控制器，其中确定故障状况的所述位置包括：标识具有单方向电流接近分类并且被耦合到所述多个开关设备中的至少两个开关设备的每个线路分段；并且确定所述线路分段中的一个线路分段是否具有DER拓扑分类，并且其中隔离所述故障的所述位置包括：断开被耦合到具有所述DER拓扑分类的所述线路分段的所述开关设备，电流通过所述DER拓扑分类流入所述分段。


21.一种嵌套微电网系统，包括：
第一微电网，包括网络控制器、配电线路的第一部分、以及配电线路的第二部分，所述配电线路的所述第二部分包括第一分布式能量源(DER)；
第...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪俊昊，A·康达巴西尼，D·伊施彻恩科，A·蒙代尔，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH