CN107437794B - 直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网*** - Google Patents

直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网***。该方法包括：获取直流微电网的母线电压；获取所述直流微电网的任一支路的支路电流；根据所述母线电压得到母线电压增量；根据所述支路电流得到支路电流增量；判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；如果所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值，则判断母线发生故障本发明通过比较母线电压与各支路电流在单位时间内的变化量，可方便地确定是否发生故障，从而可以基于过电流进行保护，解决了由于变流器的限流作用导致直流微电网发生故障时，传统基于过电流的保护可靠性不高的问题。

Description

直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网***
技术领域
本发明涉及微电网领域，具体而言，涉及一种直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网***。
背景技术
微电网是由光伏等分布式能源以及负载组成的、可控的分布式发用电***，其中，电能以直流的形式传输、利用的微电网称之为直流微电网。
现有技术中，直流微电网母线故障识别时，多采用传统配电***的基于过电流的保护。然而，对于直流微电网***来说，由于换流装置的限流作用，其故障电流也不会很大，从而导致其基于过电流的保护很大程度上不能适用，因此，本领域需要提供一种适用于直流微电网的故障检测方法。
发明内容
本发明实施例中提供一种直流微电网母线故障识别方法、装置和直流微电网***，以解决现有技术由于变流器的限流作用导致直流微电网发生故障时，基于过电流的保护可靠性不高的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种直流微电网母线故障识别方法，包括：获取直流微电网的母线电压；获取所述直流微电网的任一支路的支路电流；根据所述母线电压得到母线电压增量；根据所述支路电流得到支路电流增量；判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；如果所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值，则判断母线发生故障。
作为优选，判断母线发生故障包括：判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间；如果所述状态持续的时间大于所述预定时间，则判断母线发生了永久性故障；否则继续进行下一循环以判断母线是否发生故障。
作为优选，所述方法还包括：获取永久性故障时各支路的实时电流之和；判断所述实时电流之和是否大于零；如果所述实时电流之和大于零，则判断发生区内故障。
作为优选，所述方法还包括：如果发生区内故障，则断开与母线相连的所有支路。
作为优选，所述方法还包括：如果所述实时电流之和小于零，则判断发生区外故障。
作为优选，所述方法还包括：如果发生区外故障，则比较各支路的电流；将电流最大的支路判断为故障支路。
作为优选，所述方法还包括：断开所述的故障支路，并保持其余各支路继续工作。
本发明还提供了一种直流微电网母线故障识别装置，包括：电压获取模块，用于获取直流微电网的母线电压；电流获取模块，用于获取所述直流微电网的任一支路的支路电流；电压增量计算模块，用于根据所述母线电压得到母线电压增量；电流增量计算模块，用于根据所述支路电流得到支路电流增量；第一判断模块，用于判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；第二判断模块，用于在所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的情况下，判断母线发生故障。
作为优选，所述第二判断模块包括：时间判断子模块，用于判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间；永久性故障判断子模块，用于在所述状态持续的时间大于所述预定时间的情况下，判断母线发生了永久性故障；否则继续进行下一循环以判断母线是否发生故障。
作为优选，所述装置还包括：故障电流获取模块，用于获取永久性故障时各支路的实时电流之和；故障电流判断模块，用于判断所述实时电流之和是否大于零；区内故障判断模块，用于在所述实时电流之和大于零的情况下，判断发生区内故障。
作为优选，所述装置还包括：区内故障保护模块，用于在发生区内故障时，断开与母线相连的所有支路。
作为优选，所述装置还包括：区外故障判断模块，用于在所述实时电流之和小于或等于零时，判断发生区外故障。
作为优选，所述装置还包括：电流比较模块，用于在发生区外故障的情况下，比较各支路的电流；故障支路判断模块，用于将电流最大的支路判断为故障支路。
作为优选，所述装置还包括区外故障保护模块，用于断开所述的故障支路，并保持其余各支路继续工作。
本发明还提供了一种直流微电网***，包括上述的直流微电网母线故障识别装置。
本发明可利用实时采集的各支路电流和母线电压，通过比较母线电压与各支路电流在单位时间内的变化量，可方便地确定是否发生故障，从而使得利用本发明进行母线故障判断的直流微电网***可以基于过电流进行保护，提高了***的安全性和稳定性，解决了由于变流器的限流作用导致直流微电网发生故障时，基于过电流的保护可靠性不高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的直流微电网***的电路结构图；
图2是本发明实施例的直流微电网母线故障识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参考图1至图2，本发明提供了一种直流微电网母线故障识别方法，其用于识别直线微电网是否发生母线故障，还可用于对母线故障类型进行识别，例如可以判断出是区内故障还是区外故障，并针对不同的故障类型执行相应的保护措施。
图1示出了一个直流微电网***的电路结构图，其中LM1为直线母线，在其中连接有四个支路A1、A2、A3和A4，每个支路的电流分别为I1、I2、I3和I4，直流母线LM1与地之间的电压为母线电压U。显然，本发明可适用于任何支路数量大于或等于两条的直流微电网***，并不限于图1所示的具体情形，但其判断方法是可以类推的。
如图2所示，为了判断直流微电网母线是否发生了故障，本发明实时获取直流微电网的母线电压U，并实时获取直流微电网的各支路的支路电流。在一个实施例中，母线电压U和支路电流可通过相应的传感器采样获取。
在获取了母线电压U和支路电路的基础上，本发明可根据所述母线电压得到母线电压增量dU，还可根据所述支路电流得到任一支路的支路电流增量dI。
接下来，本发明对电压增量及任一支路的电流增量的大小进行判断。首先，预设一个电压动作整定值Udz和一个电流动作整定值Idz。然后，判断当前时刻的电压增量及电流增量与这两个整定值之间的大小关系。如果所述电压增量大于所述第一动作预定值、且任一支路的所述支路电流增量大于所述第二动作预定值，则本发明判断母线发生了故障。
可见，通过上述技术方案，本发明可利用实时采集的各支路电流和母线电压，通过比较母线电压与各支路电流在单位时间内的变化量，可方便地确定是否发生故障，从而使得利用本发明进行母线故障判断的直流微电网***可以基于过电流进行保护，提高了***的安全性和稳定性，解决了由于变流器的限流作用导致直流微电网发生故障时，基于过电流的保护可靠性不高的问题。
为了判断母线故障是否属于永久性故障，本发明在判断母线发生故障的过程中，还判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间，并根据这一结果判断是否属于永久性故障。在一个实施例中，如果所述状态持续的时间大于预定时间，那么就可以判断母线发生了永久性故障；否则，如果所述状态虽然发生了，但是仅持续了有限的较短时间，则可以认为只是发生瞬时性故障，因此可继续根据上述判断母线故障的方式进行下一循环判断。
如果发生了永久性故障，还可通过本发明进一步对永久性故障的类型进行判断。例如，在判断发生了永久性故障的基础上，本发明还将进一步获取永久性故障时各支路的实时电流，并计算该实时电流之和，然后根据实时电流之和的大小来判断故障区域。在一个实施例，如果实时电流之和大于零，则可以判断发生区内故障，否则认为发生了区外故障。相应地，为了实现故障保护，在发生区内故障时，本发明将断开与母线相连的所有支路，以保护所有区内的支路。
如果发生了区外故障，那么本发明将进一步判断是哪条支路发生了故障，并断开该故障支路，并保持其余各支路继续工作，以实现保护的目的。在一个实施例中，本发明将电流最大的支路判断为故障支路。
这样，本发明可通过对故障电流的叠加计算及方向检测，有效识别发生故障的区域，有针对性的切除故障区域，防止故障进一步的扩大。
下面以图1为例，对本发明中的上述方法的具体实施过程进行详细说明。
步骤1，对实时检测到的母线电压与各支路电流进行统计，并计算单位时间内的支路电流增量dI与母线电压增量dU。
步骤2，将上述两个增量的模值(|dI|、|dU|)与动作整定值(Idz、Udz)持续进行比较。然后，将母线电压增量与支路电流增量均大于动作整定值的时刻，判断为发生故障的时刻。若此状态持续一段时间，则认为发生了永久性故障；否则，将持续进行判断。
例如，设t时刻母线电压为Ut，各支路电流为I1t，I2t，I3t，I4t；设t+1时刻母线电压为Ut+1，各支路电流为I1t+1，I2t+1，I3t+1，I4t+1，则dI＝I1t+1-I1t，dU＝U1t+1-U1t。
此时若|dI|>Idz且|dU|>Udz，并持续一段时间，判断为t+1时刻发生故障。
步骤3，判断故障发生的位置并启动保护。
若发生永久性故障，则计算各支路故障状态下的实时电流和∑I＝(I1+I2+I3+I4)。
若∑I>0，则表示故障电流流向直流母线，此时发生区内故障，需断开与直流母线相连的所有支路，防止故障进一步扩大；否则，发生区外故障，接着进一步比较各支路电流，其中，具有最大电流的支路即为故障支路，此时只需要断开故障支路即可，其余继续工作。
本发明还提供了一种直流微电网母线故障识别装置，其对应于上述的直流微电网母线故障识别方法，可用于实现上述的方法。因此，与上述方法重复之外，在此不再赘述。
在一个实施例中，该直流微电网母线故障识别装置包括电压获取模块、电流获取模块、电压增量计算模块、电流增量计算模块、第一判断模块和第二判断模块。
其中，直流微电网的母线电压通过电压获取模块获取，该直流微电网的任一支路的支路电流可通过电流获取模块获取。电压增量计算模块根据所述母线电压计算母线电压增量，电流增量计算模块根据所述支路电流计算得到支路电流增量。然后，通过第一判断模块判断所述电压增量与第一动作预定值、及所述支路电流增量与第二动作预定值之间的大小关系。在此基础上，第二判断模块在所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的情况下，判断母线发生故障。
可见，通过上述技术方案，本发明可利用实时采集的各支路电流和母线电压，通过比较母线电压与各支路电流在单位时间内的变化量，可方便地确定是否发生故障，从而使得利用本发明进行母线故障判断的直流微电网***可以基于过电流进行保护，提高了***的安全性和稳定性，解决了由于变流器的限流作用导致直流微电网发生故障时，基于过电流的保护可靠性不高的问题。
为了判断母线故障是否属于永久性故障，本发明的第二判断模块包括：时间判断子模块和永久性故障判断子模块。其中，时间判断子模块判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间。永久性故障判断子模块则在所述状态持续的时间大于所述预定时间的情况下，判断母线发生了永久性故障，否则继续进行下一循环以判断母线是否发生故障。
如果发生了永久性故障，还可通过本发明进一步对发生永久性故障的区域进行判断。为此，本发明还包括故障电流获取模块、故障电流判断模块和区内故障判断模块。其中，故障电流获取模块用于获取永久性故障时各支路的实时电流之和，故障电流判断模块判断所述实时电流之和是否大于零，而区内故障判断模块则在所述实时电流之和大于零的情况下判断发生区内故障。优选地，所述装置还包括区内故障保护模块，用于在发生区内故障时，断开与母线相连的所有支路，以防止故障的进一步扩大。
进一步地，本发明还包括区外故障判断模块，其在所述实时电流之和小于或等于零时，判断发生区外故障。优选地，所述装置还包括：电流比较模块，用于在发生区外故障的情况下，比较各支路的电流；故障支路判断模块，用于将电流最大的支路判断为故障支路。优选地，所述装置还包括区外故障保护模块，用于断开所述的故障支路，并保持其余各支路继续工作。
本发明还提供了一种直流微电网***，包括上述的直流微电网母线故障识别装置。
如图1所示，利用上述技术方案，本发明可通过安装在保护装置处的配置数据采集装置采集直流母线电压及各支路电流数据，然后将各采集点采集到的数据以通讯的方式实时传输给保护控制中心，保护控制中心采用上述的方法或装置对数据进行分析、计算，从而判断出直流母线附近是否发生永久性故障。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，包括：
获取直流微电网的母线电压；
获取所述直流微电网的任一支路的支路电流；
根据所述母线电压得到母线电压增量；
根据所述支路电流得到支路电流增量；
判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；
如果所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值，则判断母线发生故障。
2.根据权利要求1所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，判断母线发生故障包括：
判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间；
如果所述状态所持续的时间大于所述预定时间，则判断母线发生了永久性故障；否则继续进行下一循环以判断母线是否发生故障。
3.根据权利要求2所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取永久性故障时各支路的实时电流之和；
判断所述实时电流之和是否大于零；
如果所述实时电流之和大于零，则判断发生区内故障。
4.根据权利要求3所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果发生区内故障，则断开与母线相连的所有支路。
5.根据权利要求3所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述实时电流之和小于或等于零，则判断发生区外故障。
6.根据权利要求5所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果发生区外故障，则比较各支路的电流；
将电流最大的支路判断为故障支路。
7.根据权利要求6所述的直流微电网母线故障识别方法，其特征在于，所述方法还包括：断开所述的故障支路，并保持其余各支路继续工作。
8.一种直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，包括：
电压获取模块，用于获取直流微电网的母线电压；
电流获取模块，用于获取所述直流微电网的任一支路的支路电流；
电压增量计算模块，用于根据所述母线电压得到母线电压增量；
电流增量计算模块，用于根据所述支路电流得到支路电流增量；
第一判断模块，用于判断所述电压增量是否大于第一动作预定值、及所述支路电流增量是否大于第二动作预定值；
第二判断模块，用于在所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的情况下，判断母线发生故障。
9.根据权利要求8所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述第二判断模块包括：
时间判断子模块，用于判断所述电压增量大于所述第一动作预定值、且所述支路电流增量大于所述第二动作预定值的状态所持续的时间是否大于预定时间；
永久性故障判断子模块，用于在所述状态所持续的时间大于所述预定时间的情况下，判断母线发生了永久性故障；否则继续进行下一循环以判断母线是否发生故障。
10.根据权利要求9所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述装置还包括：
故障电流获取模块，用于获取永久性故障时各支路的实时电流之和；
故障电流判断模块，用于判断所述实时电流之和是否大于零；
区内故障判断模块，用于在所述实时电流之和大于零的情况下，判断发生区内故障。
11.根据权利要求10所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述装置还包括：
区内故障保护模块，用于在发生区内故障时，断开与母线相连的所有支路。
12.根据权利要求10所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述装置还包括：
区外故障判断模块，用于在所述实时电流之和小于或等于零时，判断发生区外故障。
13.根据权利要求12所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述装置还包括：
电流比较模块，用于在发生区外故障的情况下，比较各支路的电流；
故障支路判断模块，用于将电流最大的支路判断为故障支路。
14.根据权利要求13所述的直流微电网母线故障识别装置，其特征在于，所述装置还包括区外故障保护模块，用于断开所述的故障支路，并保持其余各支路继续工作。
15.一种直流微电网***，其特征在于，包括权利要求8至14中任一项所述的直流微电网母线故障识别装置。
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