一种新能源微电网离并网供电控制方法及系统与流程

本发明涉及微电网供电控制，特别是一种新能源微电网离并网供电控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电、储能及柔性负荷接入配电网，新能源微电网在园区、海岛、工商业用户及应急供电场景中得到广泛应用；微电网通常需要在并网和离网两种状态下运行，并在外部电网故障、电压频率异常或电网恢复正常时进行模式切换；现有控制方式通过电压频率检测、同期判断、分布式电源控制和开关顺序控制，实现离网解列、并网恢复及部分负荷供电。

2、但是，新能源微电网中的分布式电源多为电力电子接口电源，故障电流受限且变化快，运行拓扑改变后，故障电流大小、方向和供电路径也会随之变化；然而现有技术对是否满足切换条件以及开关能否动作，对切换后的保护配合考虑不足，容易出现保护定值与实际运行拓扑不匹配的问题。

技术实现思路

1、第一方面，本发明提供了一种新能源微电网离并网供电控制方法，具体步骤包括：

2、获取微电网的电压、频率及电压相角，确定切换任务，并根据一次接线信息及开关分合状态形成当前运行拓扑；

3、根据所述切换任务确定供电起点，按照负荷等级和负荷功率确定负荷供电顺序，并搜索由供电起点至各负荷支路的候选供电路径；

4、沿候选供电路径划分保护区段，建立候选供电路径与保护区段的路径区段关联关系，根据保护区段的最大负荷电流确定动作下限定值，根据保护区段的最小故障电流确定动作上限定值，并由动作上限定值与动作下限定值的差值确定保护整定裕度；

5、按照负荷供电顺序对候选供电路径进行尝试加入，每尝试加入一条候选供电路径时，根据路径区段关联关系确定该候选供电路径与已保留供电路径共用的保护区段，将该候选供电路径对应的新增负荷计入共用保护区段，更新共用保护区段的最大负荷电流，并在分布式电源与共用保护区段之间的通电回路发生变化时重新计算最小故障电流；

6、根据更新后的最大负荷电流和最小故障电流重新确定共用保护区段的动作下限定值、动作上限定值及保护整定裕度；若任一共用保护区段的动作下限定值不小于动作上限定值，撤销该候选供电路径的尝试加入，并将其记入受限路径集合；否则保留该候选供电路径；

7、由保留的候选供电路径形成目标运行拓扑，生成保护整定数据及开关动作顺序，将保护整定数据写入保护装置的备用定值区，核验合格后，切换至备用定值区并执行开关动作顺序，核验不合格时，将对应保护区段记入受限路径集合。

8、优选的，所述切换任务包括离网切换任务和并网切换任务；

9、当微电网电压低于预设下限电压、超过预设上限电压，或者频率不处于预设频率范围时，生成离网切换任务；

10、当微电网侧和外部电网侧的电压、频率均恢复至允许范围后，计算并网点两侧的电压差、频率差和电压相角差；三者均处于同期允许范围时，生成并网切换任务；并网开关合闸前再次计算所述电压差、频率差和电压相角差，任一项超出同期允许范围时，取消合闸并保持当前开关状态。

11、优选的，所述当前运行拓扑、供电起点和候选供电路径按照以下方式确定：

12、获取微电网的一次接线信息及开关分合状态，以处于合闸状态且两端电气连通的线路构建当前运行拓扑；

13、执行离网切换任务时，读取各构网型电源的运行状态和当前可用功率，将运行正常且当前可用功率大于预设保底功率的构网型电源所在母线确定为供电起点；

14、执行并网切换任务时，将并网点母线确定为供电起点；

15、确定负荷供电顺序时，按照负荷等级由高至低排列，负荷等级相同时按照负荷功率由小至大排列。

16、优选的，搜索候选供电路径时，以供电起点为搜索起点，沿处于可投入状态的线路和开关向负荷所在母线逐级搜索；

17、到达负荷所在母线后，将途经的母线、线路和开关记录为候选供电路径；

18、读取候选供电路径所连接线路的有功功率、无功功率及母线电压，计算线路运行电流；当任一线路运行电流大于允许载流量时，删除经过该线路的候选供电路径；当候选供电路径经过受限路径集合中的保护区段时，删除该候选供电路径。

19、优选的，划分保护区段时，按照候选供电路径的供电方向读取保护装置的安装位置及其控制的断路器；

20、将相邻两个保护装置之间的线路记为双端保护区段；将线路一端设置保护装置、另一端设置断路器的线路记为单端保护区段；

21、当候选供电路径存在不带电的线路时，在该线路对应保护区段中设置拓扑变化标记；

22、根据相应保护区段设置的拓扑变化标记，在候选供电路径尝试加入过程中触发该保护区段的最小故障电流重新计算。

23、优选的，所述路径区段关联关系至少包括保护区段对应的断路器、保护装置、经过该保护区段的候选供电路径、经该保护区段供电的负荷支路以及向该保护区段提供故障电流的分布式电源；

24、当候选供电路径被尝试加入时，依据所述路径区段关联关系确定新增负荷所作用的保护区段、与已保留供电路径共用的保护区段以及需要重新计算故障电流的保护区段；

25、当候选供电路径被撤销时，同步删除该候选供电路径对共用保护区段的新增负荷记录。

26、优选的，确定最小故障电流时，在保护区段的首端和末端分别设置故障点，并分别计算三相短路和两相短路时的总故障电流；

27、根据候选供电路径和开关分合状态，确定闭合电气通路的分布式电源，实时读取在保护装置动作判别期间的故障电流，并累计为该故障点的总故障电流；

28、分别获取保护区段首端三相短路、首端两相短路、末端三相短路和末端两相短路对应的总故障电流，并选取最小的总故障电流，作为该保护区段的最小故障电流。

29、优选的，确定保护整定裕度时，对候选供电路径进行潮流计算，得到保护区段的最大负荷电流，并将最大负荷电流与预设可靠系数的乘积作为动作下限定值；

30、将最小故障电流除以预设灵敏系数作为动作上限定值；

31、当动作下限定值小于动作上限定值时，将动作下限定值至动作上限定值之间的数值范围作为整定区间，并以动作上限定值与动作下限定值的差值作为保护整定裕度，反之，则将该保护区段标记为禁止选用区段。

32、优选的，对同一负荷支路存在多条候选供电路径时，分别对各候选供电路径执行尝试加入，得到尝试加入后的共用保护区段的更新保护整定裕度；

33、将各共用保护区段中的最小更新保护整定裕度作为该候选供电路径的裕度保持值；

34、优先保留裕度保持值最大的候选供电路径；裕度保持值相同时，优先保留所需开关动作次数最少的候选供电路径；

35、若当前负荷支路的候选供电路径均被撤销，则跳过该负荷支路并继续处理下一负荷支路，或者在预设供电约束要求该负荷支路必须供电时停止本次切换任务。

36、优选的，所述保护整定数据包括保护正方向、主保护动作定值、后备保护动作定值、主保护装置与后备保护装置的对应关系以及联跳断路器编号；

37、其中，将供电起点指向负荷支路的方向确定为保护正方向；对于双端保护区段，将两端断路器对应的保护装置作为主保护装置；对于单端保护区段，将保护装置侧的保护装置作为主保护装置；沿保护区段向供电起点方向查找，将首次遇到且能够切断该保护区段供电回路的保护装置作为后备保护装置；

38、写入保护整定数据时，将保护整定数据与备用定值区号写入保护装置，并读取保护装置返回的定值区号、校验结果和自检结果；三者均满足预设核验条件时，切换至备用定值区并执行开关动作顺序；任一项不满足预设核验条件时，不执行定值区切换，并将该保护装置对应的保护区段记入受限路径集合；

39、所述开关动作顺序按照当前运行拓扑与目标运行拓扑之间的开关状态差异生成；执行离网切换任务时，将并网开关分闸动作排在目标拓扑投入动作之前，并在对应保护定值区切换成功后执行线路合闸动作；执行并网切换任务时，在同期条件满足后执行并网开关合闸动作；任一开关未在预设时间内返回预期分合状态时，停止后续开关动作，并输出切换闭锁信号；对已经完成动作且能够恢复的开关，按照切换前状态执行恢复；对无法恢复的开关，将其所在保护区段记入受限路径集合，用于后续目标运行拓扑重新形成。

40、第二方面，本发明提供了一种新能源微电网离并网供电控制系统，包括：

41、任务分析模块用于获取微电网的电压、频率及电压相角，确定切换任务，并形成当前运行拓扑；

42、路径搜索模块用于确定供电起点和负荷供电顺序，并搜索候选供电路径；

43、区段关联模块用于划分保护区段，并建立候选供电路径与保护区段的路径区段关联关系；

44、裕度计算模块用于确定保护区段的动作下限定值、动作上限定值及保护整定裕度；

45、路径尝试加入模块用于按照负荷供电顺序对候选供电路径进行尝试加入，根据路径区段关联关系确定共用保护区段，更新共用保护区段的最大负荷电流和最小故障电流，并在保护整定区间消失时撤销候选供电路径的尝试加入；

46、供电控制模块用于由保留的候选供电路径形成目标运行拓扑，生成保护整定数据及开关动作顺序，将保护整定数据写入保护装置的备用定值区，并在核验合格后执行开关动作顺序。

47、本发明有益效果为：

48、本发明在离并网切换前，将负荷供电路径与保护动作可靠性一并判断，避免仅依据供电可达性形成目标运行拓扑，通过计算保护区段的最大负荷电流和最小故障电流，提前排除保护定值无法满足要求的供电路径，有效降低保护误动、拒动及扩大停电范围的风险；同时，在负荷路径逐步加入过程中重新校核共用保护区段，使目标运行拓扑更适应多电源、多负荷及拓扑变化场景，保护整定数据经备用定值区写入和核验后再执行开关动作，提高了离并网切换过程的安全性和可靠性。