本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微電網(wǎng)繼電保護裝置與保護方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)(Micro-Grid)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行(連接到外部電網(wǎng)上運行)，也可以孤立運行(脫離外部電網(wǎng)獨立運行)。

微電網(wǎng)的正常運行，需要繼電保護裝置進行保駕護航。由于傳統(tǒng)繼電保護裝置不具備“并網(wǎng)運行模式-孤立運行模式”的轉(zhuǎn)換功能，因此傳統(tǒng)繼電保護裝置還不能適應微電網(wǎng)的上述雙網(wǎng)切換方式；此外，微電網(wǎng)內(nèi)部有數(shù)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，此時，如果不能及時斷開相應回路，則對于微電網(wǎng)的安全生產(chǎn)將具有較大危害，由于傳統(tǒng)繼電保護裝置都是針對10KV及以上電壓的大電網(wǎng)線路應用而設計的，在時效上難以滿足400V及以下微電網(wǎng)快速切除故障的保護需求。

針對上述兩方面問題，申請?zhí)枮?01110258295.9的發(fā)明專利《微電網(wǎng)繼電保護方法與裝置》，通過檢測微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間連接的微電網(wǎng)開關(guān)的分合閘狀態(tài)，判斷微電網(wǎng)的運行狀態(tài)，當微電網(wǎng)處于孤立運行狀態(tài)時，使微電網(wǎng)繼電保護裝置運行在微電網(wǎng)繼電保護狀態(tài)，當微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時，使微電網(wǎng)繼電保護裝置進入常規(guī)繼電保護模式。該發(fā)明適用于微電網(wǎng)在“并網(wǎng)運行模式-孤立運行模式”之間切換，針對微電網(wǎng)孤立運行時短路電流較并網(wǎng)時小、但增長更為急劇的特點，采用包含圖變量啟動和兩點計算過程的故障電流算法，可以將整個出口時間控制在3ms左右，實現(xiàn)10ms內(nèi)跳閘的出口時間，提高了快速速斷保護的時效性；然而，這種方法沒有考慮到以下兩個問題：

第一、采樣的過程有可能錯過切換信號；

第二、這種方式可能會誤將電網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號判斷為切換信號。

以上兩個問題，還沒有查閱到相關(guān)資料能夠進行很好地解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決以上兩個問題，本發(fā)明設計了一種微電網(wǎng)繼電保護裝置與保護方法，不僅能夠在“并網(wǎng)運行模式-孤立運行模式”之間切換，而且同樣具有快速速斷保護的時效性，更重要的是，同申請?zhí)枮?01110258295.9的發(fā)明專利相比，不僅能夠避免錯過切換信號問題的發(fā)生，而且能夠避免誤將電網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發(fā)生。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種微電網(wǎng)繼電保護裝置，包括2ⁿ路信號采集判別系統(tǒng)，每路信號采集判別系統(tǒng)按照電信號傳遞方向依次包括第一開關(guān)，采樣電路，第二開關(guān)，第一保持電路，第三開關(guān)，并聯(lián)設置的第一支路和第二支路，所述第一支路包括第四開關(guān)和第二保持電路，第二支路包括第五開關(guān)和第三保持電路，減法運算電路，絕對值運算電路，電壓比較電路、第六開關(guān)和控制器，所述控制器用于控制第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第六開關(guān)的通斷，接收電壓比較電路輸出的比較結(jié)果，輸出跳閘控制信號；

所述第一開關(guān)包括閉合和斷開兩種工作狀態(tài)，閉合時間為20/2ⁿms；

所述采樣電路包括運算放大器U1，運算放大器U1的同相輸入端與第一開關(guān)連接，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第二開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)，閉合時間不小于20/2ⁿms，且覆蓋第一開關(guān)閉合時間；

所述第一保持電路包括運算放大器U2，運算放大器U2的同相輸入端與第一開關(guān)連接，并通過電容C2接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第三開關(guān)包括連接第一支路、連接第二支路和懸空三種工作狀態(tài)；

所述第四開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)；

所述第二保持電路包括運算放大器U3，運算放大器U3的同相輸入端與第三開關(guān)連接，并通過電容C3接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第五開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)；

所述第三保持電路包括運算放大器U4，運算放大器U4的同相輸入端與第三開關(guān)連接，并通過電容C4接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述減法運算電路包括運算放大器U5，運算放大器U5的同相輸入端通過阻值為r1的電阻R53連接運算放大器U4的輸出端，通過阻值為r1的電阻R54接地，運算放大器U5的反相輸入端通過阻值為r1的電阻R51連接運算放大器U3的輸出端，通過阻值為r1的電阻R52連接運算放大器U5的輸出端；

所述絕對值電路包括運算放大器U6和運算放大器U7，運算放大器U6的反相輸入端通過阻值為r2的電阻R61連接運算放大器U5的輸出端，通過阻值為r2的電阻R62連接絕對值電路的輸出端，通過二極管VD1連接運算放大器U6的輸出端，運算放大器U6的輸出端通過二極管VD2連接絕對值電路的輸出端；運算放大器U6的反相輸入端通過電阻R63接地；運算放大器U7的同相輸入端通過阻值為r2的電阻R71連接運算放大器U5的輸出端，運算放大器U7的反相輸入端通過阻值為r2的電阻R72連接絕對值電路的輸出端，通過二極管VD3連接運算放大器U7的輸出端，運算放大器U7的輸出端通過二極管VD4連接絕對值電路的輸出端；

所述電壓比較電路包括運算放大器U8，運算放大器U8的反相輸入端設置閾值電壓，運算放大器U8的同相輸入端連接絕對值電路的輸出端，運算放大器U8的輸出端通過第六開關(guān)連接控制器；

第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)在相鄰兩個周期內(nèi)的控制時序為：

S1、第一開關(guān)閉合、第二開關(guān)閉合、第三開關(guān)連接第一支路、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)閉合；

S2、第一開關(guān)斷開、第二開關(guān)接地、第三開關(guān)連接懸空、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)接地、第六開關(guān)斷開；

S3、第一開關(guān)閉合、第二開關(guān)閉合、第三開關(guān)連接第二支路、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)閉合；

S4、第一開關(guān)斷開、第二開關(guān)接地、第三開關(guān)連接懸空、第四開關(guān)接地、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)斷開。

上述微電網(wǎng)繼電保護裝置，還包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路；

所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器U9，運算放大器U9的反相輸入端通過電阻R91接地，通過電阻R92連接運算放大器U9的輸出端；運算放大器U9的同相輸入端通過串聯(lián)的電阻R93和電阻R94接地，輸入電流從電阻R93和電阻R94之間流入；運算放大器U9的輸出端連接第一開關(guān)。

上述微電網(wǎng)繼電保護裝置，在不同信號采集判別系統(tǒng)中，運算放大器U8反相輸入端設置的閾值電壓不同。

所述的閾值電壓為：

$\mathrm{\Δ}U=k\[U-\frac{U_{max}-U_{min}}{2}\]$

其中，ΔU為采樣處的閾值電壓，k為系數(shù)，U為采樣處的標準電壓，U_max為電壓最大值，U_min為電壓最小值。

一種在以上微電網(wǎng)繼電保護裝置上實現(xiàn)的微電網(wǎng)繼電保護方法，包括以下步驟：

步驟S1、控制器監(jiān)測每一路信號采集判別系統(tǒng)中電壓比較電路輸出的結(jié)果，從每一個信號采集判別系統(tǒng)電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的情況開始記錄；

步驟S2、以步驟S1開始記錄的時刻開始，在跳閘控制信號允許的延時時間范圍內(nèi)，獲取一系列電壓比較電路輸出的結(jié)果；

步驟S3、判斷這一系列電壓比較電路輸出結(jié)果中，如果：

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的次數(shù)連續(xù)超過N1次，進入步驟S4；

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的次數(shù)沒有連續(xù)超過N1次，控制器不輸出跳閘控制信號；

步驟S4、判斷這一系列電壓比較電路輸出結(jié)果中，如果：

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的總次數(shù)超過N2次，進入步驟S5；

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的總次數(shù)沒有超過N2次，控制器不輸出跳閘控制信號；

步驟S5、控制器輸出跳閘控制信號。

有益效果：

第一、由于本發(fā)明也具有通過采集電壓或電流信號，并與閾值相比較來輸出跳閘控制信號的功能，因此同樣具有在“并網(wǎng)運行模式-孤立運行模式”之間切換的功能；

第二、由于本發(fā)明包括2ⁿ路信號采集判別系統(tǒng)，對于8位控制信號，就可以實現(xiàn)256路采集，對于工頻50Hz交流電來說，只需要0.078125ms就可以完成一次采樣，對于將36次采樣(等于申請?zhí)枮?01110258295.9的發(fā)明專利的36次)，也僅僅用時2.8125ms，略少于申請?zhí)枮?01110258295.9的發(fā)明專利的3ms，因此同樣具有快速速斷保護的時效性，甚至效果還有所提高；

第三、由于本發(fā)明微電網(wǎng)繼電保護裝置設置2ⁿ路信號采集判別系統(tǒng)，在一路信號采集判別系統(tǒng)剛剛完成信號采集的瞬間，另一路信號采集判別系統(tǒng)可以直接接替信號采集工作，因此能夠做到連續(xù)采樣，避免錯過切換信號問題的發(fā)生；

第四、由于本發(fā)明微電網(wǎng)繼電保護方法中，增加了對電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的連續(xù)次數(shù)和總次數(shù)的監(jiān)測，并結(jié)合根據(jù)在非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號干擾下，電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的連續(xù)次數(shù)和總次數(shù)很難超過閾值的特性，因此可以避免誤將電網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發(fā)生。

附圖說明

圖1是本發(fā)明微電網(wǎng)繼電保護裝置的系統(tǒng)示意圖。

圖2是減法運算電路之前的電路連接示意圖。

圖3是減法運算電路及其之后的電路連接示意圖。

圖4是電流電壓轉(zhuǎn)換電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進一步詳細描述。

具體實施例一

本實施例為微電網(wǎng)繼電保護裝置實施例。

本實施例的微電網(wǎng)繼電保護裝置，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。該微電網(wǎng)繼電保護裝置包括2ⁿ路信號采集判別系統(tǒng)，每路信號采集判別系統(tǒng)按照電信號傳遞方向依次包括第一開關(guān)，采樣電路，第二開關(guān)，第一保持電路，第三開關(guān)，并聯(lián)設置的第一支路和第二支路，所述第一支路包括第四開關(guān)和第二保持電路，第二支路包括第五開關(guān)和第三保持電路，減法運算電路，絕對值運算電路，電壓比較電路、第六開關(guān)和控制器，所述控制器用于控制第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第六開關(guān)的通斷，接收電壓比較電路輸出的比較結(jié)果，輸出跳閘控制信號；

所述第一開關(guān)包括閉合和斷開兩種工作狀態(tài)，閉合時間為20/2ⁿms；

所述采樣電路包括運算放大器U1，運算放大器U1的同相輸入端與第一開關(guān)連接，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第二開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)，閉合時間不小于20/2ⁿms，且覆蓋第一開關(guān)閉合時間；

所述第一保持電路包括運算放大器U2，運算放大器U2的同相輸入端與第一開關(guān)連接，并通過電容C2接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第三開關(guān)包括連接第一支路、連接第二支路和懸空三種工作狀態(tài)；

所述第四開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)；

所述第二保持電路包括運算放大器U3，運算放大器U3的同相輸入端與第三開關(guān)連接，并通過電容C3接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

所述第五開關(guān)包括閉合和接地兩種工作狀態(tài)；

所述第三保持電路包括運算放大器U4，運算放大器U4的同相輸入端與第三開關(guān)連接，并通過電容C4接地，反相輸入端與輸出端直接連接；

第一開關(guān)、采樣電路、第二開關(guān)、第一保持電路、第三開關(guān)、第四開關(guān)、第二保持電路、第五開關(guān)和第三保持電路所組成的電路圖如圖2所示；

所述減法運算電路包括運算放大器U5，運算放大器U5的同相輸入端通過阻值為r1的電阻R53連接運算放大器U4的輸出端，通過阻值為r1的電阻R54接地，運算放大器U5的反相輸入端通過阻值為r1的電阻R51連接運算放大器U3的輸出端，通過阻值為r1的電阻R52連接運算放大器U5的輸出端；

所述絕對值電路包括運算放大器U6和運算放大器U7，運算放大器U6的反相輸入端通過阻值為r2的電阻R61連接運算放大器U5的輸出端，通過阻值為r2的電阻R62連接絕對值電路的輸出端，通過二極管VD1連接運算放大器U6的輸出端，運算放大器U6的輸出端通過二極管VD2連接絕對值電路的輸出端；運算放大器U6的反相輸入端通過電阻R63接地；運算放大器U7的同相輸入端通過阻值為r2的電阻R71連接運算放大器U5的輸出端，運算放大器U7的反相輸入端通過阻值為r2的電阻R72連接絕對值電路的輸出端，通過二極管VD3連接運算放大器U7的輸出端，運算放大器U7的輸出端通過二極管VD4連接絕對值電路的輸出端；

所述電壓比較電路包括運算放大器U8，運算放大器U8的反相輸入端設置閾值電壓，運算放大器U8的同相輸入端連接絕對值電路的輸出端，運算放大器U8的輸出端通過第六開關(guān)連接控制器；

減法運算電路、絕對值電路、電壓比較電路、第六開關(guān)和控制器所組成的電路圖如圖3所示；

第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)和第五開關(guān)在相鄰兩個周期內(nèi)的控制時序為：

S1、第一開關(guān)閉合、第二開關(guān)閉合、第三開關(guān)連接第一支路、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)閉合；

S2、第一開關(guān)斷開、第二開關(guān)接地、第三開關(guān)連接懸空、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)接地、第六開關(guān)斷開；

S3、第一開關(guān)閉合、第二開關(guān)閉合、第三開關(guān)連接第二支路、第四開關(guān)閉合、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)閉合；

S4、第一開關(guān)斷開、第二開關(guān)接地、第三開關(guān)連接懸空、第四開關(guān)接地、第五開關(guān)閉合、第六開關(guān)斷開。

具體實施例二

本實施例為微電網(wǎng)繼電保護裝置實施例。

本實施例的微電網(wǎng)繼電保護裝置，在具體實施例一的基礎(chǔ)上，還包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路；

所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路如圖4所示，該電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括運算放大器U9，運算放大器U9的反相輸入端通過電阻R91接地，通過電阻R92連接運算放大器U9的輸出端；運算放大器U9的同相輸入端通過串聯(lián)的電阻R93和電阻R94接地，輸入電流從電阻R93和電阻R94之間流入；運算放大器U9的輸出端連接第一開關(guān)。

增加了電流電壓轉(zhuǎn)換電路后，不僅可以對電壓進行監(jiān)測，而且可以對電流進行監(jiān)測，豐富了監(jiān)測手段。

具體實施例三

本實施例為微電網(wǎng)繼電保護裝置實施例。

本實施例的微電網(wǎng)繼電保護裝置，在具體實施例一的基礎(chǔ)上，進一步限定在不同信號采集判別系統(tǒng)中，運算放大器U8反相輸入端設置的閾值電壓不同。

這種參數(shù)設置，考慮到了不同相位的電壓閾值權(quán)重不同的問題，通過設定不同的閾值電壓，實現(xiàn)在運算放大器U8中，輸入電壓與閾值電壓直接比較，而無需在控制器內(nèi)進行運算，簡化運算時間，提高執(zhí)行效率。

具體實施例四

本實施例為微電網(wǎng)繼電保護裝置實施例。

本實施例的微電網(wǎng)繼電保護裝置，在具體實施例一的基礎(chǔ)上，進一步限定閾值電壓為：

$\mathrm{\Δ}U=k\[U-\frac{U_{max}-U_{min}}{2}\]$

其中，ΔU為采樣處的閾值電壓，k為系數(shù)，U為采樣處的標準電壓，U_max為電壓最大值，U_min為電壓最小值。

具體實施例五

本實施例為微電網(wǎng)繼電保護方法實施例。

本實施例的微電網(wǎng)繼電保護方法，在以上微電網(wǎng)繼電保護裝置上實現(xiàn)，該方法包括以下步驟：

步驟S1、控制器監(jiān)測每一路信號采集判別系統(tǒng)中電壓比較電路輸出的結(jié)果，從每一個信號采集判別系統(tǒng)電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的情況開始記錄；

步驟S2、以步驟S1開始記錄的時刻開始，在跳閘控制信號允許的延時時間范圍內(nèi)，獲取一系列電壓比較電路輸出的結(jié)果；

步驟S3、判斷這一系列電壓比較電路輸出結(jié)果中，如果：

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的次數(shù)連續(xù)超過N1次，進入步驟S4；

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的次數(shù)沒有連續(xù)超過N1次，控制器不輸出跳閘控制信號；

步驟S4、判斷這一系列電壓比較電路輸出結(jié)果中，如果：

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的總次數(shù)超過N2次，進入步驟S5；

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的總次數(shù)沒有超過N2次，控制器不輸出跳閘控制信號；

步驟S5、控制器輸出跳閘控制信號。

在本實施例中，正是由于增加了對電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的連續(xù)次數(shù)和總次數(shù)的監(jiān)測，并結(jié)合根據(jù)在非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號干擾下，電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的連續(xù)次數(shù)和總次數(shù)很難超過閾值的特性，因此可以避免誤將電網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發(fā)生。

需要說明的是，在以上實施例中，只要不矛盾的技術(shù)方案都能夠進行排列組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)排列組合的數(shù)學知識窮盡所有可能，因此，本發(fā)明不再對排列組合后的技術(shù)方案進行一一說明，但應該理解為排列組合后的技術(shù)方案已經(jīng)被本發(fā)明所公開。