基于正序故障分量电流的微电网判定方法

摘要

本发明公开一种基于正序故障分量电流的微电网判定方法，包括：判断线路电流是否发生异常，若是，进行下一步，否则继续判断；根据公式(Ⅰ)判断故障类型，若存在至少一个Si，使Si对于所有的k、j均满足Si＞0，则发生母线故障，否则发生馈线线故障。本发明利用正序故障分量电流在微电网故障时的相位特性，可以快速有效地进行故障判定。

权利要求

1.基于正序故障分量电流的微电网判定方法，其特征在于，包括：判断线路电流是否发生异常，若是，进行下一步，否则继续判断；

根据公式(Ⅰ)判断故障类型，若存在至少一个Si，使Si对于所有的k、j均满足Si＞0，则发生母线故障，否则发生馈线故障其中，i表示母线编号，k、j表示与母线i相连的馈线编号，k≠j，i、j、k≥1， 和 分别表示与母线i相连的馈线k和馈线j的正序故障分量电流,arg函数表示求复数的幅角；

进行故障线路定位；

根据公式(Ⅲ)判断是否启动保护装置，若IOP＞0，则启动保护装置，否则，不启动保护装置；

其中， 和 分别为故障线路两侧的正序故障分量电流，K为大于零系数。

2.根据权利要求1所述的基于正序故障分量电流的微电网判定方法，其特征在于，所述进行故障线路定位包括母线故障定位和馈线故障定位。

3.根据权利要求2所述的基于正序故障分量电流的微电网判定方法，其特征在于，所述母线故障定位具体为：满足Si＞0的母线i为故障母线。

4.根据权利要求2所述的基于正序故障分量电流的微电网判定方法，其特征在于，所述馈线故障定位具体为：通过公式(Ⅱ)进行馈线故障定位，若Vj＞0，则馈线j为故障馈线；

其中， 和 分别表示馈线j流向相邻两侧母线的正序故障分量电流。

5.根据权利要求3或4所述的基于正序故障分量电流的微电网判定方法，其特征在于，还包括判断故障线路的正序故障分量电流幅值是否最大，如果是，则判定所述故障线路为最终故障线路，否则重新判断故障类型。

说明书

基于正序故障分量电流的微电网判定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及微电网保护领域，具体涉及基于正序故障分量电流的微电网判定方法。

背景技术

[0002] 光伏发电、风力发电等新兴分布式发电技术能有效提高电网峰谷性能，大量分布式电源与配网相结合形成微网，是对电网的有力补充。微电网可有效地提高分布式电源以及可再生能源的利用率，但是微电网有多种运行方式，在不同的运行模式下故障特性大不相同，此外分布式电源具有间歇性和不确定性特点，导致微电网故障判定困难，不利于继电保护。

[0003] 现有微电网保护方案并未考虑含低电压穿越的分布式电源所带来的故障特性，且微电网各分支线路复杂，大量的安装方向元件以及电压电流传感器会给整个系统带来较大的改造，不具有经济性。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供一种基于正序故障分量电流的微电网故障判定方法及保护方法，其利用正序故障分量电流在微电网故障时的相位特性，可以快速有效地进行故障判定。为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案如下：

[0005] 基于正序故障分量电流的微电网判定方法，包括：

[0006] 判断线路电流是否发生异常，若是，进行下一步，否则继续判断；

[0007] 根据公式(Ⅰ)判断故障类型，若存在至少一个Si，使Si对于所有的k、j均满足Si＞0，则发生母线故障，否则发生馈线线故障

[0008]

[0009] 其中，i表示母线编号，k、j表示与母线i相连的馈线编号，k≠j，i、j、k≥1， 和分别表示与母线i相连的馈线k和馈线j的正序故障分量电流,arg函数表示求复数的幅角。

[0010] 进一步地，还包括：进行故障线路定位。

[0011] 进一步地，所述进行故障线路定位包括母线故障定位和馈线故障定位。

[0012] 进一步地，所述母线故障定位具体为：满足Si＞0的母线i为故障母线。

[0013] 进一步地，所述馈线故障定位具体为：通过公式(Ⅱ)进行馈线故障定位，若Vj＞0，则馈线j为故障馈线；

[0014]

[0015] 其中， 和 分别表示馈线j流向相邻两侧母线的正序故障分量电流。

[0016] 进一步地，还包括判断故障线路的正序故障分量电流幅值是否最大，如果是，则判定所述故障线路为最终故障线路，否则重新判断故障类型。

[0017] 进一步地，还包括判断是否启动保护装置。

[0018] 进一步地，所述判断是否启动保护装置具体为：根据公式(Ⅲ)判断是否启动保护装置，若IOP＞0，则启动保护装置，否则，不启动保护装置；

[0019]

[0020] 其中， 和 分别为故障线路两侧的正序故障分量电流，K为大于零的系数。

[0021] 本发明利用正序故障分量电流在微电网故障时的相位特性，可以快速有效地进行故障判定，首先，本发明可以根据正序故障分量电流的相位区分是母线故障还是馈线故障，不会受系统电源电势以及过渡电阻故障的影响，其次，本发明可以简单快速的实现故障线路定位，灵敏性高，选择性好，另外，本发明通过对故障线路的正序故障分量电流幅值的判断，可以增强故障线路定位的可靠性，最后，本发明提供的保护装置启动判据将区内故障的灵敏性和区外外故障或正常运行的可靠性有机统一起来，大大增强了微电网系统的保护性能。

附图说明

[0022] 图1为一种微电网的结构示意图。

[0023] 图2为母线故障正序故障分量网络图。

[0024] 图3为母线故障等效分量网络图。

[0025] 图4为母线故障各馈线正序故障分量电流图。

[0026] 图5为馈线故障正序故障分量网络图。

[0027] 图6为馈线故障各馈线正序故障分量电流图。

[0028] 图7为微电网判定方法流程图。

[0029] 图8为一个系统仿真模型图。

具体实施方式

[0030] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0031] 实施例1

[0032] 本实施例提供一种基于正序故障分量电流的微电网判定方法，包括：

[0033] 步骤S1：判断线路电流是否发生异常，若是，进行下一步，否则继续判断；

[0034] 步骤S2：根据公式(Ⅰ)判断故障类型，若存在至少一个Si，使Si对于所有的k、j均满足Si＞0，则发生母线故障，否则发生馈线线故障

[0035]

[0036] 其中，i表示母线编号，k、j表示与母线i相连的馈线编号，k≠j，i、j、k≥1， 和分别表示与母线i相连的馈线k和馈线j的正序故障分量电流,arg函数表示求复数的幅角。

[0037] 优选地，本实施例还包括：步骤S3：进行故障线路定位。

[0038] 具体地，步骤S3中所述进行故障线路定位包括母线故障定位和馈线故障定位。

[0039] 具体地，所述母线故障定位具体为：满足Si＞0的母线i为故障母线。

[0040] 具体地，所述馈线故障定位具体为：通过公式(Ⅱ)进行馈线故障定位，若Vj＞0，则馈线j为故障馈线；

[0041]

[0042] 其中， 和 分别表示馈线j流向相邻两侧母线的正序故障分量电流。

[0043] 为了方便理解，现结合具体附图分别对母线故障和馈线故障进行分析。

[0044] 母线故障分析如下：

[0045] 图1为一个微电网的结构示意图，图中包括一个配电网，配电网通过变压器与一条母线连接，该母线为配电网侧母线，配电网侧母线通过不同的馈线与负荷侧母线连接,其中，CB表示断路器，CBK表示第K个断路器，负荷侧母线上均连接有负载Load，负荷侧母线上还可以连接分布式电源DG。假设网络中任一母线发生故障，以F1点故障为例，其对应的故障分量网络图如图2所示，图中Zi(i＝1、2、...、n)分别为微电网各馈线的正序阻抗，分别为流经各馈线的正序故障分量电流， 为F1点正序故障分量电势，RF为故障点的附加阻抗， 为母线的正序故障分量电压，ΔIF为故障点处的正序故障分量电流。此时定义由母线流向馈线的方向为正方向，则母线故障时的网络等效图为图3所示，其中，Z∑1＝Z1//Z2//...//Zn。

[0046] 由图2和图3可知，当母线上发生故障时，所有连接在故障母线上的线路的正序故障分量电流为：

[0047]

[0048]

[0049] 其中，ΔZ∑i＝Z1+Z2+...+Zi-1+Zi+1+...+Zn，ΔZ∑j＝Z1+Z2+...+Zj-1+Zj+1+...+Zn。

[0050] 根据式(1)和式(2)可知，所有连接在故障母线上的线路的正序故障分量电流相位相同或相近，满足 而所有连接在非故障母线上的线路，必存在一条线路同其他线路电流相位相反，对应的故障母线电流向量如图4所示。

[0051] 因此，仅需要测得微电网中母线所连接各馈线的正序故障分量电流相位，便可判断是否发生母线故障，若存在某条母线流进各馈线的正序故障分量电流相位同方向，便为母线故障，而该母线也就是故障母线。

[0052] 馈线故障分析如下：

[0053] 同样以图1所示微电网系统为例，假设系统中任一馈线发生故障，以F2点故障为例，其对应的故障分量网络如图5所示，其中，Zsm为系统正序阻抗，RF为故障点的附加阻抗，Z∑2为其余线路正序等效阻抗，ZDG2为DG2对应的等值阻抗，ZLoad2为负载Load2的阻抗值，和 分别为故障馈线两侧的正序故障分量电流和电压， 和 分别为流过系统侧(配电网侧)和分布式电源侧的正序故障分量电流。

[0054] 当馈线发生故障时，故障馈线两侧母线流经的正序故障分流电流分别为：

[0055]

[0056]

[0057]

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] 由于微电网中大部分为感性阻抗，因此可得：

[0062] ΔIm≈ΔIsm+ΔIgm  (9)

[0063] 由式(3)、(5)、(6)可得，当微电网发生馈线故障时，故障馈线所连接母线的各正序故障分量电流的相位是不同的，对应的母线正序故障分量电流相位如图6所示。因此，根据微电网各微电网流出的正序故障分量电流相位可以判断是发生馈线故障还是母线故障，判据表达式如下：

[0064]

[0065] 若至少一个Si，使Si对于所有的k、j均满足Si＞0，则发生母线故障，否则发生馈线线故障。

[0066] 由式(3)、(4)可得，故障馈线流向两侧母线的正序故障分量电流相位相同，而正常馈线流向两侧的母线正序故障分量电流相位相反或近似相反，因此可以通过判断馈线流向两侧母线的正序故障分量电流相位，便可进行故障馈线定位，故障馈线的判据表达式如下：

[0067]

[0068] 若Vj＞0，则馈线j为故障馈线。

[0069] 由式(8)、(9)可得，故障线路中的正序故障分量电流的幅值最大，其电流幅值约等于其他支路的正序故障分量电流之和，因此，作为优选，为了加强判据的可靠性，本实施例还可以包括步骤S4：判断故障线路的正序故障分量电流幅值是否最大，如果是，则判定所述故障线路为最终故障线路，否则重新判断故障类型。

[0070] 作为优选，本实施例还可以包括步骤S5：判断是否启动保护装置，具体地，所述判断是否启动保护装置具体为：根据公式(Ⅲ)判断是否启动保护装置，若IOP＞0，则启动保护装置，否则，不启动保护装置；

[0071]

[0072] 其中， 和 分别为故障线路两侧的正序故障分量电流，K为大于零的系数，这里的故障线路可以是馈线也可以是母线，母线是特殊的馈线。

[0073] 这里需要说明的是，根据传统差动判据在区内故障时的动作灵敏性和区外故障(或正常运行)时的制动可靠性矛盾的特定，式(Ⅲ)做出了改进，其将区内故障时的动作灵敏性和区外故障(或正常运行)时的制动可靠性有机统一起来，内部故障时，因和 同相或接近同相，故IOP＞0，K取值越大，则动作量越大，外部故障(或正常运行)时，因和 相位相反或接近相反，故IOP＜0，K取值越大，则制动量越大。可见系数K具有双重特性，既是动作系数，又是制动系数，能够同时增大保护内部故障灵敏性和外部故障(或正常运行)时的可靠性，大大增强了保护性能。

[0074] 图7所示为本实施例提供的基于正序故障分量电流的微电网判定方法的整个方法流程图。

[0075] 实施例2

[0076] 本实施例提供一个仿真实例，如图8所示，为一个系统仿真模型图，其中，光伏电源PV1额定容量为6kW，光伏电源PV2额定容量为10kW，负载Load由电感和电阻组成，整个负载有功功率P＝2kW，无功功率Q＝1Kvar，母线上连接负荷，参数同上。线路参数Z1＝(0.38+j0.17)/km，F1点位于母线A与母线C的连接线路(馈线2)上，F2点位于母线B上，故障发生于0.3s，持续0.2s。这里需要说明的是，为简单起见，本仿真系统中只有4条母线，因此用大写字母A、B、C、D表示母线，用L1、L2等表示馈线，馈线的长度已在图中表示出来，如3km。

[0077] 下面以馈线2发生单相接地故障以及母线B发生单相接地故障为例进行说明。

[0078] 以馈线2发生单相接地故障：

[0079] 如表1所示，当F1点发生故障后，如所有母线流入馈线的正序故障分量电流相位都不完全一致，因此可以初步判定为馈线发生故障，此时馈线L2流入母线A的正序故障电流相位为-154°，流入母线C的正序故障电流相位为-115°，因此馈线L2流入两侧母线的正序故障分量电流同方向，可以判定为故障馈线，且馈线L2流入母线A的正序故障分量电流幅值为134A，为整个系统最大值，可进一步确认L2就是故障馈线。

[0080] 而在其他非故障区域测得的正序故障分量电流中，馈线L1、L3流向两侧的正序故障分量电流相位相反，幅值相对于故障馈线也较小，因此判定为正常馈线。

[0081] 表1 F1故障各正序故障分量

[0082]

[0083]

[0084] 母线B在F2点故障：

[0085] 如表2所示，母线流入馈线L1、L4、L5、L6的正序故障分量电流相位分别为24°、62°、58°、58°，故障母线流入馈线的正序故障分量电流相位都为正方向，因此可以明显区分微电网故障类型以及确定故障母线位置。此外，母线B流入馈线L1的正序故障分量幅值为104A，相较于非故障区域母线，其值最大，可以增强相位定位的可靠性，其余母线流入各馈线的正序故障分量电流相角、幅值见表2。

[0086] 表2 F2故障各正序故障分量

[0087]

[0088]

[0089] 当F1点发生故障后，母线A和母线C流向馈线L2的故障电流幅值分别为134A和4A，相位分别为-154°和-115°，IOP远远大于零，当IOP＞0时，输出信号量为1，启动保护装置，否则，输出信号量为-1，保护装置不启动。

[0090] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。