本發(fā)明涉及微電網(wǎng)故障探測領(lǐng)域，具體涉及一種基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測方法和裝置。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)的運行分兩種狀態(tài)，即并網(wǎng)運行和孤島運行，正常情況下微電網(wǎng)與大電網(wǎng)并網(wǎng)連接運行，此時微電網(wǎng)故障保護與傳統(tǒng)故障保護一樣，依靠大的故障電流觸發(fā)過流繼電保護動作；當大電網(wǎng)發(fā)生故障時，微電網(wǎng)與大電網(wǎng)脫離形成孤島運行，由于逆變器具有限制輸出電流的能力，最大輸出電流為額定工作電流的2倍，故多逆變器的微電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時不可能提供大的故障電流觸發(fā)過流保護繼電器工作。在現(xiàn)有的微電網(wǎng)故障探測及保護的方法中，常用的有在微電網(wǎng)中增加高短路電流能力單元裝置、在要保護的饋線兩端分別安裝查分繼電器、孤島運行下基于電流的選擇性保護等，這些方法投資大、維護成本高、工作效率低、局限性大，不適用于多逆變器的微電網(wǎng)的故障探測和保護。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)的微電網(wǎng)故障探測方法投資大、維護成本高、工作效率低、局限性大，為解決上述問題，提供一種基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測方法和裝置。

本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的：

一種基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測方法，包括以下步驟：

步驟(1)、測量獲得逆變器的輸出三相電壓信號v_U、v_V、v_W；

步驟(2)、對三相電壓信號v_U、v_V、v_W利用PARK方程變換為兩相靜止坐標系下αβ分量V_α、V_β，再將V_α、V_β變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下dq直流分量V_ds、V_qs；

步驟(3)、將測量的直流分量V_ds、V_qs與恒定的三相平衡標準參考電壓V_dref、V_qref進行差分運算，定義輸出差分調(diào)制信號V⁺_{q_fall}為微電網(wǎng)電壓下跌量，V⁺_{q_fall}＝ΔV_qr＝V_qref-V_qs；

步驟(4)、對差分調(diào)制信號V⁺_{q_fall}進行低通濾波及雙磁滯比較處理后輸出信號V_{q_fall}；

步驟(5)、將差值信號V_{q_fall}與預設(shè)的閾值信號進行比較，輸出用于控制斷路器開關(guān)的信號Y、N：若差值信號V_{q_fall}低于閾值信號，判斷微電網(wǎng)無故障，繼續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)；若差值 信號V_{q_fall}大于閾值信號，判斷微電網(wǎng)發(fā)生故障，斷開斷路器開關(guān)以保護微電網(wǎng)。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中，所述雙磁滯比較處理為雙磁滯比較器通過對比較器設(shè)置合適的上限U_H和下限U_L裕度得到滿足需要的門限寬度ΔU＝U_H-U_L，避免當信號V_{q_fall}在門限值ΔU附近有微小干擾引起的跳變電壓值超過ΔU時輸出電壓產(chǎn)生相應抖動(起伏)，以便輸出穩(wěn)定的V_{q_fall}，雙向磁滯比較器響應速度加快，還可免除由電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激蕩，提高故障探測靈敏度。

所述閾值信號為電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的45％至55％之間，優(yōu)選地，所述閾值信號為電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的50％。微電網(wǎng)中電壓下降是一種短期形式，當電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的50％時，其持續(xù)時間不大于200ms。

優(yōu)選地，所述步驟(5)中，當差值信號V_{q_fall}大于設(shè)定的閾值信號時,通過檢測V_{q_fall}的波形判斷微電網(wǎng)的故障類型，具體包括：

a)當V_{q_fall}的波形是一個純凈的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生三相故障；

b)當V_{q_fall}的波形是一個趨于直線且?guī)в胁y的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生兩相故障；

c)當V_{q_fall}的波形是一個在零與最大值之間無恒定幅度振蕩的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生單相故障。所述最大值取V_{q_fall}的波形的波峰或波谷的絕對值中較大的那個值。

一種基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測裝置，包括PARK運算模塊、一階抗混疊濾波差分運算模塊、一階低通數(shù)字濾波器、雙磁滯比較器和閾值比較模塊；

所述PARK運算模塊，將逆變器輸出的三相電壓信號v_U、v_V、v_W變換為兩相靜止坐標系下αβ分量V_α、V_β，再將V_α、V_β變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下dq直流分量V_ds、V_qs；

所述一階抗混疊濾波差分運算模塊，用于將直流分量V_ds、V_qs與恒定的三相平衡標準參考電壓V_dref、V_qref進行差分運算；

所述一階低通數(shù)字濾波器，對差分調(diào)制信號V⁺_{q_fall}進行低通濾波處理后輸出信號V_{q_fall}；

所述雙磁滯比較器，通過設(shè)置合適的上限和下限裕度來調(diào)整故障探測的靈敏度；

所述閾值比較模塊，用于差值信號V_{q_fall}與預設(shè)的閾值信號進行比較，輸出用于控制斷路器開關(guān)的信號。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點：

本發(fā)明應用在多逆變器微電網(wǎng)的故障與保護，能夠有效彌補傳統(tǒng)繼電保護方法的不足，通過設(shè)定合適的閾值能夠判斷三相短路故障、兩相短路故障和單相接地短路故障，能夠識別故障發(fā)生位置和區(qū)域；并且檢測精度高、接線簡單、能耗低、成本低，靈活性強，適用于微電網(wǎng)的故障探測和保護。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。

圖2是本發(fā)明的一個具體實施方式圖。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實例，對本發(fā)明進行詳細說明。

參考圖1，一種基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測方法，包括一個PARK運算模塊、一個一階抗混疊濾波差分運算模塊、一個一階低通數(shù)字濾波器、一個雙磁滯比較器、一個閾值比較模塊。

故障探測信號來源是逆變器的三相電壓，測量獲得逆變器的輸出三相電壓信號v_U、v_V、v_W。

所述PARK運算模塊，對電壓信號v_U、v_V、v_W利用PARK方程變換為兩相靜止坐標系下αβ分量V_α、V_β，為消除所有交流分量，再將V_α、V_β變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下dq直流分量V_ds、V_qs。

所述一階抗混疊濾波差分運算模塊，用于將測量的直流分量V_ds、V_qs與恒定的三相平衡標準參考電壓V_dref、V_qref進行差分運算，把一個輸出差分調(diào)制信號V⁺_{q_fall}(V⁺_{q_fall}＝ΔV_qr＝V_qref-V_qs)定義為微電網(wǎng)電壓下跌量。

所述一階低通數(shù)字濾波器，對差分調(diào)制信號V⁺_{q_fall}進行低通濾波處理后輸出信號V_{q_fall}。

所述雙磁滯比較器，通過設(shè)置合適的上限和下限裕度來調(diào)整故障探測的靈敏度；所述雙磁滯比較處理為雙磁滯比較器通過對比較器設(shè)置合適的上限U_H和下限U_L裕度得到滿足需要的門限寬度ΔU＝U_H-U_L，避免當信號V_{q_fall}在門限值ΔU附近有微小干擾引起的跳變電壓值超過ΔU時輸出電壓產(chǎn)生相應抖動(起伏)，以便輸出穩(wěn)定的V_{q_fall}，雙向磁滯比較器響應 速度加快，還可免除由電路寄生耦合而產(chǎn)生的自激蕩，提高故障探測靈敏度；所述閾值信號為電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的45％至55％之間，優(yōu)選地，所述閾值信號為電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的50％。微電網(wǎng)中電壓下降是一種短期形式，當電網(wǎng)電壓下跌至額定電壓的50％時，其持續(xù)時間不大于200ms。

所述閾值比較模塊，用于差值信號V_{q_fall}與設(shè)置的閾值信號進行比較，輸出用于控制斷路器開關(guān)的信號Y、N。

所述基于電壓差動的微電網(wǎng)故障探測方法，V_{q_fall}與閾值比較，若不大于閾值，輸出信號N，繼續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)，若大于閾值，輸出信號Y，該信號用于斷路器控制，切斷故障區(qū)域，保護微電網(wǎng)；電網(wǎng)正常運行時，經(jīng)過一階低通數(shù)字濾波器及雙磁滯比較器處理的V_{q_fall}等于零；V_{q_fall}的波形是一個純凈的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生三相故障；V_{q_fall}是一個帶有波紋的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生兩相故障；V_{q_fall}是一個零到最大值之間振蕩的直流量時，微電網(wǎng)發(fā)生單相故障(所述最大值取V_{q_fall}的波形的波峰或波谷的絕對值中較大的那個值。)。

本實例實施將是以這種故障檢測保護方法應用于與公共電網(wǎng)相連接的多逆變器微電網(wǎng)為例。微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，微電網(wǎng)和公共電網(wǎng)之間通過變壓器相連。

故障發(fā)生在微電網(wǎng)內(nèi)部，如圖2中F1處，F(xiàn)1發(fā)生點位于與逆變器1連接的母線1區(qū)域，故障探測輸出V_{q_fall}，V_{q_fall}輸出波形與故障發(fā)生區(qū)域是對應的，根據(jù)波形可以識別判斷故障發(fā)生的區(qū)域位置和類型。當V_{q_fall}輸出超過給定閾值，該信號可用于斷路器控制，以切斷故障區(qū)域保護微電網(wǎng)，且與逆變器2連接的母線2上測量到的V_{q_fall}信號小于閾值，故母線區(qū)域2內(nèi)保護繼電器不動作；當V_{q_fall}輸出小于給定閾值，則繼續(xù)檢測電網(wǎng)。故障發(fā)生在微電網(wǎng)外部，如圖2中F2處，由于參考信號值總是等于測量信號值，故V_{q_fall}總是等于零，微電網(wǎng)內(nèi)的繼電保護不會因為主電網(wǎng)短路電流而動作。

應當理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換應屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍 。