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<ruby id="yseqf"><i id="yseqf"></i></ruby> 來源:北極星輸配電網
本發明涉及電力系統微電網保護技術領域，特別涉及一種微電網繼電保護方法。同時，本發明還涉及一種微電網繼電保護裝置。
申請人：國網河北省電力有限公司石家莊供電分公司; 石家莊科林電氣股份有限公司
發明人：張小兵; 李亞楠; 馬曉龍; 谷超; 楊龍蛟; 于世超; 孔江濤; 孫海寧; 趙鋒; 陳賀; 王強; 王欣; 鞏志偉; 焦可清
摘要：本發明提供微電網繼電保護方法及裝置，通過設置遺傳算法實時預測模型，根據微電網中歷史電流數據，實時預測下一周波的電流情況，后比較預測值與實際微電網中采樣數據，進而判定微電網中是否有短路故障發生。首先，通過遺傳算法的實時預測，很好的解決了傳統過流保護單純依靠定值設定來判斷是否有短路故障發生、常常導致保護失效的問題，極大提高了保護靈敏度和時效;其次，可滿足400V及以下的微電網孤網運行時的全面保護需要;再次，能夠適應微電網在孤網和并網兩種工作狀態間的切換，最后，能夠辨識微電網的各種故障，并做出正確的響應，保障微電網安全、穩定運行。
技術背景
微電網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、監控和保護裝置等組成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，其既可以連接到外部大電網上運行(稱為“ 并網”運行)，也可以脫開外部大電網孤立運行(稱為“ 孤網”運行)。近年來微電網已成為國家電網削峰填谷、提高系統穩定性和實現需求側管理的一種有效手段。
但隨著微電網技術的快速發展，越來越多的問題暴露出來，例如傳統的繼電保護裝置已不能適應微電網的保護。這是由于微電網的保護技術相對復雜：首先傳統的繼電保護裝置還不能適應微電網的離網(孤島)與并網切換方式;其次，傳統的過流保護單純的通過定值設定判斷是否有故障發生，當微電網內部大功率電器停止運行，發生短路故障時，由于微電網的線路及設備短路電流很小，因此短路電流可能小于保護定值，導致保護失效，傳統的過流保護不再適用于微電網;再次，微電網內部數量眾多的距離很短的分布式電源，很容易造成短路電流急劇增大，若不能及時斷開相應的回路，則會對于微電網的安全產生巨大的危害。此外，傳統的繼電保護技術都是針對10KV及以上電壓的大電網線路應用而設計的，在對小電流的感知以及對急劇增長的電流的時效上難以滿足400V及以下微電網快速切除故障的保護需求，即在微電網孤網運行時很難起到應有的保護作用。
由此，研究新的繼電保護方法來保障微電網的安全、穩定運行成為本領域亟待解決的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明旨在提出一種微電網繼電保護方法，以保障微電網的安全、穩定運行。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種微電網繼電保護方法，包括下列步驟
a、對公共耦合點的電流波形進行采樣，得到采樣數據;
b、對所述采樣數據進行數字濾波，得到基波的特征值和各次諧波的特征值;
c、構建遺傳算法實時預測模型，得到過流保護判定閾值;
d、獲取預設的孤島判定閾值;
e、比較所述基波的特征值和所述過流保護判定閾值，判斷是否有短路故障發生，若是，則執行過流保護動作;若否，則返回執行步驟a;
比較所述各次諧波的特征值和所述預設的孤島判定閾值，判定是否存在孤島狀態;若是，則判定所述孤島狀態是否為計劃孤島;若否，則結束本次判定;
判定所述孤島狀態是否為非計劃孤島;若是，則執行孤島保護動作;若否，則不動
作。
進一步的，步驟b中，所述數字濾波的方法包括下列步驟：
b1、對所述采樣數據進行萬能窗零點濾波算法計算，得到基波數據和各次諧波數據;
b2、對所述基波數據和所述各次諧波數據進行快速傅里葉變換算法計算，得到所述基波的特征值和所述各次諧波的特征值。
進一步的，所述萬能窗零點濾波算法的公式為：
進一步的，步驟c中，所述遺傳算法實時預測模型的構建方法包括下列步驟：
c1、獲取公共耦合點的電流特征值作為歷史數據，生成初始種群;
c2、計算種群個體的適應度值
根據建立的微電網群優化目標函數計算每個個體對應的適應度值;等待;
c3、選擇最優個體，
根據步驟c2計算出的個體適應度，選擇出適應度值最高的個體進行復制;
c4、交叉
根據給定的交叉因子和交叉策略，將兩個父親一代的信息進行交叉組合，產生新的優秀個體;
c5、變異
對種群內個體進行隨機變異;
c6、生成新一代種群，即實時電流預測值。
進一步的，步驟c還包括以下步驟：c7、將所述實時電流預測值乘以人工設定的定值N，即設置為過流保護判定閾值。
進一步的，步驟e后還包括以下步驟：f、故障消失后，自動啟動重合閘。
進一步的，所述重合閘為三相N次重合閘裝置。
同時，本發明還提供了一種微電網繼電保護裝置，以實現上述微電網繼電保護方法。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種微電網繼電保護裝置，包括采集模塊，用于對公共耦合點的電流波形進行采樣，將所得采樣數據發送至數字濾波模塊;
數字濾波模塊，用于對所述采樣數據進行數字濾波，將所得基波特征值和各次諧波的特征值發送至過流保護判定模塊和孤島判定模塊;
預設的孤島判定閾值獲取模塊，用于獲取預設的孤島判定閾值，將所得預設的孤島判定閾值發送至孤島判定模塊;
遺傳算法實時預測模塊，用于獲取實時電流預測值，將所述獲取實時電流預測值發送至過流保護判定閾值獲取模塊;
過流保護判定閾值獲取模塊，用于獲取過流保護判定閾值，將所得過流保護判定閾值發送至過流保護判定模塊;
孤島判定模塊，用于判斷是否存在孤島運行;若是，則觸發非計劃孤島判定模塊;
若否，則結束本次判定;
非計劃孤島判定模塊，用于判斷是否存在非計劃孤島;若是，則觸發孤島保護模塊;若否，則不動作;
過流保護判定模塊，用于判斷是否有短路故障發生;若是，則觸發過流保護模塊;
若否，則觸發采集模塊;
孤島保護模塊，用于斷開所述微電網與大電網或負荷的連接點;
過流保護模塊，用于斷開微電網與大電網的連接點和微電網內部電源的連接點。
進一步的，所述遺傳算法實時預測模塊包括遺傳算法實時預測模型，構建所述遺
傳算法實時預測模型具體包括下列步驟：
c1、獲取公共耦合點的電流特征值作為歷史數據，生成初始種群;
c2、計算種群個體的適應度值
[根據建立的微電網群優化目標函數計算每個個體對應的適應度值;等待;
c3、選擇最優個體，
根據步驟c3計算出的個體適應度，選擇出適應度值最高的個體進行復制;
c4、交叉
根據給定的交叉因子和交叉策略，將兩個父親一代的信息進行交叉組合，產生新的優秀個體;
c5、變異
對種群內個體進行隨機變異;
c6、生成新一代種群，得到實時過流保護定值。
進一步的，所述微電網繼電保護裝置還包括自啟動重合閘模塊，用于故障消失后，自動啟動重合閘;所述重合閘為三相N次重合閘裝置。
相對于現有技術，本發明具有以下優勢：
采用本發明的技術方案，通過設置遺傳算法實時預測模型，根據微電網中歷史電流數據，實時預測下一周波的電流情況，后比較預測值與實際微電網中采樣數據，進而判定微電網中是否存在短路故障。首先，通過遺傳算法的實時預測，很好的解決了傳統過流保護單純依靠定值設定來判斷是否存在短路故障、常常導致保護失效的問題，極大提高了繼電保護的靈敏度和時效;其次，可滿足400V及以下的微電網孤網運行時的全面保護需要;再次，能夠適應微電網在孤網和并網兩種工作狀態間的切換;最后，能夠識別微電網的各種故障，并做出正確的響應，保障微電網安全、穩定運行。
發明專利要點簡析
1 .一種微電網繼電保護方法，其特征在于：包括下列步驟
a、對公共耦合點的電流波形進行采樣，得到采樣數據;
b、對所述采樣數據進行數字濾波，得到基波的特征值和各次諧波的特征值;
c、構建遺傳算法實時預測模型，得到過流保護判定閾值;
d、獲取預設的孤島判定閾值;
e、比較所述基波的特征值和所述過流保護判定閾值，判斷是否有短路故障發生，若是，則執行過流保護動作;若否，則返回執行步驟a;
比較所述各次諧波的特征值和所述預設的孤島判定閾值，判定是否存在孤島狀態;若是，則判定所述孤島狀態是否為計劃孤島;若否，則結束本次判定;
判定所述孤島狀態是否為非計劃孤島;若是，則執行孤島保護動作;若否，則不動作。
2.根據權利要求1所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：步驟b中，所述數字濾波的方法包括下列步驟：
b1、對所述采樣數據進行萬能窗零點濾波算法計算，得到基波數據和各次諧波數據;
b2、對所述基波數據和所述各次諧波數據進行快速傅里葉變換算法計算，得到所述基波的特征值和所述各次諧波的特征值。
3.根據權利要求2所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：所述萬能窗零點濾波算法的公式為：
4.根據權利要求1-3中任一項所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：步驟c中，所述遺傳算法實時預測模型的構建方法包括下列步驟：
c1、獲取公共耦合點的電流特征值作為歷史數據，生成初始種群;
c2、計算種群個體的適應度值
根據建立的微電網群優化目標函數計算每個個體對應的適應度值;等待;
c3、選擇最優個體，根據步驟c2計算出的個體適應度，選擇出適應度值最高的個體進行復制;
c4、交叉
根據給定的交叉因子和交叉策略，將兩個父親一代的信息進行交叉組合，產生新的優秀個體;
c5、變異
對種群內個體進行隨機變異;
c6、生成新一代種群，即實時電流預測值。
5.根據權利要求4所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：步驟c還包括以下步驟：
c7、將所述實時電流預測值乘以人工設定的定值N，即設置為過流保護判定閾值。
6.根據權利要求4所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：步驟e后還包括以下步驟：
f、故障消失后，自動啟動重合閘。
7 .根據權利要求6所述的微電網繼電保護方法，其特征在于：所述重合閘為三相N次重合閘裝置。
8.一種微電網繼電保護裝置，其特征在于：包括
采集模塊，用于對公共耦合點的電流波形進行采樣，將所得采樣數據發送至數字濾波模塊;
數字濾波模塊，用于對所述采樣數據進行數字濾波，將所得基波特征值和各次諧波的特征值發送至過流保護判定模塊和孤島判定模塊;
預設的孤島判定閾值獲取模塊，用于獲取預設的孤島判定閾值，將所得預設的孤島判定閾值發送至孤島判定模塊;
遺傳算法實時預測模塊，用于獲取實時電流預測值，將所述獲取實時電流預測值發送至過流保護判定閾值獲取模塊;
過流保護判定閾值獲取模塊，用于獲取過流保護判定閾值，將所得過流保護判定閾值發送至過流保護判定模塊;
孤島判定模塊，用于判斷是否存在孤島運行;若是，則觸發非計劃孤島判定模塊;若否，則結束本次判定;
非計劃孤島判定模塊，用于判斷是否存在非計劃孤島;若是，則觸發孤島保護模塊;若否，則不動作;
過流保護判定模塊，用于判斷是否有短路故障發生;若是，則觸發過流保護模塊;若否，則觸發采集模塊;
孤島保護模塊，用于斷開所述微電網與大電網或負荷的連接點;
過流保護模塊，用于斷開微電網與大電網的連接點和微電網內部電源的連接點。
9.根據權利要求8所述的微電網繼電保護裝置，其特征在于：所述遺傳算法實時預測模塊包括遺傳算法實時預測模型，構建所述遺傳算法實時預測模型具體包括下列步驟：
c1、獲取公共耦合點的電流特征值作為歷史數據，生成初始種群;
c2、計算種群個體的適應度值
根據建立的微電網群優化目標函數計算每個個體對應的適應度值;等待;
c3、選擇最優個體，
根據步驟c3計算出的個體適應度，選擇出適應度值最高的個體進行復制;
c4、交叉
根據給定的交叉因子和交叉策略，將兩個父親一代的信息進行交叉組合，產生新的優秀個體;
c5、變異
對種群內個體進行隨機變異;
c6、生成新一代種群，得到實時過流保護定值。
10.根據權利要求8或9中任一項所述的微電網繼電保護裝置，其特征在于：所述微電網繼電保護裝置還包括自啟動重合閘模塊，用于故障消失后，自動啟動重合閘;所述重合閘為三相N次重合閘裝置。