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专利分享|石家庄供电公开的一种微电网继电保护方法及装置

北极星智能电网在线  来源:北极星智能电网在线    2019/9/17 11:28:23  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:本发明涉及电力系统微电网保护技术领域,特别涉及一种微电网继电保护方法。同时,本发明还涉及一种微电网继电保护装置。

申请人:国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司; 石家庄科林电气股份有限公司

发明人:张小兵; 李亚楠; 马晓龙; 谷超; 杨龙蛟; 于世超; 孔江涛; 孙海宁; 赵锋; 陈贺; 王强; 王欣; 巩志伟; 焦可清

摘要:本发明提供微电网继电保护方法及装置,通过设置遗传算法实时预测模型,根据微电网中历史电流数据,实时预测下一周波的电流情况,后比较预测值与实际微电网中采样数据,进而判定微电网中是否有短路故障发生。首先,通过遗传算法的实时预测,很好的解决了传统过流保护单纯依靠定值设定来判断是否有短路故障发生、常常导致保护失效的问题,极大提高了保护灵敏度和时效;其次,可满足400V及以下的微电网孤网运行时的全面保护需要;再次,能够适应微电网在孤网和并网两种工作状态间的切换,最后,能够辨识微电网的各种故障,并做出正确的响应,保障微电网安全、稳定运行。

QQ截图20190917101226.png

技术背景

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,其既可以连接到外部大电网上运行(称为“ 并网”运行),也可以脱开外部大电网孤立运行(称为“ 孤网”运行)。近年来微电网已成为国家电网削峰填谷、提高系统稳定性和实现需求侧管理的一种有效手段。

但随着微电网技术的快速发展,越来越多的问题暴露出来,例如传统的继电保护装置已不能适应微电网的保护。这是由于微电网的保护技术相对复杂:首先传统的继电保护装置还不能适应微电网的离网(孤岛)与并网切换方式;其次,传统的过流保护单纯的通过定值设定判断是否有故障发生,当微电网内部大功率电器停止运行,发生短路故障时,由于微电网的线路及设备短路电流很小,因此短路电流可能小于保护定值,导致保护失效,传统的过流保护不再适用于微电网;再次,微电网内部数量众多的距离很短的分布式电源,很容易造成短路电流急剧增大,若不能及时断开相应的回路,则会对于微电网的安全产生巨大的危害。此外,传统的继电保护技术都是针对10KV及以上电压的大电网线路应用而设计的,在对小电流的感知以及对急剧增长的电流的时效上难以满足400V及以下微电网快速切除故障的保护需求,即在微电网孤网运行时很难起到应有的保护作用。

由此,研究新的继电保护方法来保障微电网的安全、稳定运行成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此,本发明旨在提出一种微电网继电保护方法,以保障微电网的安全、稳定运行。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

一种微电网继电保护方法,包括下列步骤

a、对公共耦合点的电流波形进行采样,得到采样数据;

b、对所述采样数据进行数字滤波,得到基波的特征值和各次谐波的特征值;

c、构建遗传算法实时预测模型,得到过流保护判定阈值;

d、获取预设的孤岛判定阈值;

e、比较所述基波的特征值和所述过流保护判定阈值,判断是否有短路故障发生,若是,则执行过流保护动作;若否,则返回执行步骤a;

比较所述各次谐波的特征值和所述预设的孤岛判定阈值,判定是否存在孤岛状态;若是,则判定所述孤岛状态是否为计划孤岛;若否,则结束本次判定;

判定所述孤岛状态是否为非计划孤岛;若是,则执行孤岛保护动作;若否,则不动

作。

进一步的,步骤b中,所述数字滤波的方法包括下列步骤:

b1、对所述采样数据进行万能窗零点滤波算法计算,得到基波数据和各次谐波数据;

b2、对所述基波数据和所述各次谐波数据进行快速傅里叶变换算法计算,得到所述基波的特征值和所述各次谐波的特征值。

进一步的,所述万能窗零点滤波算法的公式为:

QQ截图20190917100609.png

进一步的,步骤c中,所述遗传算法实时预测模型的构建方法包括下列步骤:

c1、获取公共耦合点的电流特征值作为历史数据,生成初始种群;

c2、计算种群个体的适应度值

根据建立的微电网群优化目标函数计算每个个体对应的适应度值;等待;

c3、选择最优个体,

根据步骤c2计算出的个体适应度,选择出适应度值最高的个体进行复制;

c4、交叉

根据给定的交叉因子和交叉策略,将两个父亲一代的信息进行交叉组合,产生新的优秀个体;

c5、变异

对种群内个体进行随机变异;

c6、生成新一代种群,即实时电流预测值。

进一步的,步骤c还包括以下步骤:c7、将所述实时电流预测值乘以人工设定的定值N,即设置为过流保护判定阈值。

进一步的,步骤e后还包括以下步骤:f、故障消失后,自动启动重合闸。

进一步的,所述重合闸为三相N次重合闸装置。

同时,本发明还提供了一种微电网继电保护装置,以实现上述微电网继电保护方法。

为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:

一种微电网继电保护装置,包括采集模块,用于对公共耦合点的电流波形进行采样,将所得采样数据发送至数字滤波模块;

数字滤波模块,用于对所述采样数据进行数字滤波,将所得基波特征值和各次谐波的特征值发送至过流保护判定模块和孤岛判定模块;

预设的孤岛判定阈值获取模块,用于获取预设的孤岛判定阈值,将所得预设的孤岛判定阈值发送至孤岛判定模块;

遗传算法实时预测模块,用于获取实时电流预测值,将所述获取实时电流预测值发送至过流保护判定阈值获取模块;

过流保护判定阈值获取模块,用于获取过流保护判定阈值,将所得过流保护判定阈值发送至过流保护判定模块;

孤岛判定模块,用于判断是否存在孤岛运行;若是,则触发非计划孤岛判定模块;

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