发明专利｜一种独立微电网故障保护方法

发明内容：

本发明的目的是，提出一种能够可靠保障独立微电网安全稳定运行的故障保护方法。

本发明的技术方案是：一种独立微电网故障保护方法，尤其是基于短时能量段的独立微电网故障保护方法，其能够准确地鉴别出独立微电网是否发生故障：在故障检测的基础上利用故障电流信息实现故障定位;

1)以故障电流和短时能量段作为故障检测判据，独立微电网保护装置不会因为外界干扰和负荷突变产生误动;

为了能够准确地区分独立微电网故障状态和正常状态，从能量的角度出发，分析发现微电网在正常运行时和故障时线路上能量流动差异较大，提出一种反映线路上能量流动大小的特征量——短时能量段(SES)，其表示工频周期T时间内线路上流过的能量大小。

SES定义如(1)式所示：

其中，u(t)和i(t)分别是线路中t时刻的电压和电流，SES(t)表示t时刻线路上的短时能量段。如(1)式所示，短时能量段SES是电流和电压乘积在工频周期T上的积分，其不受外界瞬时扰动和电压、电流畸变产生影响，稳定性强能够表征任意时刻线路上能量流动的大小，在微电网故障检测中具有重要的应用价值。

独立微电网在运行时系统惯性小、拓扑结构灵活多变、受外界干扰影响较大，其在正常运行时，极有可能受外部干扰或负荷突变使其输出电流瞬间超过过电流保护的整定值，引起保护误动。

2)通过比较前后两个周期的电流有效值和短时能量段来判断独立微电网是否发生故障，能够适应微电网拓扑结构的变化，自适应调整保护整定值;

但独立微电网在正常运行时，受外部干扰或负荷突变引起输出电流瞬间增大的同时，也会使输出短时能量段瞬间增大;因干扰或负荷突变引起短时能量段减小的同时，也会使输出电流减小。结合前文第2节所述，微电网发生故障时输出电流增大、短时能量段严重降低，这正好与因外部干扰或负荷突变引起的电流和SES特征相反。因此将电流增大和短时能量段减小作为微电网的故障检测判据，能够准确的判断出微电网是否处于故障运行状态。

由于独立微电网拓扑结构灵活多变，为了使故障检测判据的整定值自适应于微电网的拓扑结构，将故障前一个周期的电流有效值和SES作为判断独立微电网是否故障的整定依据，微电网故障检测判据整定方法如(2)式所示：

独立微电网任一线路上t+T时刻的电流有效值大于等于t时刻电流有效值的Kp倍时，且t+T时刻的SES大于等于t时刻SES的Kq倍时，表明微电网中有故障发生。其中Kp和Kq是故障启动判据的可靠系数。根据独立微电网故障电流被限制在1 .5-2倍的额定电流，取Kp=1 .5，结合短时能量段的定义取Kq=0 .25。

3)在故障检测的基础上，利用故障电流信息可实现对独立微电网中双向潮流线路和单向潮流线路的准确故障定位。

根据独立微电网中线路潮流的方向，可将独立微电网线路划分为双向潮流线路和单向潮流线路。

a .当检测到线路两端电流方向都为正，且至少有一端电流满足It+T≥KPIt时，表明此线路故障;

b .当检测到线路上只有一端电流满足It+T≥KPIt，且另一端电流大小几乎零时，表明此线路故障。

微电网在运行中时刻检测各个线路中的电流和短时能量段信息，当任一线路上电流和短时能量段满足故障检测判据(2)式时，表明微电网中有故障发生。此时，启动报警和故障定位算法，实时比较每条线路两端的电流大小和方向信息，当有线路两端电流信息满足故障定位判据a或故障定位判据b时，表明此线路故障，保护装置动作切除故障线路。

本发明的有益效果是：所提出的故障保护策略能够有效保障独立微电网的安全稳定运行，所提出的独立微电网故障保护方法有以下特点，以故障电流和短时能量段作为故障检测判据，独立微电网保护装置不会因为外界干扰和负荷突变产生误动;能够适应微电网拓扑结构的变化，自适应调整保护整定值;可实现对独立微电网中双向潮流线路和单向潮流线路的准确故障定位。在故障检测的基础上利用故障电流信息可实现故障定位。所提出的独立微电网故障保护方法以故障电流和短时能量段作为故障检测判据，独立微电网保护装置不会因为外界干扰和负荷突变产生误动;通过比较前后两个周期的电流有效值和短时能量段来判断独立微电网是否发生故障，能够适应微电网拓扑结构的变化，自适应调整保护整定值;在故障检测的基础上，利用故障电流信息可实现对独立微电网中双向潮流线路和单向潮流线路的准确故障定位。

附图说明：