一种离网风光直流微网功率失衡分级自愈保护控制方法与流程

本发明涉及离网微网控制，具体涉及一种离网风光直流微网功率失衡分级自愈保护控制方法。

背景技术：

1、离网风光直流微网广泛应用于海岛、偏远乡村、野外作业站点等无大电网供电场景。风光发电存在较强随机波动性，负荷频繁投切易引发系统功率失衡，造成直流母线电压剧烈偏移，功率失衡保护控制是离网直流微网的关键技术。

2、专利cn115833741a公开了一种孤岛直流微网功率协调控制方案。该方案可平抑部分风光波动，但缺陷较为突出：调控策略仅依据瞬时采样数据做功率补偿，缺少时序滑动评估窗口统计，未对功率失衡划分第一失衡等级和第二失衡等级，无法区分正常小幅波动。不同失衡工况采用统一补偿策略，轻微扰动造成储能频繁充放电，严重故障又无法快速隔离，难以兼顾供电连续性与设备安全。

3、专利cn116092427a提出一种直流微网电压分级保护系统，依据母线电压实现多级越限保护。该方案引入多阈值电压判据，但是属于刚性开环保护架构，仅依靠实时电压执行告警或跳闸，没有结合发电、负荷功率综合判别失衡成因，缺少试探-校验闭环自愈调节机制。瞬时采样噪声、短时功率冲击容易造成保护误动作，轻中度失衡直接跳闸，带来不必要的供电中断。

4、上述对比文件还有一个共性短板，调控方案均基于瞬时采样数据决策，仅利用当前时刻采样信息开展保护判断；未能充分挖掘周期内发电、负荷、母线电压的时序变化规律，不区分发电过剩型、供电不足型两类失衡成因，处置针对性差，抗干扰能力有限，容易因短时扰动发生误保护、误跳闸。

技术实现思路

1、现有离网风光直流微网在功率失衡保护控制过程中存在诸多缺陷：保护决策仅依赖瞬时采样信号，未利用总发电功率、总负荷功率、直流母线电压的时序变化规律，缺少滑动评估窗口时序统计滤波机制，易受采样噪声、短时功率冲击干扰，误保护、误跳闸现象频发；未对功率失衡做等级划分，也未区分发电过剩型失衡与供电不足型失衡两类故障成因，不同扰动工况采用统一处置策略，保护动作针对性不足；轻中度功率失衡工况缺少试探-校验柔性调节流程，直接输出完整保护控制指令，容易造成直流母线电压剧烈震荡；严重功率失衡没有设置快速隔离分支，故障处置滞后，系统失稳风险较高；整体缺少闭环循环监测机制，保护动作完成后无法持续跟踪微网运行状态。

2、因此，本发明目的在于克服现有技术不足，提供一种离网风光直流微网功率失衡分级自愈保护控制方法，实现滑动评估窗口时序统计、功率失衡分级分类判定、轻中度工况试探校验调节、严重故障快速支路隔离、闭环循环持续监测，兼顾离网微网供电连续性与设备运行安全目标。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种离网风光直流微网功率失衡分级自愈保护控制方法，包括以下步骤：

5、采集离网风光直流微网的微网运行电气量的时序采样数据，以及各微网支路的支路运行数据；以预先配置的滑动评估窗口对所述微网运行电气量的时序采样数据进行滑动统计处理，提取失衡偏离特征，依据所述失衡偏离特征判定所述离网风光直流微网的功率失衡等级与功率失衡成因；

6、响应于所述功率失衡等级为第一失衡等级时，基于所述支路运行数据生成可切除支路集合及各可切除支路的运行特征；以微网运行代价最小为优化目标，构建群体智能优化模型；采用蚁群算法对所述群体智能优化模型进行迭代寻优计算，求解得到故障支路隔离方案，确定待切除的故障支路并执行故障支路隔离操作；

7、响应于所述功率失衡等级为第二失衡等级时，从预置的动作资源池中匹配并筛选得到候选保护动作集合及其执行优先级，按照所述执行优先级的顺序，依次对候选保护动作输出试探控制量并执行试探校验：在预设校验时间窗口内采集电气反馈数据，判断候选保护动作的试探校验是否通过；若通过，则执行当前候选保护动作；若不通过，则选取下一执行优先级的候选保护动作重新执行试探校验，若候选保护动作集合中的候选保护动作均试探校验不通过时，升级为第一失衡等级并执行故障支路隔离操作。

8、优先地，按照预设采样周期，持续采集每一采样时刻的微网运行电气量，形成微网运行电气量的时序采样数据；同步采集各微网支路的支路运行数据，使支路运行数据与微网运行电气量的时序采样数据保持时间维度对齐。以预先配置的滑动评估窗口对微网运行电气量的时序采样数据进行滑动统计处理。对滑动评估窗口内每一采样时刻，计算总发电功率与总负荷功率的差值，得到该采样时刻的瞬时功率差值；对窗口内各采样时刻的瞬时功率差值进行统计运算，得到窗口统计功率差值；提取窗口内直流母线电压的时序数据，求取窗口内直流母线电压的平均值，将直流母线电压的平均值与直流母线额定参考电压的差值作为母线电压偏移量。综合窗口统计功率差值与母线电压偏移量，得到失衡偏离特征。依据失衡偏离特征判定离网风光直流微网的功率失衡等级与功率失衡成因。

9、优先地，判定功率失衡等级的方式为：将窗口统计功率差值的绝对值与预设失衡阈值进行比对。预设失衡阈值包括第一失衡阈值和第二失衡阈值，且第一失衡阈值大于第二失衡阈值。当窗口统计功率差值的绝对值小于第二失衡阈值时，判定为正常功率工况；当窗口统计功率差值的绝对值大于或等于第二失衡阈值且小于第一失衡阈值时，判定为第二失衡等级；当窗口统计功率差值的绝对值大于或等于第一失衡阈值时，判定为第一失衡等级。预设失衡阈值通过对离网风光直流微网额定功率乘以对应比例系数得到，实现阈值跟随系统容量自适应配置。

10、优先地，判定功率失衡成因的方式为：对比经滑动统计处理后的总发电功率与总负荷功率的大小关系，并结合直流母线电压的偏移方向进行判定。当总发电功率大于总负荷功率且直流母线电压正向偏移时，判定为发电过剩型失衡；当总负荷功率大于总发电功率且直流母线电压负向偏移时，判定为供电不足型失衡。优先地，执行功率-电压一致性校验，识别采样异常工况与瞬时扰动。配置一致性校验阈值，当总发电功率与总负荷功率的大小对比关系所对应的理论电压偏移方向同直流母线电压的实际偏移方向不一致时，判定为特征冲突工况，计算冲突偏差；当冲突偏差未超过一致性校验阈值时，判定为小幅噪声并忽略；当冲突偏差超过一致性校验阈值时，判定为采样异常工况，舍弃本滑动评估窗口的统计结果，重新进行下一窗口的统计与判定。

11、优先地，当功率失衡等级为第一失衡等级时，基于支路运行数据生成可切除支路集合及各可切除支路的运行特征；以微网运行代价最小为优化目标，构建群体智能优化模型；采用蚁群算法对群体智能优化模型进行迭代寻优计算，求解得到故障支路隔离方案，确定待切除的故障支路并执行故障支路隔离操作。其中，可切除支路集合包含所有可切除的发电支路和可控负荷支路；运行特征包括各支路的功率、开关状态及重要度等级。

12、优先地，对于第一失衡等级，离网风光直流微网已临近失稳边界，不再执行试探校验步骤，直接通过蚁群算法迭代寻优确定最优隔离方案并执行，以减少处置时延，优先保障设备硬件安全。按照输出的隔离方案，向对应支路的开关器件下发隔离控制指令，完成支路切除；下发控制指令后，采集各对应支路开关器件的电气反馈数据，确认开关均已可靠分断，支路实现电气隔离。

13、优先地，当功率失衡等级为第二失衡等级时，从预置的动作资源池中匹配并筛选得到候选保护动作集合及其执行优先级，按照执行优先级的顺序，依次对候选保护动作执行试探校验。

14、优先地，动作资源池内存储有多组保护动作，每组保护动作预先绑定适配的失衡等级标签和失衡成因标签，并按照预设优先级顺序排序。预设优先级排序原则为优先采用功率调节类动作，后采用负荷切除类动作；其中，功率调节类动作包括风光发电单元输出功率调节、储能单元充放电调节，负荷切除类动作包括可控负荷投切操作。优先级越高代表在试探校验时被优先选取。

15、优先地，试探校验的具体步骤包括：获取当前候选保护动作对应的完整执行控制量；将完整执行控制量乘以预设试探比例系数，生成小幅试探控制量；将小幅试探控制量下发至对应的执行单元，启动计时器，维持预设观察校验时长；在预设观察校验时长内持续采集微网的电气反馈数据，电气反馈数据包括直流母线电压、总发电功率和总负荷功率的时序采样数据。

16、优先地，根据电气反馈数据判断当前候选保护动作的试探校验是否通过：若电气反馈数据表明窗口统计功率差值的绝对值减小，母线电压向额定值回归，且直流母线电压始终处允许安全阈值区间以内，则判定试探校验通过；若电气反馈数据表明窗口统计功率差值的绝对值增大、母线电压偏移进一步加剧、直流母线电压越出安全阈值或功率振荡加剧，则判定试探校验不通过。若试探校验通过，则执行当前候选保护动作，即下发完整执行控制量至对应的执行单元；若试探校验不通过，则放弃当前候选保护动作，选取下一执行优先级的候选保护动作重新执行试探校验。

17、优先地，若候选保护动作集合中的全部候选保护动作均试探校验不通过时，将当前工况升级为第一失衡等级，并执行故障支路隔离操作。

18、优先地，故障支路隔离操作或候选保护动作执行完毕后，重新采集微网运行电气量的时序采样数据及各微网支路的支路运行数据，进入下一轮功率失衡监测判定流程。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

20、本发明针对离网风光直流微网中风光发电随机波动与负荷频繁投切易引发功率失衡、导致直流母线电压剧烈偏移的技术问题，从功率失衡的准确辨识、分级分类处置到保护动作的柔性执行与闭环监测，提供了一整套完整的分级自愈保护控制方案。通过滑动评估窗口对时序采样数据进行滑动统计处理，综合多维度统计量准确输出功率失衡等级与成因，克服了现有技术仅依赖瞬时采样数据易受噪声干扰导致误保护的缺陷；在此基础上针对第一失衡等级跳过试探校验，直接通过蚁群算法迭代寻优快速确定最优故障支路隔离方案并执行，优先保障设备硬件安全，针对第二失衡等级通过“试探—校验—执行”的闭环柔性调节机制，以小幅试探控制量观测微网响应，校验通过后方完整执行保护动作，避免直接输出完整控制指令导致母线电压剧烈震荡与非必要负荷切除，兼顾了供电连续性与保护可靠性；保护动作执行完毕后重新返回采集步骤，形成闭环持续监测，实现了对微网动态工况的持续跟踪与多次保护响应。