一种单相故障处置和孤岛检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种单相故障处置和孤岛检测系统及方法，该方法通过对电网是否发生单相故障进行判断，并在判定发生单相故障时进行故障相别和故障类型识别，根据不同的单相故障类型，选择不同的灭弧路径，从而有效实现了对电网单相故障的处置；同时，根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段，进而隔离故障线路或区段，启动孤岛检测，从而将单相故障处置技术和孤岛检测技术融合到一起，通过一套方案同时解决了单相故障处置及孤岛检测的问题，为电网长期存在的单相故障保护遗留难题和孤岛检测问题提供了有效解决方案。遗留难题和孤岛检测问题提供了有效解决方案。遗留难题和孤岛检测问题提供了有效解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种单相故障处置和孤岛检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及智能电网
，具体涉及一种单相故障处置和孤岛检测系统及方法。

技术介绍

[0002]新能源(主要指光伏和风电)发电将逐步取代传统能源并在未来占有比例或超过50％以上，大量的新能源微电网将接入到传统大电网。传统电力系统主要以火电为主，其显著的特点是功率输出稳定，业界称为惯性系统，而新能源受非恒定光照和风力影响，其出力具有间歇性的特点，或者说输出功率不稳定，要融合新旧电网需要创新技术来实现，目前在国内外均是热点研究方向。
[0003]其中，单相故障处置和孤岛识别技术是两项事关新型电力系统供电可靠性和安全性的关键技术。
[0004]单相故障(Single Phase Fault)在配电网故障中占比80％以上，其中以非断线接地故障为主，常见还有断线不接地故障，断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障，解决好单相故障问题意味着可以极大降低大面积停电风险，同时草原森林火灾和人身触电事故等迫切现实需求也得到解决，前者关系供电可靠性，后者关系供电安全性。
[0005]现有接地故障处置技术存在几方面问题：
[0006]供电可靠性和安全性不可兼得；
[0007]故障检测灵敏度不足，较大一部分故障处于检测盲区中无法识别；
[0008]不具备故障类型辨识(非断线接地故障、断线不接地故障、断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障)：以非断线接地故障为主，常见还有断线不接地故障，断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障；
[0009]消除接地残流(灭弧)效果差，接地点电流通常表现为高能量弧光，这是导致人身触电和草原森林等起火的直接原因；
[0010]故障线路/区段定位可靠性不足，对于低电阻接地故障，现有技术基本可满足选线和定位需求；对于1000欧姆以上的高阻故障，传统技术选线和定位的准确率明显降低，误报误判问题频发，这也是当前行业内的国际难题之一。
[0011]孤岛或孤岛效应(Islanding Effect)是指当承载新能源微电网的大电网线路在某些原因下(如线路故障和检修等)与母线脱离开时，脱网线路所连接的一个或多个微电网由于不能检测到上游处于离网状态而未触发相应的保护装置动作，继续带着相关负载独立运行的孤岛状态。
[0012]孤岛检测的目的主要为确保电网设备、用户设备和线路维修人员的安全，这是因为：
[0013]微电网功率与负载需求功率不匹配时，引起电压和频率超过规定的允许范围，电力设备可能会被损坏；
[0014]微电网接入大电网的断路器未断开时，大电网线路上仍然带电，可能导致维修人
员触电，对线路工作人员的生命安全造成严重威胁；
[0015]微电网持续为大电网供电会引起线路相关继电保护设备灵敏度降低，干扰保护设备的正常动作。
[0016]除了正常检修外，孤岛效应主要与故障线路切除有关，后故障孤岛检测应该作为大电网故障的延续，两者间密切相关，因为故障线路或区段的准确定位是正确启动孤岛检测的前提。
[0017]当前的孤岛检测技术方案在技术可靠性和应用经济性上不可兼得，使得其推广应用范围有限，这对于新能源大规模发展具有很大的掣肘影响。
[0018]现有孤岛检测技术存在的客观问题，大概有以下几个方面：
[0019]成本高，应用范围受到限制，比如电力载波通信技术，设备应用成本高；
[0020]检测盲区大，如利用电压、频率、相位和谐波含量的技术；
[0021]对电网设备和电能质量有负面影响，如有源干扰注入的技术方案。
[0022]总之，现有单相故障处置技术和孤岛检测技术完全属于两个分类，技术上相互独立，应用总成本高，同时各自技术缺陷明显。

技术实现思路

[0023]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单相故障处置和孤岛检测系统及方法，以解决现有技术中单相故障处置技术和孤岛检测技术完全属于两个分类，技术上相互独立，无法同时实现单相故障处置及孤岛检测的问题。
[0024]根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种单相故障处置和孤岛检测系统，包括：
[0025]并联的有源补偿装置和消弧线圈，连接在变压器的中性点与地之间；
[0026]零序电流互感器，设置在各馈线以及各分布式发电单元所接入的馈线上，所述馈线通过母线并联在所述变压器的一次侧；
[0027]控制装置，分别与所述有源补偿装置、消弧线圈、零序电流互感器及母线相连，用于：
[0028]根据电网零序电压的幅值和相位，判断是否发生单相故障；
[0029]根据电网零序电压的相位偏移轨迹，辨识故障相别和单相故障类型；
[0030]根据所述单相故障类型，选择不同的灭弧路径；
[0031]根据电网零序电压及各馈线的零序电流，计算每条馈线的零序导纳；
[0032]根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段；
[0033]隔离故障线路或区段，启动孤岛检测。
[0034]根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种单相故障处置和孤岛检测方法，包括：
[0035]根据电网零序电压的幅值和相位，判断是否发生单相故障；
[0036]根据电网零序电压的相位偏移轨迹，辨识故障相别和单相故障类型；
[0037]根据所述单相故障类型，选择不同的灭弧路径；
[0038]根据电网零序电压及各馈线的零序电流，计算每条馈线的零序导纳；
[0039]根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段；
[0040]隔离故障线路或区段，启动孤岛检测。
[0041]本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0042]通过对电网是否发生单相故障进行判断，并在判定发生单相故障时进行单相故障类型识别，根据不同的单相故障类型，选择不同的灭弧路径，从而有效实现了对电网单相故障的处置；同时，根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段，进而隔离故障线路或区段，启动孤岛检测，从而将单相故障处置技术和孤岛检测技术融合到一起，通过一套方案同时解决了单相故障处置及孤岛检测的问题，用户预期体验度好、满意度高。
[0043]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0044]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0045]图1是根据一示例性实施例示出的一种单相故障处置和孤岛检测系统的电路原理图；
[0046]图2是根据一示例性实施例示出的一种单相故障处置和孤岛检测方法的流程图；
[0047]图3是根据一示例性实施例示出的发生故障时的一次系统网络图；
[0048]图4是根据一示例性实施例示出的图3的等效电路图；
[0049]图5是根据一示例性实施例示出的零序电压U0的谐振曲线图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相故障处置和孤岛检测系统，其特征在于，包括：并联的有源补偿装置和消弧线圈，连接在变压器的中性点与地之间；零序电流互感器，设置在各馈线以及各分布式发电单元所接入的馈线上，所述馈线通过母线并联在所述变压器的一次侧；控制装置，分别与所述有源补偿装置、消弧线圈、零序电流互感器及母线相连，用于：根据电网零序电压的幅值和相位，判断是否发生单相故障；根据电网零序电压的相位偏移轨迹，辨识故障相别和单相故障类型；根据所述单相故障类型，选择不同的灭弧路径；根据电网零序电压及各馈线的零序电流，计算每条馈线的零序导纳；根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段；隔离故障线路或区段，启动孤岛检测。2.一种单相故障处置和孤岛检测方法，应用于控制装置中，所述控制装置设置在权利要求1所述的系统中，其特征在于，包括：根据电网零序电压的幅值和相位，判断是否发生单相故障；根据电网零序电压的相位偏移轨迹，辨识故障相别和单相故障类型；根据所述单相故障类型，选择不同的灭弧路径；根据电网零序电压及各馈线的零序电流，计算每条馈线的零序导纳；根据每条馈线的零序导纳，确定出发生单相故障的具体线路和区段；隔离故障线路或区段，启动孤岛检测。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据电网零序电压的幅值和相位，判断是否发生单相故障，包括：获取系统的对地绝缘参数；根据所述对地绝缘参数，确定故障阈值，所述故障阈值为系统正常运行时，电网零序电压的幅值和相位的运行边界；实时测量当前电网零序电压的幅值和相位；若任一馈线发生接地或断线，引起系统三相对地不对称度发生变化，电网零序电压的幅值或相位超出所述故障阈值时，判定发生了单相故障。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据电网零序电压的相位偏移轨迹，辨识单相故障类型，包括：当判定发生单相故障时，获取当前时刻电网零序电压的相位偏移轨迹；查找预存的对应关系表中，当前时刻获取的相位偏移轨迹所对应的单相故障类型；所述单相故障类型至少包括：非断线接地故障、断线不接地故障、断线电源侧接地故障和断线负荷侧接地故障。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对应关系表通过以下方法获取，包括：系统正常运行期间，接近实时获取系统的对地绝缘参数；将实时获取的对地绝缘参数代入到预存的相量函数中进行计算，得到电网零序电压的相位偏移轨迹，每个相量函数对应一种单相故障类型，单相故障类型与相位偏移轨迹一一对应；将所述相位偏移轨迹，对应存储在所述相量函数下，以建立所述相位偏移轨迹与所述
单相故障类型的对应关系表；当系统的对地绝缘参数更新时，根据更新后的对地绝缘参数重新计算得到电网零序电压的相位偏移轨迹；将重新计算出的相位偏移轨迹数据，对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇波，
申请(专利权)人：王宇波，
类型：发明
国别省市：