基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法，属于电力系统电能质量【技术领域】。本方法利用涡流驱动快速断路器可以快速完成敏感负荷点处的供电电源切换的性能，结合主动配电网中具备的分布式电源在电压骤降时向电源进线提供反向电流，并在供电电源切换过程中为敏感负荷点提供残压支撑的作用，实现了敏感负荷点处电压骤降的治理。本方法是一种低成本、可靠的电压骤降治理方法，在电力系统中敏感负荷点处发生电压骤降时，可以通过本发明方法实现敏感负荷的不间断供电，减小敏感负荷用户由电压骤降引起的损失。
【专利说明】基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法，属于 电力系统电能质量【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 电力系统中的电压骤降是供电系统中某点的工频电压有效值突然下降至额定值 的10% -90%，并在随后的IOms-Imin的短暂持续期后恢复正常的过程，它是电力系统电 能质量【技术领域】研究的问题。对电力系统中的电压骤降敏感的电力负荷称为敏感负荷。
[0003] 在现代化的工业企业中，敏感负荷的比重日益提高，敏感负荷在电压骤降发生时 可能会自动切除，一旦切除，恢复生产需要几个小时甚至几天的时间，由此会造成巨大的损 失。
[0004] 为了削弱电力系统中的电压骤降对敏感负荷的影响，世界上从供电系统和负荷侧 两个方面已经分别提出过一些治理方法。供电系统侧的治理方法包括增加网络裕度、使用 固态开关改变网络拓扑、改善供电系统周边环境等。负荷侧的治理方法包括使用防电压骤 降的交流接触器、安装不间断电源（UPS)、安装储能装置及动态电压补偿器（DVR)、电机分 批自启动等。
[0005] 这些治理方法在削弱电压骤降对敏感负荷的影响上均可以起到一定的效果，但是 也存在着一些缺点。例如，过多地增加网络裕度可能造成设备能源的浪费；使用电力电子技 术的固态开关、DVR的造价过于昂贵；UPS不适用于大功率的敏感负荷；电机的分批自启动 是在电压骤降已经影响到生产后，为了避免电机启动再次引起电压骤降，造成进一步损失， 对于供电测的电压骤降无能为力。
[0006] 主动配电网是具有分布式发电、储能、电动汽车和需求侧响应等电源负荷调控手 段，能够针对电力系统的实际运行状态，以经济性安全性为控制目标，自适应调节其网络、 发电及负荷的配电网。研究先进的主动配电网技术，已成为了国内外科技发展及能源技术 进步的战略目标。为达到这一战略目标，分布式电源在我国不断普及，采用分布式电源在电 压骤降期间进行残压支撑的治理方法已经具有了一定的雏形，但是很多分布式电源本身采 用了电力电子逆变器，若电压骤降的持续时间长、幅度大，则对这类分布式电源的低压穿越 能力有着过高的要求。
[0007] 若主动配电网中配备了快速开关，可以实现及时隔离故障电源，并将负荷切换到 备用电源的功能，分布式电源进行残压支撑的时间就会得到缩短，对于分布式电源的低压 穿越能力便会大大降低，对于不采用电力电子逆变器的柴油发电机一类的分布式电源的容 量要求也会大大减小。涡流驱动快速断路器是一种采用电磁力驱动开关分合闸的快速开 关，可以在IOms以内实现分闸操作，与采用了电力电子技术的固态开关有着可媲美的动作 速度，并且在成本和可靠性方面也要优于固态开关。涡流驱动快速断路器目前一般应用于 短路过电流的快速切断。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提出一种基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理 方法，将涡流驱动快速断路器应用于电压骤降发生时的故障电源隔离和备用电源快速切 换，以迅速隔离故障和向备用电源切换，减少分布式电源残压支撑的时间需求，从而减小分 布式电源波动性对敏感负荷的潜在影响。
[0009] 本发明提出的基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法，包括以 下步骤：
[0010] (1)在主动配电网的进线变压器和电源侧分段母线之间连接一个电源进线断路 器，在电源侧分段母线和备用电源侧分段母线之间连接一个分段断路器，所述的电源进线 断路器和分段断路器为涡流驱动快速断路器；
[0011] (2)设定电源进线流入电源侧分段母线的电流方向为正方向，主动配电网中的 电流信号采集器检测电源进线上的电流相角只，主动配电网中的电压信号采集器检测敏 感负荷点处的电压相角％，若k-灼I<9〇°，则判定电源进线上的电流为正向电流，若I% -灼I> 9〇°，则判定电源进线上的电流为反向电流；
[0012] (3)主动配电网中的电压信号采集器实时检测电源侧分段母线的电压，根据电源 Π~k 侦扮段母线电压，计算电源侧分段母线电压的有效值U(k)，U⑷=Σ
[0013] 其中，k为电压信号采集器检测到的电源侧分段母线处电压有效值的序列号，U(k) 为电压信号采集器第k次检测到的电源侧分段母线的电压有效值，i为电压信号采集器采 集到的电压瞬时值的序列号，Ui为电压信号采集器在第i次采集到的电压瞬时值，N为电 压瞬时值的个数，N的取值一般为半个工频周期内电压信号采集器采集的电压瞬时值的个 数；
[0014] (4)设定敏感负荷电压最低耐受值Uttjl，对电源侧分段母线的电压进行判断，若 u(k)小于Utol，则判定电压信号采集器检测到的电源侧分段母线电压为较低，若U(k)大于 或等于Uttjl，则判定电压信号采集器没有检测到电源侧分段母线较低的电压；
[0015] (5)根据上述步骤⑵电源进线上的电流方向和步骤（4)电源侧分段母线电压的 判定结果，若电源进线上的电流为反向电流，且电源侧分段母线电压为较低，则判定在主动 配电网的电源侧分段母线处发生电压骤降，主动配电网中与所述的电源进线断路器相连的 控制器向电源进线断路器发出断开指令，进行步骤（6)，若电源进线上的电流为反向电流， 电源侧分段母线电压不为较低，则重复步骤（2)_步骤（4)，若电源进线上的电流为正向电 流，且电源侧分段母线电压不为较低，则重复步骤（2)_步骤（4)，若电源侧分段母线电压 为较低，且电源进线上的电流为正向电流，则判定电源侧分段母线处发生短路故障，主动配 电网中与所述的电源进线断路器相连的控制器向电源进线断路器发出断开指令，进行步骤 (6)；
[0016] (6)电源进线断路器接收到断开指令后的10毫秒内执行断开指令，并根据步骤 (5)的判定结果，进行以下操作：若主动配电网的电源侧分段母线处发生电压骤降，则进行 步骤（7)，若电源侧分段母线处发生短路故障，则对电源侧母线进行故障排查；
[0017] (7)在所述的电源进线断路器已经断开，而所述的分段断路器尚未合闸时，主动配 电网的敏感负荷由主动配电网的分布式电源供电；
[0018] (8)对所述的分段断路器的合闸操作进行判断，具体过程如下：
[0019] (8-1)主动配电网的电压信号采集器采集电源进线断路器的断开瞬间时电源侧分 段母线电压的初始相角Φi，主动配电网的备用电源侧电压信号采集器采集备用电源侧分 段母线电压的初始相角Φ2，计算初始相角差Φ。=Φ2_Φ1，主动配电网中的电压信号采集 器实时采集电源侧分段母线电压的频率，主动配电网的备用电源侧电压信号采集器实时 采集备用电源侧分段母线电压的频率f2，计算频率差Af=f2-fi;
[0020] (8-2)采用下式，计算t时刻主动配电网中敏感负荷点处的电压与备用电源的电 压的相角差Λφ:
【权利要求】
1. 一种基于涡流驱动快速断路器的主动配电网电压骤降治理方法，其特征在于该方法 包括以下步骤： (1) 在主动配电网的进线变压器和电源侧分段母线之间连接一个电源进线断路器，在 电源侧分段母线和备用电源侧分段母线之间连接一个分段断路器，所述的电源进线断路器 和分段断路器为涡流驱动快速断路器； (2) 设定电源进线流入电源侧分段母线的电流方向为正方向，主动配电网中的电 流信号采集器检测电源进线上的电流相角只，主动配电网中的电压信号采集器检测敏 感负荷点处的电压相角％，若|%-灼|<9〇°，则判定电源进线上的电流为正向电流，若 k -奶| > 90°，则判定电源进线上的电流为反向电流； (3) 主动配电网中的电压信号采集器实时检测电源侧分段母线的电压，根据电源侧分 段母线电压，计算电源侧分段母线电压的有效值U (k)，
其中，k为电压信号采集器检测到的电源侧分段母线处电压有效值的序列号，U(k)为 电压信号采集器第k次检测到的电源侧分段母线的电压有效值，i为电压信号采集器采集 到的电压瞬时值的序列号，Ui为电压信号采集器在第i次采集到的电压瞬时值，N为电压瞬 时值的个数； (4) 设定敏感负荷电压最低耐受值Utol，对电源侧分段母线的电压进行判断，若U(k)小 于Uttjl，则判定电压信号采集器检测到的电源侧分段母线电压为较低，若U(k)大于或等于 Utol，则判定电压信号采集器没有检测到电源侧分段母线较低的电压； (5) 根据上述步骤（2)电源进线上的电流方向和步骤（4)电源侧分段母线电压的判定 结果，若电源进线上的电流为反向电流，且电源侧分段母线电压为较低，则判定在主动配电 网的电源侧分段母线处发生电压骤降，主动配电网中与所述的电源进线断路器相连的控制 器向电源进线断路器发出断开指令，进行步骤（6)，若电源进线上的电流为反向电流，电源 侧分段母线电压不为较低，则重复步骤（2)_步骤（4)，若电源进线上的电流为正向电流，且 电源侧分段母线电压不为较低，则重复步骤（2)_步骤（4)，若电源侧分段母线电压为较低， 且电源进线上的电流为正向电流，则判定电源侧分段母线处发生短路故障，主动配电网中 与所述的电源进线断路器相连的控制器向电源进线断路器发出断开指令，进行步骤（6); (6) 电源进线断路器接收到断开指令后的10毫秒内执行断开指令，并根据步骤（5)的 判定结果，进行以下操作：若主动配电网的电源侧分段母线处发生电压骤降，则进行步骤 (7)，若电源侧分段母线处发生短路故障，则对电源侧母线进行故障排查； (7) 在所述的电源进线断路器已经断开，而所述的分段断路器尚未合闸时，主动配电网 的敏感负荷由主动配电网的分布式电源供电； (8) 对所述的分段断路器的合闸操作进行判断，具体过程如下： (8-1)主动配电网的电压信号采集器采集电源进线断路器的断开瞬间时电源侧分段母 线电压的初始相角小:，主动配电网的备用电源侧电压信号采集器采集备用电源侧分段母 线电压的初始相角，计算初始相角差Ct2-Ct1，主动配电网中的电压信号采集器实 时采集电源侧分段母线电压的频率，主动配电网的备用电源侧电压信号采集器实时采集 备用电源侧分段母线电压的频率f2，计算频率差Af = f2-fi ; (8-2)采用下式，计算t时刻主动配电网中敏感负荷点处的电压与备用电源的电压的 相角差A (J):
分别设定相角差整定值和频率差的整定值，对分段断路器的合闸操作进行判断，若相 角差小于或等于相角差整定值，且频率差小于或等于频率差整定值，则判定分段断路器具 备合闸条件，并执行步骤（9)，若相角差大于相角差整定值，且频率差小于或等于频率差整 定值，则判定分段断路器不具备合闸条件，进行步骤（8-3);若相角差大于相角差整定值， 且频率差大于频率差整定值，则判定分段断路器不具备合闸条件，进行步骤（8-3);若相角 差小于或等于相角差整定值，且频率差大于频率差整定值，则判定分段断路器不具备合闸 条件，进行步骤（8-3); (8-3)根据步骤（8-2)的计算公式，继续计算相角差A Cj5，直到A Cj5 = 360°时，判定 分段断路器具备合闸条件，进行步骤（9); (9) 主动配电网中与分段断路器相连的所述的控制器向分段断路器发出合闸指令； (10) 当分段断路器合闸后，由主动配电网中的备用电源与分布式电源共同为敏感负荷 供电。
【文档编号】H02J9/06GK104332989SQ201410575258
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】程林, 黄仁乐, 冯华, 李洪涛, 张凯, 舒彬, 田 浩, 高滨 申请人:清华大学, 国网北京市电力公司