一种负荷定值切换方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种负荷定值切换方法，包括以下步骤：步骤s1：获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的电压参数；步骤s2：依据所述电压参数判断所述微电网系统是否发生孤岛状态，如果是，执行步骤s3，否则，重复步骤s1；步骤s3；自一并网定值切换为一孤岛定值。以上技术方案提出了一种全新的定值切换方法，通过检测公共耦合点的电压参数，利用该电压参数的频率变化来判断微电网系统是否发生孤岛状态，如果处于孤岛状态，则自动执行并网定值至孤岛定值的切换。
【专利说明】
一种负荷定值切换方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于微电网技术领域，尤其涉及一种微电网保护方法及装置。
【背景技术】
[0002] 微电网系统中负荷在发生短路时，在并网和离网模式下的短路电流差异巨大。并 网时的短路电流少则为额定电流大小的5-6倍，多则达到额定电流大小的十几倍。而离网模 式下，短路电流受电力电子器件的限流影响在微电网内部短路时，其提供的故障电流恒定 且不大于其额定电流的两倍。当微电网的运行方式改变时，即离网转并网或者并网转离网， 如果微电网发生短路故障，由于运行方式的改变，导致流入故障元件的短路电流在不同运 行方式下不一致，从而引起保护整定的困难。因此，由一般的过流保护已经不能很好地辨识 并网和离网这两种模式下的短路故障。
【发明内容】
[0003] 针对以上技术问题，提供一种负荷定值切换方法及装置，以解决现有技术并网和 离网切换模式下的短路故障保护问题；
[0004] 具体技术方案如下：
[0005] -种负荷定值切换方法，其中，包括以下步骤：
[0006] 步骤si:获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的电压参数；
[0007] 步骤s2:依据所述电压参数判断所述微电网系统是否发生孤岛状态，如果是，执行 步骤S3,否则，重复步骤si;
[0008] 步骤s3;自一并网定值切换为一孤岛定值。
[0009] 上述的一种负荷定值切换方法，所述步骤si中所述电压参数包括电压幅值和电压 频率。
[0010] 上述的一种负荷定值切换方法，所述步骤s2的具体步骤如下：
[0011] 步骤s21:计算所述电压频率的变化率df/dt，及所述电压频率的偏移标准差N(f);
[0012] 步骤S22:判断所述电压频率的变化率df/dt是否大于一预定变化值，如果是，执行 步骤s23;如果否，退出；
[0013] 步骤s23:判断所述电压频率的偏移标准差N(f)是否在预定范围内，如果是，执行 步骤s3;如果否，退出。
[0014] 上述的一种负荷定值切换方法，所述偏移标准差N(f)采用以下公式计算得到：
[0015] W)= 0其中，心为第i个采样周波内的频率，i = l、2、3、4、5; \ i=I ) . f norm 为标准频率。
[0016] 上述的一种负荷定值切换方法，所述步骤si具体步骤如下：
[0017] 步骤sll:通过一电压互感器获得所述公共耦合点的电压信号；
[0018] 步骤sl2:所述电压信号通过电压变换和滤波之后获得采样信号；
[0019] 步骤sl3:依据所述采样信号进行计算获得电压幅值V和电压频率f。
[0020] 上述的一种负荷定值切换方法，所述步骤s23具体如下：
[0021] 步骤s231:判断一第一预定时间内所述电压频率的偏移标准差N(f)是否大于一第 一预定值，如果是，执行步骤s3，如果否，执行步骤s232;
[0022]步骤s232:判断一大于所述第一预定时间的第二预定时间内所述电压频率的偏移 标准差N( f)是否大于一第二预定值，如果是，执行步骤s3，如果否，退出。
[0023] 还提供，一种负荷定值切换装置，包括：
[0024] 电压参数获取模块，用于获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的 电压参数；
[0025] 逻辑模块，与所述电压参数获取模块连接，依据所述电压参数判断所述微电网系 统是否发生孤岛状态；
[0026] 定值切换模块，与所述逻辑模块连接，依据所述逻辑模块的判断结果执行一并网 定值与一孤岛定值之间的切换。
[0027] 上述的一种负荷定值切换装置，还包括存储模块，与所述定值切换模块连接，用于 存储多组定值，所述定值包括并网定值以及孤岛定值。
[0028] 上述的一种负荷定值切换装置，所述电压参数获取模块包括：
[0029] 电压互感器，用于获得所述公共耦合点的电压信号；
[0030] 信号处理模块，与所述电压互感器的信号输出端连接，依据所述电压信号获得所 述电压参数，所述电压参数包括电压幅度、电压频率、所述电压频率获得电压频率的变化率 及电压频率的偏移标准差。
[0031] 上述的一种负荷定值切换装置，
[0032] 所述逻辑模块包括：
[0033] 第一判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断所述电压频率的变化率是否 大于一预定变化值；
[0034] 和/或，
[0035] 第二判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断所述电压频率的偏移标准差 是否在预定范围内；
[0036] 和/或，
[0037] 第三判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断一第一预定时间内所述电压 频率的偏移标准差是否大于一第一预定值；
[0038] 和/或，
[0039] 第四判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断一大于所述第一预定时间的 第二预定时间内，所述电压频率的偏移标准差超出第一预定值的统计时间的计数值是否大 于一第二预定值。
[0040] 有益效果：以上技术方案提出了一种定值切换方法，通过检测公共耦合点的电压 参数，利用该电压参数的频率变化来判断微电网系统是否发生孤岛状态，如果处于孤岛状 态，则自动执行并网定值至孤岛定值的切换。
【附图说明】
[0041] 图1-图3为本发明的不同实施例的方法流程示意图；
[0042] 图4-图7为本发明的不同实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0045]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0046] 参照图1，一种负荷定值切换方法，其中，包括以下步骤：
[0047] 步骤si:获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的电压参数；
[0048] 步骤s2 :依据电压参数判断微电网系统是否发生孤岛状态，如果是，执行步骤S3， 否则，重复步骤si;
[0049] 步骤s3;自一并网定值切换为一孤岛定值。
[0050] 现有的馈线保护、智能脱扣断路器中，均没有考虑负荷在并离网两种运行模式下 的定值切换问题，通常都是由运行人员根据微网的运行状态手动输入改变定值，这样虽然 解决了计划孤岛运行时的定值问题，但是未能考虑到被动孤岛发生时的情况，而且没有自 动切换方便，本发明通过检测公共耦合点的电压参数，利用该电压参数的频率变化来判断 微电网系统是否发生孤岛状态，如果处于孤岛状态，则自动执行并网定值至孤岛定值的切 换。
[0051] 上述的一种负荷定值切换方法，步骤si中电压参数包括电压幅值和电压频率。利 用电压频率的变化对孤岛进行检测，并给出详细的边界条件，增加了孤岛检测准确性。 [0052]上述的一种负荷定值切换方法，参照图2所示，步骤si具体步骤如下：
[0053] 步骤sll:通过一电压互感器获得公共耦合点的电压信号；
[0054]步骤sl2:电压信号通过电压变换和滤波之后获得采样信号；
[0055] 步骤sl3:依据采样信号进行计算获得电压幅值V和电压频率f。
[0056] 上述的一种负荷定值切换方法，如图3所述，步骤s2的具体步骤可以如下：
[0057] 步骤s21:计算电压频率的变化率df/dt，及电压频率的偏移标准差N(f);
[0058]步骤s22:判断电压频率的变化率df/dt是否大于一预定变化值，如果是，执行步骤 s23;如果否，退出；
[0059] 步骤s23:判断电压频率的偏移标准差N(f)是否在预定范围内，如果是，执行步骤 s3;如果否，退出。
[0060] 上述的一种负荷定值切换方法，偏移标准差N(f)采用以下公式计算得到： (5 Y/?
[0061] iV(/)= /5 其中，fi 为第 i 个采样周波内的频率，i = l、2、3、4、5; f norm 为标准频率。
[0062]本发明的采样频率可以设置为lms，在5个采样周波内（5ms)，计算频率的偏移标准 差N(f)。
[0063] 当微电网发生孤岛运行时，如果系统内分布式发电单元输出无功功率和负荷侧的 需求无功功率不匹配，在公共耦合点所测得的系统频率将偏离系统标准频率，所以可以检 测到频率变化率df /dt辛0。根据国内现在通行的标准国家电网公司发布的企业标准Q-⑶W 617-2011，标准频率为50Hz，频率允许的波动范围为49.8到50.2Hz。在本发明所提出的方法 中，采样时间设置为lms，所以频率变化率所允许的最大值为200Hz/s，如果超出此值，认为 微电网系统可能发生孤岛状态，即上述的步骤s22中，预定变化值等于200Hz/s，判断电压频 率的变化率df/dt是否大于200Hz/s，但由于频率变化率仅仅是一个突变量，也可能是其它 的一些系统原因引起这种频率的突变，所以频率变化率并不能作为检测孤岛状态的可靠判 据，需要频率偏移标准差作为检测的可靠判据。在检测到频率变化率大于200Hz/s时，启动 检测程序进一步判断频率偏移标准差N(f)是否在允许范围内，以判别微电网系统是否发生 孤岛运行状态。
[0064] 上述的一种负荷定值切换方法，步骤s23具体如下：
[0065] 步骤s231:判断一第一预定时间内电压频率的偏移标准差N(f)是否大于一第一预 定值，如果是，执行步骤s3，如果否，执行步骤s232;
[0066] 步骤s232:判断一大于第一预定时间的第二预定时间内电压频率的偏移标准差N (f)超出第一预定值的统计时间的计数值Nu(f)是否大于一第二预定值，如果是，执行步骤 s3,如果否，退出。
[0067]上述的第一预定时间设为50ms，第一预定值设为0.2,第二预定时间可以为100ms， 第二预定值为计数值Nu (f)的最大值NuMax。
[0068]因为频率偏移标准差N(f)是一个开方值，永远为正，并且允许的限定值即第一预 定值为0.2,所以本发明提出的方法在启动检测程序后对N(f)超出限定值的状态进行统计， 计数值用Nu (f)来表示。根据国内现在通行的标准，国家电网公司发布的企业标准Q-GDW 617-2011规定检测时间不超过200ms，本发明的检测程序以100ms作为对N(f)超出限定值的 统计时间，如果在统计时间内计数值Nu(f)低于限定的最小值NuMin，即可判定微电网未发 生孤岛状态，如果在统计时间内计数值Nu (f)高于限定的最大值NuMax，或者Nu (f)大于限定 值的状态持续50ms，可以判定微电网发生孤岛运行状态。
[0069] 本发明利用频率的变化对孤岛进行了检测，给出了详细的边界条件，增加了孤岛 检测的准确性。
[0070] 还提供，一种负荷定值切换装置，参照图4至图7,包括：
[0071] 电压参数获取模块1，用于获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点 的电压参数；
[0072] 逻辑模块2,与电压参数获取模块1连接，依据电压参数判断微电网系统是否发生 孤岛状态；
[0073]定值切换模块3,与逻辑模块2连接，依据所述逻辑模块的判断结果执行一并网定 值与一孤岛定值之间的切换。
[0074] 上述的一种负荷定值切换装置，还包括存储模块4,与定值切换模块3连接，用于存 储多组定值，多组定值包括并网定值以及孤岛定值。
[0075] 多组定值储存于可擦写的存储器E2R0M中，定值切换程序通过对微电网并离网的 状态判断并进行切换，解决了负荷在并离网不同状态下发生短路时的辨识问题，从而提高 了微网运行的安全性。
[0076] 上述的一种负荷定值切换装置，电压参数获取模块3包括：
[0077] 电压互感器11，用于获得公共耦合点的电压信号；
[0078]信号处理模块12,与电压互感器的信号输出端连接，依据电压信号获得电压参数， 电压参数包括电压幅度、电压频率、电压频率获得电压频率的变化率及电压频率的偏移标 准差。
[0079] 本发明的实现首先由电压互感器(Potential Transformer，PT)输入电压信号，通 过电压变换和滤波之后，变成信号处理模块(Digital Signal Processor，DSP)中模数转换 模块(Analog to Digital，AD)可以采样的小信号。信号处理模块对采样到的小信号进行计 算，得到电压幅值V和电压频率f，并且计算出电压频率的变化率df/dt、频率偏移标准差N ⑴。
[0080] 逻辑模块2如FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列）对 信号处理模块处理完的信号进行逻辑分析和运算，判断微网是处于并网还是离网的状态。 同时逻辑模块2对存储模块E2R0M中的多组定值进行选择，使得保护中定值发生改变，完成 定值切换功能，解决了被动孤岛运行时的负荷定值切换问题。
[0081 ]如图6所示，信号处理模块12可以包括：
[0082]电压变换子模块121，用于对电压信号进行信号变换；
[0083] 滤波子模块122,与电压变换子模块121连接，用于对进行信号变换后的电压信号 进行滤波之后获得采样信号；
[0084] 第一计算子模块123,与滤波子模块122连接，依据采样信号进行计算获得电压幅 值和电压频率。
[0085]上述的一种负荷定值切换装置，还可以包括第二计算子模块124,与第一计算子模 块123连接，依据电压频率获得电压频率的变化率及电压频率的偏移标准差。
[0086] 上述的一种负荷定值切换装置，如图7所示，逻辑模块2可以包括：
[0087] 第一判断模块21，与电压参数获取模块1连接，判断电压频率的变化率是否大于一 预定变化值；
[0088] 和/或，
[0089] 第二判断模块22,与电压参数获取模块1连接，判断电压频率的偏移标准差是否在 预定范围内。
[0090] 上述的一种负荷定值切换装置，逻辑模块2还可以包括：
[0091]第三判断模块23,与电压参数获取模块1连接，判断一第一预定时间内电压频率的 偏移标准差是否大于一第一预定值；
[0092] 和/或，
[0093] 第四判断模块24,与电压参数获取模块1连接，判断一大于第一预定时间的第二预 定时间内，电压频率的偏移标准差超出第一预定值的统计时间的计数值是否大于一第二预 定值。
[0094] 以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对 于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替 换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种负荷定值切换方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤s 1:获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的电压参数； 步骤S2:依据所述电压参数判断所述微电网系统是否发生孤岛状态，如果是，执行步骤 s3,否则，重复步骤si; 步骤s3;自一并网定值切换为一孤岛定值。2. 根据权利要求1所述的一种负荷定值切换方法，其特征在于，所述步骤si中所述电压 参数包括电压幅值和电压频率。3. 根据权利要求2所述的一种负荷定值切换方法，其特征在于，所述步骤si具体步骤如 下： 步骤s 11:通过一电压互感器获得所述公共耦合点的电压信号； 步骤sl2:所述电压信号通过电压变换和滤波之后获得采样信号； 步骤sl3:依据所述采样信号进行计算获得电压幅值V和电压频率f。4. 根据权利要求2所述的一种负荷定值切换方法，其特征在于，所述步骤s2的具体步骤 如下： 步骤s21:计算所述电压频率的变化率df/dt，及所述电压频率的偏移标准差N(f); 步骤s22:判断所述电压频率的变化率df/dt是否大于一预定变化值，如果是，执行步骤 s23;如果否，退出； 步骤s23:判断所述电压频率的偏移标准差N(f)是否在预定范围内，如果是，执行步骤 s3;如果否，退出。5. 根据权利要求4所述的一种负荷定值切换方法，其特征在于，所述偏移标准差N(f)采 用以下公式计算得到：'5其中，f i为第i个采样周波内的频率;f为标准频率；i i =1、2、3、4、5〇6. 根据权利要求4所述的一种负荷定值切换方法，其特征在于，所述步骤s23具体如下： 步骤s231:判断一第一预定时间内所述电压频率的偏移标准差N(f)是否大于一第一预 定值，如果是，执行步骤s3，如果否，执行步骤s232; 步骤s232:判断一大于所述第一预定时间的第二预定时间内所述电压频率的偏移标准 差N(f)超出第一预定值的统计时间的计数值Nu(f)是否大于一第二预定值，如果是，执行步 骤s3,如果否，退出。7. -种负荷定值切换装置，其特征在于，包括： 电压参数获取模块，用于获取连接一微电网系统至一主电网系统的公共耦合点的电压 参数； 逻辑模块，与所述电压参数获取模块连接，依据所述电压参数判断所述微电网系统是 否发生孤岛状态； 定值切换模块，与所述逻辑模块连接，依据所述逻辑模块的判断结果执行一并网定值 与一孤岛定值之间的切换。8. 根据权利要求7所述的一种负荷定值切换装置，其特征在于，还包括存储模块，与所 述定值切换模块连接，用于存储多组定值，所述定值包括所述并网定值以及所述孤岛定值。9. 根据权利要求7所述的一种负荷定值切换装置，其特征在于，所述电压参数获取模 块包括： 电压互感器，用于获得所述公共耦合点的电压信号； 信号处理模块，与所述电压互感器的信号输出端连接，依据所述电压信号获得所述电 压参数，所述电压参数包括电压幅度、电压频率、所述电压频率获得电压频率的变化率及电 压频率的偏移标准差。10. 根据权利要求7所述的一种负荷定值切换装置，其特征在于， 所述逻辑模块包括： 第一判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断所述电压频率的变化率是否大于 一预定变化值； 和/或， 第二判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断所述电压频率的偏移标准差是否 在预定范围内； 和/或， 第三判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断一第一预定时间内所述电压频率 的偏移标准差是否大于一第一预定值； 和/或， 第四判断模块，与所述电压参数获取模块连接，判断一大于所述第一预定时间的第二 预定时间内，所述电压频率的偏移标准差超出第一预定值的统计时间的计数值是否大于一 第二预定值。
【文档编号】H02H3/08GK105958430SQ201610272327
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】朱长东, 周春, 徐俊
【申请人】上海电气分布式能源科技有限公司