CN110783946B - 用于定位微电网中相故障的方法 - Google Patents

用于定位微电网中相故障的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110783946B
CN110783946B CN201910525126.3A CN201910525126A CN110783946B CN 110783946 B CN110783946 B CN 110783946B CN 201910525126 A CN201910525126 A CN 201910525126A CN 110783946 B CN110783946 B CN 110783946B
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
source
feeder
feeders
load
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910525126.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110783946A (zh
Inventor
P.阿利伯特
V.伊格纳托瓦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of CN110783946A publication Critical patent/CN110783946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110783946B publication Critical patent/CN110783946B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/28—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H02J3/0012—Contingency detection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H02J13/00034—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving an electric power substation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H02J13/00036—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers
    • H02J13/0004—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers involved in a protection system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12—Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于在离网模式下定位和清除微电网中的相故障的方法。该方法包括确定具有至少两个要监控的汇流排的微电网的监视区域；确定监视区域的所有源馈线和负载馈线；采集包括所有源馈线和负载馈线的电流大小的测量数据；以及监控监视区域中至少两个汇流排的相间电压或相对中性点电压之一的压降。该方法还包括：在检测到被监控的汇流排上的压降时，确定具有最小相对中性点电压的缺相；以及对缺相执行电流分析。

Description

用于定位微电网中相故障的方法
技术领域
本发明涉及一种用于定位微电网中电气故障的方法，尤其涉及一种包括分布式可再生和不可再生能源的微电网。
背景技术
微电网通常是局部电网，其旨在在隔离并且远离大型电能发电站的区域(诸如，例如岛屿、山区或沙漠区域)中发电和配电。当期望连接到宽配电网的建筑物、社区、校园或其他实体区别地管理其能量的产生以及例如提高其恢复能力时，微电网原理也是适用的。因此，总的来说，微电网是集成可再生和不可再生能源和/或储能装置电气装备，其能够在并网模式(on-grid mode)(连接到公用电网)和离网模式(off-grid mode)下操作。
微电网可以由各种类型的能源组成，这些能源在空间上分布并从主电网即公用电网断开，也称为分布式能源DER(distributed energy resource，分布式能源)。这种微电网是作为能源供应的自治孤岛(autonomous island)而建立的。这些分布式资源可以包括可再生能源，诸如光伏电池、太阳能电池板和风力涡轮机。它们还可以包括发动机驱动型发电机能源，诸如消耗燃料的发动机或涡轮机。并且它们可以包括用于局部储存能量的储能设施，储能设施可以包括诸如电池的化学类型储能装置，或者诸如飞轮的机械类型储能装置。电气装备中常见的是，各种局部部件简称为馈线间隔(feeder bay)或馈线，它们连接到具有单一电压的汇流排以便分配能量。
图1中示意性地示出了微电网的说明性示例。微电网可以在功能上分为资源平面、网络平面和控制平面。资源平面包括可再生能源、发电机和储能装置资源的分布式能源。反过来，每种不同类型的能源可以集中组织在不同的电厂(plant)中，诸如可再生能源电厂、发电机组电厂和储能装置电厂。网络平面包括配电网和被供应能量的负载。控制平面包括用于每种能源类型的电厂的局部控制器和用于集中控制不同能源电厂之间的协调的整体微电网中央控制器。
由于可再生能源作为DC(direct current，直流电)源操作，它们配备有逆变器以便提供可以耦合到电网的AC(alternating current，交流电)信号。逆变器提供的AC信号需要在相位和大小上都匹配电网。为了确保与电网的适当电气耦合，经由操作电气开关设备(诸如断路器)的保护继电器来监督/监控到电网的连接，使得能够将一个或多个能源从电网断开。例如，在微电网或电网中出现短路电流的情况下，这将是必需的。
这些可再生资源的逆变器的特点在于短路容量低。在电气故障的情况下，基于逆变器的资源将短路电流限制在不高于标称电流的值，以保护逆变器本身。
当具有光伏和储能装置资源的装备以并网模式操作时，在电气故障的情况下从电网输送的短路电流很高，并且使用传统的过流保护。当这些装备在离网模式下操作时，短路电流很低并且无法由过流保护设备检测到——至少对某些馈线而言。残余电流设备(Residual Current Device)可用于检测相对地故障。然而，相故障，包括相间故障、相对中性点故障和三相故障，仍然未被检测到，呈现在几秒钟内起火的风险。因此，需要额外的方法来检测、定位和保护微电网。
特别地，需要检测和隔离由分布式可再生和储能装置资源供电的装备的相电故障(phase electrical fault)的方法，同时能够在与主电网断开的情况下操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许在离网模式下检测微电网中的相故障的方法。
根据本发明，这个目的通过一种方法来实现，该方法包括：确定具有至少两个要监控的汇流排的微电网的监视区域；确定监视区域的所有源馈线和负载馈线；采集包括所有源馈线和负载馈线的电流大小的测量数据；以及监控监视区域中至少两个汇流排的相间电压或相对中性点电压之一的压降(voltage dip)。该方法还包括：在检测到被监控的汇流排之一上的压降时，确定具有最小相对中性点电压的缺相(defect phase)；以及对缺相执行电流分析。
在电气故障的情况下，所有能源都将输送最大电流，其中大部分有助于向电气故障馈电。每个故障位置都有一个独特的“特征”——由在装备的每一点处的独特电流和电流大小定义，可用于识别故障位置。
所提出的方法使用基于软件的集中式***，该***与每个馈线处的保护和测量单元以及安装在源汇流排上的所有电压继电器进行通信。在并网模式下，保护可以通过已知的过流保护设备来确保。然而，在离网模式下，由软件***按如下方式来识别故障的存在：
通过检测至少一个源汇流排上的压降来识别故障的存在。通过分析每个汇流排所有馈线的电流大小来确定故障位置。一旦故障被定位，触发(tripping)命令就可以被发送到最近的开关设备，诸如断路器，以将故障部件从对所定位的故障馈电的电源断开。
从属权利要求中阐述了本发明的特定实施例。
参考附图，本发明的其他目的、方面、效果和细节将在以下对多个示例性实施例的详细说明书中描述。
附图说明
仅作为示例，将参考附图描述本公开的实施例，其中：
图1示意性示出了微电网的示例；
图2示出了微电网的单线图的示例；
图3示出了根据本发明的方法的示例；以及
图4示出了根据本发明的基于电流大小测量的方法的示例的流程图的示例。
具体实施方式
参考图2，示出了表示微电网的示例的单线图。微电网具有连接各种负载36和不同能源37的六个汇流排30-35。能源37可以是诸如燃料发电机的不可再生能源，或者是诸如光伏电池的可再生能源。简而言之，每个连接可以被称为馈线间隔或馈线。微电网还具有电压测量设备U0-U5和电流测量设备，发电机电流的电流测量设备用IG1-IG4指示，负载电流的电流测量设备用IL1-IL4和IL21-IL23指示。每个电流测量装置与一个馈线相关联，馈线可以是输入的，也可以是输出的。每个馈线可以通过相应的断路器39 52与相应的汇流排连接和从相应的汇流排断开。例如，汇流排30具有一个控制到一个能源37的连接的断路器39，一个控制到汇流排32的连接的断路器40，该汇流排32连接到另一能源37，一个控制到汇流排31的连接的断路器42，该汇流排31连接到负载36，以及一个控制到汇流排33的连接的断路器41，该汇流排33连接到微电网的另外的部件。附加的断路器43和44可以分别用于进一步控制汇流排31和32的连接。附加的汇流排31、32的馈线还设置有另外的断路器54a-c和55a-d。
微电网是一个三相***，因此有三个相间电压Uab、Ubc和Uca以及三个相对中性点电压Uan、Ubn和Ucn。电压测量设备U0U5测量相应汇流排30-35的每个电压。类似地，电流测量设备测量相应馈线的每个相中的电流。此外，每个断路器39-55可以具有与其相关联的控制元件，用于控制连接。在该示例中，断路器经由单个中央控制/保护元件(未示出)被单独远程控制。在另一示例中，对于低电压(Low Voltage)，控制元件可以是触发单元(tripunit)。在另一示例中，对于高电压(High Voltage)或中电压(Medium Voltage)，控制元件可以是保护继电器。
虚线所指示的是监视区域38，对于监视区域38，汇流排电压和所有连接的馈线的电流测量是可用的。监视区域38包括连接到至少两个源的所有汇流排。所有输入源馈线和输出负载馈线的电流测量应该是可用的。此外，监视区域内所有相关断路器39-52的位置或状态(打开或关闭)应该是已知的。这些要素确定了微电网的电网拓扑。例如，可以从设计阶段或工程过程中提前知道通用电网拓扑，并且通常可以从存储在微电网的控制***内的文件中得到。例如，在IEC 61850框架内，拓扑可以例如从符合标准配置文件格式的.SCD或.SSD文件的变电站部分获得。存储和访问可以由中央控制器来安排，例如图1的微电网中央控制器。所有断路器的位置也可以从同一中央控制器获得。
从电网拓扑中还将知道哪些馈线是输入(即连接到电源)以及哪些馈线是输出(即连接到负载)，并且因此将知道电流被设计成流向哪个方向。在已知所有馈线的馈线类型(负载馈线或源馈线)并且被指示要求监视区域38的情况下，通过仅基于电流大小对一个或多个汇流排进行分析来定位相故障的方法是可能的。该方法可以仅应用于微电网的一部分，称为监视区域，该区域包括连接到至少两个电源的所有汇流排，对于该区域汇流排的电压可用，对于该区域汇流排的所有馈线的电流测量可用，并且对于该区域连接到这些汇流排的所有断路器的位置或状态可用。
参考图3，示出了用于在离网模式下定位微电网中的相故障的方法的示例。该方法包括确定微电网的监视区域38(301)，该监视区域38具有连接到至少两个能源37的至少两个汇流排。如上所述，监视区域取决于断路器的位置并且包括连接到至少两个能源的所有汇流排。该方法还包括确定监视区域的所有输入和输出馈线(302)。然后采集电流测量数据(303)，该测量数据包括所有馈线的电流大小。测量数据可以连续采集，或者仅在检测到相故障时触发采集。测量数据可以包括所有馈线的每个相的电流大小，或者仅包括检测到压降的所有馈线的相的电流大小。
该方法还包括监控监视区域38中的一个或多个汇流排(304)，以检测所有六相电压的压降。其中包括三个相间电压UAB、UBC、UCA和三个相对中性点电压VAN、VBN、VCN。当在至少两个被监控的汇流排之一上检测到压降时，确定具有最小相对中性点电压值的相(305)。对于该故障相，即具有最小相对中性点电压的相，执行电流分析(306)。
执行电流分析(306)包括对至少监视区域38执行区域电流分析，并且取决于区域电流分析的结果，进一步对监视区域38内的每个单独汇流排执行汇流排电流分析。每个单独汇流排的汇流排电流分析优选地被同时进行，以便减少定位相故障所需的时间量。
被监控的微电网的部分，即图2中的监视区域38，可以被视为应用基尔霍夫电流定律的节点。因此，所有输入电流应等于所有输出电流，或者不同地，等同于所有输入电流和输出电流之和应为零。
∑IGx-∑ILx＝0 (公式1)，
其中IGx指测量的源电流，并且
其中ILx指测量的负载电流。
因此，执行区域电流分析可以包括应用基尔霍夫电流定律来确定检测到的相故障是否位于监视区域38的之外和下游。应用基尔霍夫定律包括给输入电流(即源电流)和输出电流(即负载电流)分配相反的符号，并且对所有电流大小求和，以在总和不等于零的情况下定位相故障。如果基尔霍夫定律仍然生效，即总和为零，或者至少接近零，那么输出电流匹配输入电流，则与具有最大电流值的输出馈线之一相对应的第一断路器51、47、46或42被触发。第一断路器的触发可以在一段时间延迟后执行，以确保与一个或多个不受监控且不受控制的下游断路器的时间区分。
为了考虑潜在的测量误差和电流之间的相移，在触发第一断路器51、47、46或42之前，可以执行进一步的比较：
ABS(∑IGx-∑ILx)≤0.05×∑IGx (公式2)，
如果公式2成立，则公式1也成立，并且相故障将在输出馈线之一上的监视区域之外。
可以在触发断路器42下游的断路器43、54a-c之一之前触发第一断路器42，或者可以通过触发断路器42下游的断路器43、54a-c之一来防止触发第一断路器42。这可以在其电流测量可用时完成，因为可以确定位于更下游的单个馈线是否可能是相故障的唯一原因。在图2的示例中，对于下游汇流排31的馈线上的电流测量设备IL21、IL22和IL23而言就是这种情况。并且检查这些测得的电流IL21-IL23中的任一电流是否与输出馈线电流IL2匹配。此外，如果下游的断路器43、54a-c之一被触发，则断路器51、47、46、42可能不需要触发而因此被防止触发。
因此，如果基尔霍夫定律生效，并且如果电流测量可用于下游水平的馈线，则作为汇流排31的输入电流的汇流排30的输出电流IL2可以与汇流排31的输出电流IL21、IL22和IL23中的每一个进行比较。并且如果这些相电流之一等于输入电流IL2，优选地在10％的误差容限(margin)内，则在触发主断路器42之前或者甚至代替触发主断路器42，可以以预定的时间延迟触发相应下游水平输出馈线的断路器54a-c之一。考虑到测量精度、误差以及电流之间的潜在相移，优选地应用10％的误差容限。如果误差容限超过10％，则相故障位于汇流排水平之间，并且触发断路器42和/或43。
当没有检测到相故障时，上述分析方法也可以在操作期间被应用。那么公式1和2中提到的条件也应该生效。如果没有，并且没有检测到电压扰动，则指示所评估的微电网的电网拓扑不正确，并且保护方法没有准备好正常操作。
如果基尔霍夫定律无效，这意味着故障位于监视区域38内或位于其上游的源馈线中。因此在图2的示例中，故障位于汇流排30、33或34之一上或位于其上游，例如汇流排30的上游，意味着故障位于分别由断路器39和40控制的输入馈线之一上。为了在这种情况下定位故障，对每个汇流排30、33、34执行单独汇流排分析。单独汇流排分析将提供穿过监视区域的汇流排30、33和34上的短路方向，并允许确定故障位置。
在正确操作的微电网中，对于监视区域中的每个汇流排，基尔霍夫定律应该再次生效。然而，仍然可以组成一组用于输入和输出电流的***等式。假设输入馈线之一实际上在相反的输出方向上泄露(drain)电流，则对于每个可能的故障源馈线，可以建立相应的电流等式：
例如，对于汇流排30，将应用以下一组等式：
IG3+IG4＝IG5+IL2 (等式1)
IG4+IG5＝IG3+IL2 (等式2)
IG3+IG5＝IG4+IL2 (等式3)
对于等式1，假设源馈线的电流IG5为输出，而对于等式2，假设源馈线的电流IG3为输出。并且对于等式3，假设源馈线的电流IG4为输出。换句话说，由于故障，馈线的故障相充当负载馈线，尽管它连接到电源并因此打算作为输入源馈线。等式可以不同地重新排列：
IG3+IG4-IG5-IL2＝0 (等式1)
-IG3+IG4+IG5-IL2＝0 (等式2)
IG3-IG4+IG5-IL2＝0 (等式3)
具有最小总和值的等式确实指示哪个源馈线，IG3、IG4或IG5，是可能的相故障的来源。换句话说：
SumG5＝IG3+IG4-IG5-IL2 (等式4)
SumG3＝-IG3+IG4+IG5-IL2 (等式5)
SumG4＝IG3-IG4+IG5-IL2 (等式6)
因此，具有最低或最小值的电流总和指示可能的故障电流的方向。为了进一步便于评估最小值，可以确定每个总和的绝对值。
如果等式4、等式5和等式6的最小值将指向由IG3测量的源馈线，则该源馈线将是故障的根源，因为只有一个能源37连接到其上。因此，考虑到一定的时间延迟，可以触发相应的断路器39。
如果等式4、等式5和等式6的最小值将指向由IG4测量的源馈线，则故障的根源可能是经由相应断路器55a-d连接到汇流排32的能源37中的任何一个。因此，根据断路器40或44和断路器55之间的时间区分规则，考虑到一定的时间延迟，可以触发相应的断路器40或44之一。
由于对每个汇流排30、33和34执行上述最小值的评估，故障位置的最终确定成为可能；该位置或者在输入源馈线上，包括两个汇流排之间的馈线，或者在汇流排之一上。
在每个汇流排的最小总和值可用的情况下，短路或故障电流可以通过监视区域进行追踪。这意味着每个汇流排的最小总和值所指示的方向可以追踪到输入馈线。在图2的示例中，如果汇流排30的最小值指向IG5，并且连续地，汇流排33的最小总和值指向IG7，则故障可以被追踪到与IG1或IG2相关联的输入馈线之一，如汇流排34的最小总和值指示的。然后断路器50或52都可能被触发。如果电压没有恢复，则故障就在汇流排34本身上，并且输入馈线的所有断路器被触发。
另一方面，如果两个相连的汇流排的最小总和值相冲突，则故障位于内部馈线上，并且该馈线两端的断路器都可能被触发。在图2中，例如，这将是，如果汇流排30的最小总和值将指向与IG5相关联的馈线，以及汇流排33的最小总和值将指向与IG8相关联的馈线。因此，在这种情况下，断路器41和45都将被触发。
如果在触发适当的断路器之后相故障没有清除且因此压降或扰动仍然存在，则相故障可能位于汇流排之一本身。在这种情况下，已经触发第一断路器的汇流排的所有其他输入馈线也被触发。因此，如果最小总和值导致触发图2中的断路器52，则现在另外的断路器49和50也被触发以清除相故障。在这种情况下，尽管最小总和值提供了对故障位置的指示，但故障并未被清除；指示故障位于汇流排本身。
所公开的方法可以由具有一个或多个处理单元的作为微电网控制平面的一部分的中央控制元件来执行。图4中示出了用于实现该方法的示例的流程图的示例。执行该方法的控制元件将与所有测量设备和触发单元连接，以进行通信。将从控制元件得到电网拓扑。
如上所述，流程图从定义微电网的监视区域(401)开始，并且包括连接到两个或多个电源的所有汇流排。定义监视区域还包括识别监视区域中存在的所有源馈线和负载馈线。在执行期间，将检查电网拓扑的汇流排、馈线、负载和电源的变化(402)；并且如果需要的话，将重新定义监视区域。此外，当操作时，控制元件将连续采集测量数据，测量数据包括所有源馈线和负载馈线的电流大小以及汇流排的电压电平。
监控监视区域中汇流排的相间电压或相对中性点电压之一中的压降(403)，如由控制元件采集的。在检测到压降时，通过识别具有最小相对中性点电压的相来确定三个可能相中的哪一个是缺相(404)。为了允许在检查符合基尔霍夫定律时的一些测量误差和电流之间的相移，将源电流SIGx之和同相反的负载电流之和SILx之间的差与源电流之和的5％阈值(0.05×SIGx)进行比较(405)。如果差值低于阈值，则识别具有最大电流值“最大ILy”的负载馈线Y(406)，并且检查电网拓扑的下游电流测量的可用性(407)。如果无一可用，则与所识别的馈线Y相对应的触发单元被触发(408)。如果下游电流测量可用，并且下游馈线之一的电流测量匹配“最大ILy”，则与该下游馈线相对应的触发单元被触发(409)。无论如何，这将得到相故障的清除(410)。一旦清除，过程返回到流程图的开始(401)。
如果源电流之和SIGx和相反的负载电流之和SILx之间的差值超过阈值(405)，则处理继续进行单独汇流排分析(411)。在该分析中，如上所述，每个源馈线被分别认为是相故障的潜在根源，并且相应地，在假设相应源馈线之一实际上充当负载馈线的情况下，得到不同的等式。对于每个单独的汇流排，计算所得的等式组，以识别每个汇流排上可能向相故障馈电的源馈线。这些等式为每个潜在作出贡献的源馈线提供了源电流和负载电流的总和。具有最小总和值的源馈线指向故障位置，并因此可以追踪具有最小总和值的源馈线的轨迹。如果所识别的源馈线指向监视区域之外(412)，则与该源馈线相对应的触发单元被触发(413)。如果所识别的源馈线不指向监视区域之外(412)，而是指向内部馈线的相对端(414)，则与该内部馈线的两端相对应的触发单元被触发(415)。如果触发了触发单元之后汇流排处的电压未恢复(416)，则相关联的汇流排的所有触发单元被触发(417)。最后，相故障应该被清除418，并且处理在流程图的开始处(401)再次开始。
在以上说明书中，无论何时触发单元(诸如断路器)被触发，都应考虑时间相关性，如本领域已知的。
尽管上面已经参照特定实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于本文阐述的特定形式。相反，本发明仅受所附权利要求的限制，在这些所附权利要求的范围内，除了上述具体实施例之外的其他实施例同样是可能的。
此外，尽管以上已经在组件和/或功能的一些示例性组合中描述了示例性实施例，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可替换的实施例可以由构件和/或功能的不同组合来提供。此外，特别预期单独或作为实施例的一部分描述的特定特征可以与其他单独描述的特征或其他实施例的一部分结合。

Claims (11)

1.一种用于在离网模式下定位微电网中相故障的计算机实现的方法，包括：
定义微电网的监视区域，所述监视区域具有至少两个要监控的汇流排；
评估监视区域的所有源馈线和负载馈线；
采集测量数据，所述数据包括所有源馈线和负载馈线的电流大小；
监控监视区域中至少两个汇流排的相间电压或相对中性点电压之一中的压降，作为对相故障的指示；以及
在检测到压降时：
确定具有最小相对中性点电压的缺陷相；并且
对所述缺陷相进行电流分析，
其中执行电流分析包括：
应用基尔霍夫电流定律来确定检测到的相故障的位置：
如果针对所述监视区域基尔霍夫电流定律生效，触发与具有最大电流值的负载馈线相对应的主断路器，
如果针对所述监视区域基尔霍夫电流定律无效，
为监视区域中的每个汇流排确定至少一个最小源馈线；以及
确定监视区域上最小源馈线的轨迹；以及
如果轨迹指向监视区域之外的故障位置，则触发与轨迹末端处的源馈线相对应的断路器；和/或
如果轨迹指向监视区域之内的内部馈线的故障位置，则触发轨迹两端的内部馈线的断路器，
其中，为监视区域中的每个汇流排确定至少一个最小源馈线包括：
为所述汇流排的所有源馈线中的每一个源馈线计算总和电流值，并且将所述所有源馈线中具有最小总和电流值的至少一个源馈线确定为所述至少一个最小源馈线，并且
其中，为所述汇流排的所有源馈线中的每一个计算总和电流值包括：通过将所述源馈线假设为故障源馈线来计算所述源馈线的总和电流值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基尔霍夫电流定律在第一误差容限为5％或更小的情况下生效。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中执行电流分析进一步包括：
如果针对所述监视区域基尔霍夫定律生效，并且如果电流测量数据对于下游水平的馈线为可用，则如果下游馈线的一个相电流在第二误差容限内等于具有最大电流的负载馈线的电流，那么：
在触发与具有最大电流值的负载馈线相对应的主断路器之前，或者代替触发与具有最大电流值的负载馈线相对应的主断路器，以时间延迟触发对应的下游水平负载馈线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二误差容限为10％或更小。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中执行电流分析进一步包括：
如果在从触发一个或多个断路器起的预定时间延迟之后，电压扰动仍然存在，则触发相应汇流排的所有馈线的所有断路器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中执行电流分析进一步包括：
为源电流和负载电流分配相反的符号；
对所有电流大小求和，以定位监视区域之内或之外的相故障；
如果总和电流在第一误差容限内为零，则确定在三个相之一中具有最大电流值的、监视区域之外的负载馈线；以及
如果对于下游馈线没有可用的电流测量，则以一定的时间延迟触发与所确定的具有最大电流值的负载馈线相对应的断路器；或者
如果下游电流测量对于更下游的馈线为可用，并且
如果一个下游电流测量在第二误差容限内等于所确定的具有最大电流值的负载馈线的电流，则以时间延迟触发对应的下游负载馈线；或者
如果下游电流测量无一在10％的误差容限内等于所确定的具有最大电流值的负载馈线的电流，则触发与所确定的具有最大电流值的负载馈线相对应的断路器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中执行电流分析进一步包括：
如果总和电流在第一误差容限内不为零，
则为监视区域中的每个汇流排确定至少一个最小源馈线，所述最小源馈线具有相应汇流排的所有源馈线的最小总和电流值，以及
追踪监视区域上的最小源馈线的轨迹；
如果轨迹指向监视区域之外的源馈线，则触发与轨迹末端处的源馈线相对应的断路器；
如果轨迹指向监视区域之内的内部源馈线的故障位置，则触发轨迹两端处的内部源馈线的断路器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中执行电流分析进一步包括：
如果在触发一个或多个断路器随后的预定时间延迟之后，电压扰动仍然存在，则触发相应汇流排的所有馈线的所有断路器。
9.一种包括具有指令的计算机程序的计算机程序产品，当所述指令在至少一个处理器上执行时，使得所述至少一个处理器执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
10.一种其上存储有由控制微电网的计算机处理器执行的计算机可执行代码的计算机可读介质，其中可执行代码的指令的执行使得计算机处理器在微电网上执行根据权利要求1-8中任一项所述的计算机实现的方法。
11.一种微电网中央控制器，包括：
通信装置，用于从测量设备收集测量数据并与控制设备交换控制数据；
至少一个计算机处理器，用于执行指令；以及
计算机程序产品，包括具有指令的计算机程序，所述指令在所述至少一个处理器上执行时，使得所述至少一个计算机处理器执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
CN201910525126.3A 2018-07-31 2019-06-18 用于定位微电网中相故障的方法 Active CN110783946B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18306031.8A EP3605436B1 (en) 2018-07-31 2018-07-31 Method for locating phase faults in a microgrid and controller
EP18306031.8 2018-07-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110783946A CN110783946A (zh) 2020-02-11
CN110783946B true CN110783946B (zh) 2024-05-24

Family

ID=63144944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910525126.3A Active CN110783946B (zh) 2018-07-31 2019-06-18 用于定位微电网中相故障的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11209474B2 (zh)
EP (1) EP3605436B1 (zh)
CN (1) CN110783946B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111668817A (zh) * 2020-06-09 2020-09-15 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种阻断故障电流的光伏并网控制方法和***
US11588323B2 (en) 2020-09-03 2023-02-21 Commonwealth Associates, Inc. Method and apparatus for locating faults in an islanded microgrid
US11719736B2 (en) * 2020-12-07 2023-08-08 S&C Electric Company Method for locating and isolating a fault in a power distribution network
US11616358B2 (en) 2020-12-07 2023-03-28 S&C Electric Company Fault isolation
CN113078649B (zh) * 2021-03-31 2021-11-16 贵州电网有限责任公司 基于灵敏度分析和设备故障率的电网事故事件等级预判***和方法
CN114217144B (zh) * 2021-12-06 2023-09-08 广州天加环境控制设备有限公司 一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法
CN116826674B (zh) * 2023-06-19 2024-06-11 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种适配控制模式切换的光储充群直流微电网极间故障保护方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1223652A1 (de) * 2001-01-16 2002-07-17 Abb Research Ltd. Verfahren zum Lokalisieren eines Fehlers in einem Stromnetz
CN101755373A (zh) * 2007-07-24 2010-06-23 西门子公司 保护设备和用于驱动保护设备的方法
CN102818972A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 天津大学 一种微电网故障定位方法
CN103701106A (zh) * 2013-12-11 2014-04-02 清华大学 一种适用于微电网的继电保护方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003230562A1 (en) * 2002-02-25 2003-09-09 General Electric Company Method and apparatus for ground fault protection
GB0606904D0 (en) * 2006-04-06 2006-05-17 Rolls Royce Plc Electrical Fault Detection
US7542256B2 (en) * 2006-12-29 2009-06-02 General Electric Company Relay device and corresponding method
US8405944B2 (en) * 2007-10-09 2013-03-26 Schweitzer Engineering Laboratories Inc Distributed bus differential protection using time-stamped data
EP2194656B1 (en) * 2008-12-03 2014-06-25 ABB Research Ltd. Electrical power network management system
EP2710700B1 (en) * 2011-05-19 2015-11-25 ABB Technology AG System and method for protecting an electrical power grid
CN102611086B (zh) * 2012-03-27 2015-01-07 许继电气股份有限公司 一种区域配电网集中式网络化保护***及方法
FR2996691B1 (fr) * 2012-10-05 2015-11-13 Schneider Electric Ind Sas Plan de protection ameliore contre les defauts monophases pour les reseaux de distribution moyenne tension
CN102967842B (zh) * 2012-10-24 2014-11-05 重庆大学 一种电子式电流互感器的渐变性故障在线诊断方法
CA2885117C (en) * 2014-03-17 2022-12-06 Open Access Technology International, Inc. Cloud-based microgrid control
US9923371B1 (en) * 2014-08-13 2018-03-20 Rosendin Electric, Inc. Shared resource system
EP3327453B1 (en) * 2016-11-23 2023-12-27 General Electric Technology GmbH Method of locating a fault in a power transmission scheme
KR101904815B1 (ko) * 2016-12-21 2018-10-15 효성중공업 주식회사 Ｅｓｓ용 ｐｃｓ 및 ｐｃｓ 운전 방법
EP3460935B1 (en) * 2017-09-22 2021-06-16 ABB Schweiz AG Method and system for feeder protection in electrical power network
US10269509B1 (en) * 2018-05-16 2019-04-23 The Florida International University Board Of Trustees Methods and techniques for protection of microgrid energy management system with distributed storage
US11211800B2 (en) * 2018-06-08 2021-12-28 The Regents Of The University Of California Method and system for locating the source of events in power distribution systems using distribution-level PMU data

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1223652A1 (de) * 2001-01-16 2002-07-17 Abb Research Ltd. Verfahren zum Lokalisieren eines Fehlers in einem Stromnetz
CN101755373A (zh) * 2007-07-24 2010-06-23 西门子公司 保护设备和用于驱动保护设备的方法
CN102818972A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 天津大学 一种微电网故障定位方法
CN103701106A (zh) * 2013-12-11 2014-04-02 清华大学 一种适用于微电网的继电保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
微电网并入配电网的故障定位研究;刘伟;;电子世界(01);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200041561A1 (en) 2020-02-06
CN110783946A (zh) 2020-02-11
US11209474B2 (en) 2021-12-28
EP3605436A1 (en) 2020-02-05
EP3605436B1 (en) 2022-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110783946B (zh) 用于定位微电网中相故障的方法
Patnaik et al. AC microgrid protection–A review: Current and future prospective
US11205892B2 (en) Method for locating phase faults in a microgrid
Rezaei et al. An analytical review on state-of-the-art microgrid protective relaying and coordination techniques
Choudhary et al. A review on microgrid protection
EP3334000B1 (en) A method for controlling an electric power distribution micro-grid
JP5986428B2 (ja) 配電保護システムおよび方法
KR102099568B1 (ko) 분산 전원이 연계된 배전 계통의 자동 고장 처리 장치 및 그 방법
Isa et al. Evaluation on non-detection zone of passive islanding detection techniques for synchronous distributed generation
AU2020103307A4 (en) Machine Learning-Based Power Quality Improvement System For Micro-Grid
Sarathkumar et al. A technical review on classification of various faults in smart grid systems
Mirsaeidi et al. Review and analysis of existing protection strategies for micro-grids
Billinton et al. Composite generation and transmission system adequacy evaluation including protection system failure modes
Biswal et al. Integrated wide-area backup protection algorithm during stressed power system condition in presence of wind farm
Qin et al. A multiple model filtering approach to transmission line fault diagnosis
Ahmadi et al. Reliability analysis of the bus-bar systems in multiterminal hvdc systems
KR20180087508A (ko) 중첩 무효 에너지 측정을 통한 마이크로그리드 보호계전기 및 그 제어 방법
Esmail et al. Modified autonomous fault management strategy for enhancing distribution network reliability
Puhan et al. Optimal PMU placement using Fuzzy Logic and WAMS based PMU measurement for Faulted Zone Identification
McDermott et al. Protection of distribution circuits with high penetration of solar pv: Distance, learning, and estimation-based methods
Ramesh et al. Wide area monitoring protection and control-A comprehensive application review
CA3086377A1 (en) System and method for use with microgrids having inverter-based distributed generators
Venkatanagaraju et al. Synchrophasor-Based Wide Area Protection Scheme for System Stressed Conditions to Avoid Power System Blackout: Wide Area Protection Scheme for System Stressed Conditions
CN110320447A (zh) 基于联接变经高阻接地的直流电网拓扑及其故障定位方法
Alhadrawi et al. A NEW METHOD TO ENHANCE THE DIFFERENTIAL PROTECTION OF THE MICROGRID BY SELF-BACKUP PROTECTION

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant