本發(fā)明涉及一種在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中相故障的方法。該方法包括獲得具有至少兩個匯流排的微電網(wǎng)的電網(wǎng)拓撲，并確定電網(wǎng)拓撲的所有斷路器的位置。此外，采集包括電流大小和電壓大小的測量數(shù)據(jù)。監(jiān)控至少兩個匯流排的相間電壓或相對中性點電壓之一的壓降。在檢測到壓降時，確定具有最小相對中性點電壓值的缺相。使用相方向信息對缺相執(zhí)行匯流排分析和饋線分析。
本發(fā)明涉及一種用于定位微電網(wǎng)中電氣故障的方法，尤其涉及一種包括分布式可再生和不可zhai生能源的微電網(wǎng)。
申請人：施耐德電器工業(yè)公司
發(fā)明人：P .阿利伯特 V .伊格納托瓦
技術(shù)背景
微電網(wǎng)通常是局部電網(wǎng)，其旨在在隔離并且遠離大型電能發(fā)電站的區(qū)域(諸如，例如島嶼、山區(qū)或沙漠區(qū)域)中發(fā)電和配電。當期望連接到寬配電網(wǎng)的建筑物、社區(qū)、校園或其他實體區(qū)別地管理其能量的產(chǎn)生以及例如提高其恢復(fù)能力時，微電網(wǎng)原理也是適用的。因此，總的來說，微電網(wǎng)是集成可再生和不可zhai生能源和/或儲能裝置的電氣裝備，其能夠在并網(wǎng)模式(on-grid mode) (連接到公用電網(wǎng))和離網(wǎng)模式(off-grid mode)兩者下操作。
微電網(wǎng)可以由各種類型的能源組成，這些能源在空間上分布并從主電網(wǎng)即公用電網(wǎng)斷開，也稱為分布式能源DER(distributed energy resource，分布式能源)。這種微電網(wǎng)是作為能源供應(yīng)的自治孤島(autonomous island)而建立的。這些分布式資源可以包括可再生能源，諸如光伏電池、太陽能電池板和風(fēng)力渦輪機。它們還可以包括發(fā)動機驅(qū)動型發(fā)電機(engine-generator)能源，諸如消耗燃料的發(fā)動機或渦輪機。并且它們可以包括用于局部儲存能量的儲能設(shè)施，儲能設(shè)施可以包括諸如電池的化學(xué)類型儲能裝置，或者諸如飛輪的機械類型儲能裝置。電氣裝備中常見的是，各種局部部件簡稱為饋線間隔(feeder bay)或饋線，它們連接到具有單一電壓的匯流排以便分配能量。
圖1中示意性地示出了微電網(wǎng)的說明性示例。微電網(wǎng)可以在功能上分為資源平面、網(wǎng)絡(luò)平面和控制平面。資源平面包括可再生能源、發(fā)電機和儲能裝置資源的分布式能源。反過來，每種不同類型的能源可以集中組織在不同的電廠(plant)中，諸如可再生能源電廠、發(fā)電機組電廠和儲能裝置電廠。網(wǎng)絡(luò)平面包括配電網(wǎng)和被供應(yīng)能量的負載?？刂破矫姘ㄓ糜诿糠N能源類型的電廠的局部控制器和用于集中控制不同能源電廠之間的協(xié)調(diào)的整體微電網(wǎng)中央控制器。
由于可再生能源作為DC(direct current，直流電)源操作，所以它們配備有逆變器以便提供可以耦合到電網(wǎng)的AC(alternating current，交流電)信號。逆變器提供的AC信號需要在相位和大小上都匹配電網(wǎng)。為了確保與電網(wǎng)的適當電氣耦合，經(jīng)由操作電氣開關(guān)設(shè)備(諸如斷路器)的保護繼電器來監(jiān)督/監(jiān)控到電網(wǎng)的連接，使得能夠?qū)⒁粋€或多個能源從電網(wǎng)斷開。例如，在微電網(wǎng)或電網(wǎng)中出現(xiàn)短路電流的情況下，這將是必需的。
這些可再生資源的逆變器的特點在于短路容量低。在電氣故障的情況下，基于逆變器的電源將短路電流限制在不高于標稱電流的值，以保護逆變器本身。
當具有光伏和儲能裝置資源的裝備以并網(wǎng)模式操作時，在電氣故障的情況下從電網(wǎng)輸送的短路電流很高，并且使用傳統(tǒng)的過流保護。當這些裝備在離網(wǎng)模式下操作時，短路電流很低并且無法由過流保護設(shè)備檢測到——至少對某些饋線而言。殘余電流設(shè)備(Residual Current Device)可用于檢測相對地(phase to ground)故障。然而，相故障，包括相間故障、相對中性點故障和三相故障，仍然未被檢測到，呈現(xiàn)在幾秒鐘內(nèi)起火的風(fēng)險。
因此，需要額外的方法來檢測、定位和保護微電網(wǎng)。
特別是，需要檢測并隔離由分布式可再生和儲能裝置資源供電的裝備的相電故障(phase electrical fault)的方法，并且其能夠在與主電網(wǎng)斷開的情況下操作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種允許在離網(wǎng)模式下檢測微電網(wǎng)上的相故障的方法。
在電氣故障的情況下，所有能源都將輸送zhui大電流，其中大部分有助于對電氣故障饋電。每個故障位置都有一個獨特的“特征”——由裝備的每一點處的獨特電流和電流大小定義，可用于識別故障位置。
所提出的方法使用基于軟件的集中式系統(tǒng)，該系統(tǒng)與每個饋線處的保護和測量單元以及安裝在源匯流排處的所有電壓繼電器進行通信。
在并網(wǎng)模式下，保護可以通過已知的過電流保護設(shè)備來確保。
在離網(wǎng)模式下，軟件系統(tǒng)按如下方式識別故障的存在：
通過檢測至少一個源匯流排上的壓降來識別故障的存在。通過分析每個饋線中的電流和電壓大小以及電流方向來確定故障位置。其中電流方向可以通過來自相方向元件的測量來確定。一旦故障被定位，觸發(fā)命令就可以被發(fā)送到最近的開關(guān)設(shè)備，諸如一個或多個斷路器，以將故障部件從對所定位的故障饋電的電源斷開。
從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的特定實施例。
參考附圖，本發(fā)明的其他目的、方面、效果和細節(jié)將在以下對多個示例性實施例的詳細說明書中描述。
發(fā)明專利要點簡析
1 .一種用于在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中的相故障的方法，包括：
獲得(301)微電網(wǎng)的電網(wǎng)拓撲，所述微電網(wǎng)具有至少兩個要監(jiān)控的匯流排(30，31，32)；
確定(302)電網(wǎng)拓撲的所有斷路器的斷路器位置數(shù)據(jù)；
采集(303)測量數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括電流大小和電壓大??；
監(jiān)控(304)至少兩個匯流排的相間電壓或相對中性點電壓之一中的壓降；以及在檢測到壓降時：
確定具有最小相對中性點電壓值的缺相；并且對至少一個匯流排執(zhí)行匯流排分析。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中執(zhí)行匯流排分析包括：
基于電流大小數(shù)據(jù)確定對于具有最小相對中性點電壓的缺相具有zhui大相電流的至少兩個饋線；以及
基于相方向數(shù)據(jù)確定具有zhui大電流的至少兩個饋線的相電流方向；并且如果具有zhui大電流的至少兩個饋線的電流方向都在匯流排方向上，則生成用于觸發(fā)與被分析的匯流排的饋線相關(guān)聯(lián)的所有斷路器的信號。
3 .根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中執(zhí)行匯流排分析包括：
如果所述至少兩個饋線中具有zhui高zhui大電流的一個饋線的電流方向在饋線方向上，則對所述饋線執(zhí)行饋線分析；或者
如果具有zhui大電流的至少兩個饋線中具有zhui高zhui大電流的饋線的電流方向在匯流排方向上，則對具有zhui大電流的至少兩個饋線中的第二饋線執(zhí)行饋線分析。
4 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中執(zhí)行饋線分析包括：
如果被分析的饋線不位于兩個發(fā)電機之間，則以預(yù)定的時間延遲觸發(fā)與所述饋線相對應(yīng)的斷路器；或者
如果被分析的饋線位于兩個發(fā)電機之間，則確定饋線相反端上的第二方向相元件的電流方向，并且然后：
如果第二測量設(shè)備的電流相方向朝向所述饋線，則觸發(fā)與第一相方向元件和第二相方向元件相關(guān)聯(lián)的兩個斷路器；或者
如果第二相方向元件的電流方向朝向下游匯流排，則通過對所述下游匯流排執(zhí)行匯流排分析來定位故障。
5 .根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述方法是計算機實現(xiàn)的方法。
6 .一種包括具有指令的計算機程序的計算機程序產(chǎn)品，當所述指令在至少一個處理器上執(zhí)行時，使得所述至少一個處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法。
7 .一種其上存儲有由控制微電網(wǎng)的計算機處理器執(zhí)行的計算機可執(zhí)行代碼的計算機可讀介質(zhì)，其中，可執(zhí)行代碼的指令的執(zhí)行使得計算機處理器在微電網(wǎng)上執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的計算機實現(xiàn)的方法。
8 .一種微電網(wǎng)中央控制器，包括：
通信裝置，用于從測量設(shè)備收集測量數(shù)據(jù)并與控制設(shè)備交換控制數(shù)據(jù)；
至少一個計算機處理器，用于執(zhí)行指令；以及計算機程序產(chǎn)品，包括具有指令的計算機程序，當所述指令在所述至少一個處理器上執(zhí)行時，使得所述至少一個計算機處理器執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法。
9 .一種用于在離網(wǎng)模式下定位微電網(wǎng)中的相故障的方法，包括：
基于相方向數(shù)據(jù)，確定匯流排的至少兩個饋線的相電流方向，所述饋線對于具有最小相對中性點電壓的相具有zhui大相電流；
如果這些具有zhui大電流的至少兩個饋線的電流方向都在匯流排方向上，則觸發(fā)與所述匯流排的饋線相關(guān)聯(lián)的所有斷路器；
否則，執(zhí)行饋線分析，包括：
如果zhui高電流的方向在饋線方向上，并且如果具有所述zhui高電流的饋線不在兩個發(fā)電機之間，則以時間延遲觸發(fā)饋線；或者
并且如果具有所述zhui高電流的饋線在兩個發(fā)電機之間，則確定同一條饋線中第二方向相測量設(shè)備的電流相方向，并且然后如果第二測量設(shè)備的電流相方向在饋線方向上，則觸第一測量設(shè)備和第二測量設(shè)備的兩個相關(guān)聯(lián)的斷路器；
或者如果第二測量設(shè)備的電流相方向朝向匯流排，則通過對下游匯流排的匯流排相方向分析來定位故障；
如果zhui高電流的方向在匯流排方向上，以及第二高電流的方向在饋線方向上，并且如果具有所述第二zhui高電流的饋線不位于兩個發(fā)電機之間，則以時間延遲觸發(fā)饋線；
或者如果具有所述第二高電流的饋線位于兩個發(fā)電機之間，則確定同一條饋線中第二方向相測量設(shè)備的電流相方向，并且然后如果第二測量設(shè)備的電流相方向在饋線方向上，則觸發(fā)第一測量設(shè)備和第二測量設(shè)備的兩個相關(guān)聯(lián)的斷路器；
如果第二測量設(shè)備的電流相方向是朝向匯流排，則通過對下游匯流排的匯流排相方向分析來定位故障。
