一種基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種新能源的微電網(wǎng)繼電保護(hù)方法，屬于繼電保護(hù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技 術(shù)、電子技術(shù)多學(xué)科技術(shù)綜合運(yùn)用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于W即插即用方式靈活并離網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)，現(xiàn)有的繼電保護(hù)設(shè)備已經(jīng)不能適 應(yīng)，必須研究新原理、新方式的繼電保護(hù)。微電網(wǎng)繼電保護(hù)的裝置需要適應(yīng)并離、網(wǎng)兩種運(yùn) 行方式，在兩種模式下均應(yīng)滿足快速性、可靠性、靈敏性、選擇性的要求。
[000引在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)儲能電站內(nèi)部短路，故障電流的特性與大電網(wǎng)故障特性相同；而 儲能電站由電力電子設(shè)備逆變發(fā)電，在與配電網(wǎng)斷開獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，在微電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)故障， 由于短路電流受到IGBT限制，不能提供足夠的短路電流。因此微電網(wǎng)在離網(wǎng)后，傳統(tǒng)的故 障模型和分析方法不再適用，傳統(tǒng)繼電保護(hù)的判據(jù)將部分、或者全部失效。
[0004] 經(jīng)檢所發(fā)現(xiàn)中國發(fā)明專利申請CN101202426A，公開了一種S次諧波增量制動專 用定子應(yīng)間保護(hù)的方法，其通過反映發(fā)電機(jī)縱向零序電壓基波分量，并利用其=次諧波增 量作為制動量，來鑒別發(fā)電機(jī)應(yīng)間短路。其中，使用基波分量與=次諧波分量的比例作為 發(fā)電機(jī)應(yīng)間保護(hù)的動作判據(jù)；W零序電壓基波的大小作為輔助判據(jù)。該方法能夠識別發(fā)電 機(jī)定子應(yīng)間的短路，但無法適用于儲能電站的微電網(wǎng)內(nèi)部短路故障。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明要解決技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，提出一種基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保 護(hù)方法，采用短路電流中諧波分量的突增量作為第一判據(jù)，頻率偏離值作為第二判據(jù)，能夠 準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的繼電保護(hù)。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保 護(hù)方法，其特征在于：實(shí)時(shí)采樣微電網(wǎng)線路的全電流I和系統(tǒng)頻率f，并計(jì)算總諧波電流 Ie，在[T，T+AT]的時(shí)間范圍內(nèi)，當(dāng)微電網(wǎng)線路上的總諧波電流Ie睹增，且微電網(wǎng)的系統(tǒng) 頻率變化超過預(yù)設(shè)的偏離整定值fd時(shí)，判定T+AT時(shí)刻微電網(wǎng)線路已發(fā)生短路， 微電網(wǎng)保護(hù)啟動，其中T為任意采樣時(shí)刻，AT不低于1/F，F(xiàn)為采樣頻率；為T時(shí)刻的系 統(tǒng)頻率，f2為T+AT時(shí)刻的系統(tǒng)頻率，fd的取值范圍是2-3HZ，其中判斷總諧波電流IE在 [T，T+AT]的時(shí)間范圍內(nèi)是否睹增的輔助判據(jù)口檻通過W下自學(xué)習(xí)方法獲得：
[0007] 首先由預(yù)設(shè)的輔助判據(jù)口檻進(jìn)行突變判斷，當(dāng)線路發(fā)生第1次短路故障后，將第1 次短路故障時(shí)的諧波突變量或諧波突變量換算值作為新的輔助判據(jù)口檻，當(dāng)線路發(fā)生第n 次短路故障后，將第1次至第n次短路故障時(shí)的諧波突變量平均值或諧波突變量換算值的 平均值作為后續(xù)的輔助判據(jù)口檻，其中，n為大于1的自然數(shù)，從而W動態(tài)調(diào)整的方式實(shí)現(xiàn) 對輔助判據(jù)口檻的自學(xué)習(xí)。
[0008] 由于各制造廠生產(chǎn)的逆變器諧波水平不一致，依次（通過仿真獲取的）預(yù)設(shè)輔助 判據(jù)口檻可能存在偏差。因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了輔助判據(jù)口檻的自學(xué)習(xí)方法，根據(jù)故障發(fā)生時(shí) 記錄的諧波數(shù)值或換算值進(jìn)行自動設(shè)定，從而使輔助判據(jù)口檻更準(zhǔn)確，從而提高短路保護(hù) 的判斷精度。
[0009] 其中，總諧波電流Ie至少包括二次、S次、五次的諧波電流分量；對線路電流和系 統(tǒng)頻率的采樣頻率范圍為2400-5000HZ。
[0010] AT建議的取值范圍為l/F-20ms。
[0011] 大量的實(shí)際運(yùn)行、仿真、測試結(jié)果證明，并網(wǎng)時(shí)微電網(wǎng)向大系統(tǒng)提供的短路電流，W及離網(wǎng)后微電網(wǎng)內(nèi)部短路電流具有逆變器輸出特性。既使在故障瞬間短路電流增加不明 顯，但是它的諧波分量增大明顯，頻率也有所變化。
[0012] 當(dāng)微電網(wǎng)離網(wǎng)后發(fā)生短路故障時(shí)，微電網(wǎng)逆變器提供的短路電流比正常工作電流 有所增大，一般只有1.2倍的額定電流，常規(guī)過電流保護(hù)的動作靈敏度不足，將導(dǎo)致繼電保 護(hù)拒動。逆變器提供短路電流雖然不大，但是諧波分量在短路瞬間突然增大，另外，故障起 始時(shí)刻頻率也有波動。
[0013]按照傳統(tǒng)繼電保護(hù)整定計(jì)算方法，過電流保護(hù)需要有一定的靈敏度，而1.2倍短 路電流不能滿足繼電保護(hù)靈敏度的要求。
[0014]本發(fā)明采用短路電流中諧波分量的突增量作為第一判據(jù)，頻率偏離值作為第二判 據(jù)，采用多種復(fù)合判據(jù)構(gòu)成微電網(wǎng)繼電保護(hù)。
[0015]可見，本發(fā)明方法基于微電網(wǎng)的特性，利用一組判據(jù)，可準(zhǔn)確識別短路故障并及時(shí) 做出動作，大大提高了微電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。
[0016]考慮到微電網(wǎng)的逆變器具有限制短路電流的作用，因此在發(fā)生短路后，全電流的 幅值增長不大，而諧波電流卻睹增。
[0017]為了確保判斷更準(zhǔn)確，考慮到上述情況，本發(fā)明還提出了兩種判斷總諧波電流睹 增的間接判斷方法，均具有較高的靈敏度：
[0018] 1、在[T，T+AT]的時(shí)間范圍內(nèi)，若諧波總電流與全電流的比值的增值超過輔助判 據(jù)口檻A1，則判定總諧波電流睹增，判定公式如下，
[0020] 式中，2為T+AT時(shí)刻的總諧波電流，12為T+AT時(shí)刻的全電流，IU為T時(shí) 刻的總諧波電流，Ii為T時(shí)刻的全電流，輔助判據(jù)口檻A1的取值范圍為2-10。
[0021] 本方法中使用諧波總電流與全電流的比值變化來進(jìn)行諧波分量的突變判斷，對應(yīng) 的，輔助判據(jù)口檻采用W下方式進(jìn)行自學(xué)習(xí)更新：
[0022] 第1次短路故障發(fā)生后，輔助判據(jù)口檻更新為諧波總電流與全電流之比的突變 量；第2次短路故障后，將第1次和第2次故障中獲得的諧波總電流與全電流之比的突變量 的平均值作為新的輔助判據(jù)口檻；W此類推，第n次短路故障后，第1次至第n次故障中獲 得的諧波總電流與全電流之比的突變量的平均值作為后續(xù)的輔助判據(jù)口檻。實(shí)現(xiàn)輔助判據(jù) 口檻的動態(tài)更新。
[002引 2、在[T，T+AT]的時(shí)間范圍內(nèi)，若諧波總電流與基波電流的比值的增值超過輔助 判據(jù)口檻A2,則判定總諧波電流睹增，判定公式如下，
[0025]式中，2為T+AT時(shí)刻的總諧波電流，I'2為T+AT時(shí)刻的基波電流，IU為T時(shí)刻的總諧波電流，1' 1為T時(shí)刻的基波電流，輔助判據(jù)口檻A2的取值范圍為2-10。
[0026]本方法中使用諧波總電流與基波電流的比值變化來進(jìn)行諧波分量的突變判斷，對 應(yīng)的，輔助判據(jù)口檻采用W下方式進(jìn)行自學(xué)習(xí)更新：
[0027] 第1次短路故障發(fā)生后，輔助判據(jù)口檻更新為諧波總電流與基波電流之比的突變 量；第2次短路故障后，將第1次和第2次故障中獲得的諧波總電流與基波電流之比的突變 量的平均值作為新的輔助判據(jù)口檻；W此類推，第n次短路故障后，第1次至第n次故障中 獲得的諧波總電流與基波電流之比的突變量的平均值作為后續(xù)的輔助判據(jù)口檻。實(shí)現(xiàn)輔助 判據(jù)口檻的動態(tài)更新。
[0028]上述兩方法中，第一個(gè)使用諧波總電流與全電流的比值變化，第二個(gè)使用諧波總 電流與基波電流的比值變化。全電流是諧波總電流與基波電流之和，在全電流增幅不大的 情況下，諧波總電流猛增，基波電流則下降，運(yùn)樣諧波總電流與基波電流的比值會有更大的 變化，可見第二種方法的判斷靈敏度更高。并且本發(fā)明還給出了上述兩判斷方法的初始輔 助判據(jù)口檻取值范圍。
[0029]本發(fā)明基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保護(hù)方法是一種實(shí)時(shí)的保護(hù)方法，采樣頻率較高，對 諧波有良好的分辨能力。
[0030] 如果在方法中，將當(dāng)前采樣時(shí)刻定義為T+AT時(shí)刻，則本發(fā)明方法具備實(shí)時(shí)性。在 實(shí)際運(yùn)行中，實(shí)時(shí)的對微電網(wǎng)母線進(jìn)行指定頻率的采樣，時(shí)間區(qū)間[T，T+AT]隨之向后移 動，把當(dāng)前采集獲取的數(shù)據(jù)與AT時(shí)間前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可實(shí)現(xiàn)在線保護(hù)。
【附圖說明】
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0032] 圖1是短路瞬間微電網(wǎng)母線電壓波形圖。
[0033] 圖2是短路瞬間微電網(wǎng)母線短路電流波形圖。
[0034]圖3是本發(fā)明基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保護(hù)方法的判據(jù)邏輯示意圖。
[0035]圖4是本發(fā)明基于自學(xué)習(xí)的微電網(wǎng)保護(hù)方法流程圖。
[0036]圖5是本實(shí)施例微電網(wǎng)主接線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0038] 如圖5所示，為某微電網(wǎng)主接線示意圖。圖中，QFl為并網(wǎng)開關(guān)，QF2-Q巧為微電 網(wǎng)內(nèi)部斷路器。微電網(wǎng)是一種發(fā)電單元，它可W與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，也可W即插即用方式投 入或退出大電網(wǎng)。退出大電網(wǎng)W后，微電網(wǎng)獨(dú)立承擔(dān)其內(nèi)部負(fù)荷供電。本文所指微電網(wǎng)的 主供電單元是蓄電池。微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，W及短路特性實(shí)際上是主供電源和其他電源的 綜合特性。分布式新能源大多數(shù)是主電源經(jīng)過逆變器輸出的發(fā)電模式，當(dāng)其離開大電網(wǎng)獨(dú) 立運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行特性就是逆變器特性，此時(shí)當(dāng)微電網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流被逆變 器中的IGBT所限制，因此被稱為"短路電流受限制的系統(tǒng)"，它與大