專利名稱：微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統自動化領域，具體涉及一種接入分布式電源的微網系統的繼 電保護和自動化技術。
背景技術：
隨著分布式發電技術的不斷創新及常規能源的逐漸衰竭和環境污染的日益加重， 世界各國日益關注分布式發電技術(Distributed Generation-DG)。分布式發電一般是指發電功率在數千瓦至50兆瓦的小型化、模塊化、分散式、布 置在用戶附近為用戶供電的連接到配電系統的小型發電系統。分布式電源類型主要包括 微燃機、太陽能光伏電池、風力發電機、蓄電池、飛輪等。現有研究和實踐已表明，將分布式發電供能系統以微網的形式接入大電網并網運 行，與大電網互為支撐，是發揮分布式發電供能系統效能的最有效方式。微網是指由分布式 電源、儲能裝置、能量變換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而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。微網既可以通過配電網與大型電力網并 聯運行，形成一個大型電網與小型電網的聯合運行系統，也可以獨立地為當地負荷提供電 力需求。該靈活運行模式大大提高了負荷側的供電可靠性。同時，微網通過單點接入電網， 可以減少大量小功率分布式電源接入電網后對傳統電網的影響。另外，微網將分散的不同 類型的小型發電源(分布式電源)組合起來供電，能夠使小型電源獲得更高的利用效率。分布式電源并入配電系統后，對系統的短路電流、穩態潮流、無功電壓配置等都將 產生一系列的影響。分布式電源接入配電系統帶來的這些變化有可能使保護的工作原理和 動作邏輯均變得異常復雜，傳統繼電保護方法無法滿足要求，限制了分布式電源技術的推 廣。分布式電源以微網的形式接入配電網后，對傳統的繼電保護與自動化技術提出了 新的要求1)在并網情況下，微網外部故障時，相應的保護能快速動作跳開故障開關，同時微 網應迅速與主電網斷開，獨立對微網內負荷供電。2)在并網情況下，微網內部故障時，保護應能準確的隔離故障，選擇最小的停電區 域。3)在微網孤網運行情況下，保護裝置應能自動適應運行模式的變化，自動切換適 合孤網運行方式的保護配置，保護配置應能適應微網獨立運行的特征，保證微網內部故障 時故障切除具有選擇性。4)分布式電源不應影響備投、重合閘等自動化設備的正常運行。5)微網與主電網失去聯系時，微網保護控制系統應能可靠的檢測出孤島狀態，并 控制微網快速與主網脫離，轉入計劃的孤島運行方式，不應出現不可預知的孤島運行狀態。6)微網保護裝置應該是具備測控、通訊等功能的數字式自動化裝置。
發明內容
基于以上所述需求，并解決現有技術中存在的上述問題，本發明公開了一種微網 繼電保護、自動化一體化智能保護系統。本發明具體采用以下技術方案一種微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，該系統包含微網智能管理裝置、 微網智能終端保護裝置；其特征在于所述一體化智能保護系統通過微網智能管理裝置采集由微網智能終端保護裝置 上報的微網所有開關的狀態信息，分析微網的運行方式、即確定微網是并網還是孤網狀態 以及分布式電源的接入情況，當微網運行方式發生變化時，所述微網智能管理裝置將分析 出的最新運行方式通過通訊網絡下發給微網中各個微網智能終端保護裝置，微網智能終端 保護裝置將自動根據當前微網運行方式是并網狀態還是孤網狀態以及分布式電源接入情 況，自適應的切換到對應的保護配置、即切換到與之對應的定值區設置。所述一體化智能保護系統同時集成了微網的繼電保護和模式轉換控制功能，實現 了微網繼電保護與自動化一體化。當發生故障時，微網智能管理裝置收到各個智能終端保護裝置上送的故障信息， 故障分析處理模塊通過終端上報故障電流的方向，確定故障隔離區域，向對應的故障區域 開關下達跳閘命令，隔離故障；微網并網轉孤網或孤網轉并網運行模式變化時，運行控制模塊會控制斷開分布式 電源，并對分布式電源下達模式轉換命令，使分布式電源工作在對應的模式下。本發明的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統解決了微網在并網與孤網兩 種模式下繼電保護與自動化裝置的不對應問題，系統還同時集成了微網的模式轉換控制， 實現了微網繼電保護與自動化一體化。


圖1為微網智能保護系統示意圖；圖2為一體化智能保護系統運行原理示意圖；圖3為模式轉換控制流程示意圖。
具體實施方案下面根據說明書附圖并結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細表述。微網智能保護系統包括微網智能管理裝置，微網智能終端保護裝置。一體化智能 保護系統通過微網智能管理裝置采集由微網智能終端保護裝置上報的微網所有開關的狀 態信息，分析微網的運行方式、即確定微網是并網還是孤網狀態以及分布式電源的接入情 況，當微網運行方式發生變化時，所述微網智能管理裝置將分析出的最新運行方式通過通 訊網絡下發給微網中各個微網智能終端保護裝置，微網智能終端保護裝置將自動根據當前 微網運行方式是并網狀態還是孤網狀態以及分布式電源接入情況，自適應的切換到對應的 保護配置、即切換到與之對應的定值區設置。所述一體化智能保護系統同時集成了微網的 繼電保護和模式轉換控制功能，實現了微網繼電保護與自動化一體化。如圖1所示為微網智能保護系統示意圖。微網智能系統的主要思想是通過通訊方式，讓分布式的微網智能終端保護裝置將開關狀態、故障報告等信息集中到微網智能管理裝置，微網智能管理裝置集中了微網內所有信息能更全面的分析處理，分析結果在下發至 智能終端裝置由終端保護裝置來執行，是一種分布式與集中式的結合。如圖2所示為一體化智能保護系統運行原理示意圖。一體化智能保護系統包含三 個功能模塊，運行狀體估計、故障分析處理、運行模式控制；各微網智能終端保護裝置采集 開關狀態信息上報給智能管理裝置，智能管理裝置的運行狀態估計模塊分析出當前微網的 運行方式，并下發給智能終端保護裝置，智能終端保護裝置自適應的切換到合適的保護配 置；當微網內發生故障時，智能終端保護裝置上報故障信息，智能管理裝置中的故障分析處 理模塊通過對不同的故障信息的分析，確定故障區域，并向故障涉及的智能終端保護裝置 下發跳閘命令，隔離故障；運行模式控制模塊是負責微網在并網轉孤網或孤網轉并網時，對 并網聯絡開關及分布式電源的控制，詳細控制流程見運行模式控制模塊的說明。運行狀態估計模塊微網智能保護系統通過微網智能管理裝置采集由智能終端保 護裝置上報的微網所有開關的狀態信息，運行狀態估計模塊搭建網絡拓撲結構，預先分析 微網的運行狀態，確定微網是并網還是孤網狀態以及分布式電源的接入情況，并將當前運 行方式下發給智能終端保護裝置；終端保護裝置預置對應不同運行方式的保護配置，當收 到下發的運行方式，自適應的切換到對應的定值區配置。當微網運行信息發生變化時，例 如，并網與孤網的模式轉換、分布式電源的投退，微網智能管理裝置將重新分析，并將分析 出的最新運行方式并通過通訊網絡下發給微網中各個智能終端保護裝置，智能終端保護裝 置將自動根據當前是并網狀態還是孤網狀態，切換到與之應的定值區設置。故障分析處理模塊微網智能終端保護裝置根據微網智能管理裝置中的運行狀態 估計模塊所生成的網絡拓撲結構，按照當前運行方式，結合終端裝置上送的故障信息，進行 故障位置的判斷；各終端裝置配置方向過流保護，當發生故障時，故障電流流過的保護裝置 上報故障信息，故障信息包含了故障電流流向，故障分析模塊收到不同裝置上報的故障電 流方向，根據故障電流一定是流向故障電源的特性，定位故障，然后下發隔離命令跳開故障 點兩端開關。運行模式控制模塊如圖3所示為模式轉換控制流程示意圖。對于微網的控制方 式，對等控制目前只是在實驗室階段，分層控制對控制系統要求比較復雜，而主從控制模式 在技術上比較容易實現，而且目前大多數的示范工程都是用主從控制方式，所以本文中微 網的控制方式主要針對主從控制方式，實施控制策略，運行模式控制功能主要由微網智能
管理裝置完成。對于主從控制方式，需要一個分布式電源作為主控電源，主控電源的逆變器具有 孤網和并網兩種運行模式，在孤網模式下，可以獨立帶負載運行，其他，并網運行時，當外電 網故障或者其他原因與主電網斷開，所有分布式電源自身的低壓、低頻或是防孤島保護快 速斷開與微網的連接，微網智能管理裝置檢測出外網失電，運行模式控制功能會斷開聯絡 開關，并對雙模式控制的電源的模式控制器下達轉換模式命令，分布式電源進入孤網運行 模式，獨立帶微網運行，其他分布式電源檢測微網電壓恢復，自動并入微網運行。當外電網 恢復供電時，微網智能管理裝置檢測到電網電壓恢復，運行模式控制功能會斷開主控電源， 并給主控電源的模式控制器下達轉換為并網運行模式的命令，其他分布式電源由于微網失 壓，自動斷開；微網智能管理裝置控制合上聯絡開關；各分布式電源檢測到系統電壓恢復自動并網運行。
本發明的技術方案解決了微網在并網與孤網兩種模式下繼電保護與自動化裝置 的自適應問題，系統還同時集成了微網的模式轉換控制，實現了微網繼電保護與自動化一 體化。
權利要求
微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，該系統包含微網智能管理裝置、微網智能終端保護裝置；其特征在于所述一體化智能保護系統通過微網智能管理裝置采集由微網智能終端保護裝置上報的微網所有開關的狀態信息，分析微網的運行方式、即確定微網是并網還是孤網狀態以及分布式電源的接入情況，當微網運行方式發生變化時，所述微網智能管理裝置將分析出的最新運行方式通過通訊網絡下發給微網中各個微網智能終端保護裝置，微網智能終端保護裝置將自動根據當前微網運行方式是并網狀態還是孤網狀態以及分布式電源的接入情況，自適應的切換到對應的保護配置、即切換到與之對應的定值區設置；所述一體化智能保護系統同時集成了微網的繼電保護和模式轉換控制功能，實現了微網繼電保護與自動化一體化。
2.根據權利要求1所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在于，所 述微網智能管理裝置包括運行狀態估計模塊，接收微網智能終端保護裝置采集上報的微網 內全部開關的狀態量信息，搭建網絡拓撲結構，計算分析出當前微網的運行方式，并將當前 運行方式下發給微網智能終端保護裝置，微網智能終端保護裝置預置對應不同運行方式的 保護配置，當收到下發的運行方式，自適應的切換到對應的保護配置。
3.根據權利要求2所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在于，所 述微網智能管理裝置還進一步包括故障分析處理模塊，所述故障分析處理模塊根據所述運 行狀態估計模塊所生成的網絡拓撲結構，按照當前微網的運行方式，結合微網智能終端保 護裝置上送的故障信息，對微網故障進行分析定位，并下發隔離命令。
4.根據權利要求3所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在于，各 智能終端裝置優選配置方向過流保護，當微網發生故障時，故障電流流過的智能終端保護 裝置上報故障信息，故障信息包含了故障電流流向，所述故障分析模塊根據不同裝置上報 的故障電流方向，定位故障，然后下發隔離命令跳開故障點兩端開關。
5.根據權利要求3或4所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在 于，所述微網智能管理裝置還進一步包括運行模式控制模塊，所述運行模式控制模塊對微 網的控制策略為主從控制方式，微網中有一個分布式電源作為主控電源，主控電源的逆變 器具有孤網和并網兩種運行模式，在孤網模式下，所述主控電源能夠獨立帶負載運行。
6.根據權利要求5所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在于，并 網運行時，當外電網故障或者其他原因與主電網斷開，包括主控電源的所有分布式電源自 身的低壓、低頻或是防孤島保護快速斷開與包含所述主控電源的微網的連接，所述微網模 式控制系統判斷出外網失電，斷開聯絡開關，對具有孤網和并網兩種模式控制的主控電源 下達轉換模式命令，所述主控電源進入孤網運行模式，獨立帶微網運行，其他分布式電源檢 測微網電壓恢復，自動并入微網運行。
7.根據權利要求6所述的微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統，其特征在于，當 外電網恢復供電時，所述微網模式控制模塊檢測到電網電壓恢復，給所述主控電源下達斷 開命令，所述主控電源與微網斷開，同時轉換為并網運行模式，其他分布式電源由于微網失 壓，自動斷開，所述模式控制模塊發出指令合上聯絡開關；各分布式電源檢測到電網電壓恢 復自動并網運行。
全文摘要
本發明公開了一種微網繼電保護、自動化一體化智能保護系統。系統通過采集微網中所有設備的運行信息，預先分析微網的運行狀態，當微網運行方式發生變化時，微網智能保護系統將分析出的最新運行方式并通過通訊網絡下發給微網中各個智能設備，智能設備將自動根據當前運行方式，切換到與之對應的設置。微網智能保護系統內的設備可以微網的運行方式變化自適應的調整，解決了微網在并網與孤網兩種模式下繼電保護與自動化裝置的不對應問題，系統還同時集成了微網的模式轉換控制，實現了微網繼電保護與自動化一體化。
文檔編號H02J13/00GK101873007SQ201010210920
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者劉云, 承文新, 王成山, 祝朝暉, 秦應力, 胡玉峰, 許健, 郭力, 陳建斌, 陳曦 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司;中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;天津大學