摘要：本發明屬于電力系統技術領域，具體涉及一種微電網繼電保護裝置與保護方法。

申請人：辛宏影

本發明屬于電力系統技術領域，具體涉及一種微電網繼電保護裝置與保護方法;該裝置中每路信號采集判別系統按照電信號傳遞方向依次包括第一開關，采樣電路，第二開關，第一保持電路，第三開關，并聯設置的包括第四開關和第二保持電路的第一支路和包括第五開關和第三保持電路的第二支路，減法運算電路，絕對值運算電路，電壓比較電路、第六開關和控制器;該方法控制各個開關的時序，監測電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的總次數和連續次數，輸出跳閘控制信號;本發明不僅能夠在兩種模式之間切換，而且同樣具有快速速斷保護的時效性，還能夠避免錯過切換信號問題的發生，并且能夠避免誤將電網非穩態畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發生。

技術背景

微電網(Micro-Grid)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，既可以與外部電網并網運行(連接到外部電網上運行)，也可以孤立運行(脫離外部電網獨立運行)。

微電網的正常運行，需要繼電保護裝置進行保駕護航。由于傳統繼電保護裝置不具備“ 并網運行模式-孤立運行模式”的轉換功能，因此傳統繼電保護裝置還不能適應微電網的上述雙網切換方式;此外，微電網內部有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，此時，如果不能及時斷開相應回路，則對于微電網的安全生產將具有較大危害，由于傳統繼電保護裝置都是針對10KV及以上電壓的大電網線路應用而設計的，在時效上難以滿足400V及以下微電網快速切除故障的保護需求針對上述兩方面問題，申請號為201110258295.9的發明專利《微電網繼電保護方法與裝置》，通過檢測微電網與大電網之間連接的微電網開關的分合閘狀態，判斷微電網的運行狀態，當微電網處于孤立運行狀態時，使微電網繼電保護裝置運行在微電網繼電保護狀態，當微電網處于并網運行狀態時，使微電網繼電保護裝置進入常規繼電保護模式。

該發明適用于微電網在“ 并網運行模式-孤立運行模式”之間切換，針對微電網孤立運行時短路電流較并網時小、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10ms內跳閘的出口時間，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非穩態畸變噪聲信號判斷為切換信號。

以上兩個問題，還沒有查閱到相關資料能夠進行很好地解決。

發明要點簡述：

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

所述第一開關包括閉合和斷開兩種工作狀態，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連接，反相輸入端與輸出端直接連接;

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

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;

所述第五開關包括閉合和接地兩種工作狀態;

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連接控制器;

第一開關、第二開關、第三開關、第四開關和第五開關在相鄰兩個周期內的控制時序為：

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

S2、第一開關斷開、第二開關接地、第三開關連接懸空、第四開關閉合、第五開關接地、第六開關斷開;

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

S4、第一開關斷開、第二開關接地、第三開關連接懸空、第四開關接地、第五開關閉合、第六開關斷開;

發明內容

為了解決以上兩個問題，本發明設計了一種微電網繼電保護裝置與保護方法，不僅能夠在“ 并網運行模式-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，同申請號為201110258295.9的發明專利相比，不僅能夠避免錯過切換信號問題的發生，而且能夠避免誤將電網非穩態畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發生。

本發明的目的是這樣實現的：

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

所述第一開關包括閉合和斷開兩種工作狀態，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連接，反相輸入端與輸出端直接連接;

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

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;

所述第三開關包括連接第一支路、連接第二支路和懸空三種工作狀態;

所述第四開關包括閉合和接地兩種工作狀態;

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;

所述第五開關包括閉合和接地兩種工作狀態;

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連接，并通過電容C4接地，反相輸入端與輸出端直接連接;柴油發電機組

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的同相輸入端通過電阻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連接控制器;

第一開關、第二開關、第三開關、第四開關和第五開關在相鄰兩個周期內的控制時序為：

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

S2、第一開關斷開、第二開關接地、第三開關連接懸空、第四開關閉合、第五開關接地、第六開關斷開;

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

S4、第一開關斷開、第二開關接地、第三開關連接懸空、第四開關接地、第五開關閉合、第六開關斷開。

上述微電網繼電保護裝置，還包括電流電壓轉換電路;

所述電流電壓轉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。

上述微電網繼電保護裝置，在不同信號采集判別系統中，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：

其中，ΔU為采樣處的閾值電壓，k為系數，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。

一種在以上微電網繼電保護裝置上實現的微電網繼電保護方法，包括以下步驟：

步驟S1、控制器監測每一路信號采集判別系統中電壓比較電路輸出的結果，從每一個信號采集判別系統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，獲取一系列電壓比較電路輸出的結果;

步驟S3、判斷這一系列電壓比較電路輸出結果中，如果：

電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的次數連續超過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沒有連續超過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“ 并網運行模式-孤立運行模式”之間切換的功能;

第二、由于本發明包括2n路信號采集判別系統，對于8位控制信號，就可以實現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(等于申請號為201110258295 .9的發明專利的36次)，也僅僅用時2 .8125ms，略少于申請號為201110258295 .9的發明專利的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、由于本發明微電網繼電保護裝置設置2n路信號采集判別系統，在一路信號采集判別系統剛剛完成信號采集的瞬間，另一路信號采集判別系統可以直接接替信號采集工作，因此能夠做到連續采樣，避免錯過切換信號問題的發生;

第四、由于本發明微電網繼電保護方法中，增加了對電壓比較電路中輸入電壓大于閾值電壓的連續次數和總次數的監測，并結合根據在非穩態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次數和總次數很難超過閾值的特性，因此可以避免誤將電網非穩態畸變噪聲信號判斷為切換信號問題的發生。