自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护方法及装置

本发明属于微电网短路故障处置，尤其涉及一种自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护方法及装置。

背景技术：

1、近年来，伴随着全球能源利用的规模的进一步扩大，传统能源资源的储量愈发紧张。可再生能源越来越引起重视。发展光伏发电，风力发电等新能源发电技术成为了全社会的共识。以此类新能源为代表的新能源发电技术蓬勃发展，太阳能、风能等可再生能源以分布式电源的形式接入电网，传统电网无法完美容纳分布式电源，微电网技术因而受到了广泛关注。微电网技术与传统电网并非完全一致，由于其内部多分布式电源的结构，一般需借助电力电子变换器件为负载供电，无法如传统电网直接为负载供电，因此传统电网的故障检测技术并不完全适用于微电网系统，需要进一步进行研究适合微电网系统的故障检测与定位技术。

2、微电网的短路故障检测与定位技术是微电网技术的关键环节，目前国内外的研究多数仍然是利用短路电流等短路故障特征量来实现微电网的故障检测和定位。如根据故障电流的正负序分量和相角变化或功率方向的改变对故障进行检测和定位。这种通过故障相关电气量进行测量的方法虽然比较简单，但其故障电气量的测量需等待故障发生较长时间后进行检测，难以满足对故障检测的早期性和快速性要求。除通过故障电气量直接检测的方法外，行波检测也较受欢迎，但此方法需及时处理反射波的影响，且对测量的同步性和时间及数据精度要求较高，且易受线路参数影响。目前，利用小波变化方法实现对微电网短路故障的早期检测的方法得到了较多关注，该方法虽满足对微电网故障检测的早期性要求，但其故障定位方法需已知该微电网的拓扑结构，在微电网正常投切负载，拓扑结构发生改变时，需再次获取拓扑结构信息，进行复杂算法计算，才能够重新定位新拓扑结构的微电网故障区域。目前的故障检测及保护方法均需要保证电网拓扑不变，任何正常投切操作导致的微电网拓扑结构变化都会导致故障检测的失效，需要在原算法中对变化后的拓扑结构参数进行更新并重新计算才能够适应新的微电网结构。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明方案提供了一种自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护方法及装置，采取了多点协作的保护策略对微电网进行短路故障检测和定位，利用小波变化具备的早期检测优势，在微电网边缘侧实现对故障的早期检测和区域定位，并采用“通信亦中继”策略，实现自适应微电网拓扑结构变化的优势功能，本实施例可自适应微电网拓扑结构变化，无需使用复杂算法进行故障定位，同时满足对故障的早期检测和区域定位要求，具备良好的精确度和实用性。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护方法，其特征在于：

4、通过设置多个具备自主控制与计算能力的无线通信节点，各相邻节点进行数据交互，将各节点的电流小波能量谱数据与相邻节点的小波能量谱值进行对比，并与设立的故障区段判断阈值作比较，判断故障点所在区段，断开该故障区段所属断路器，实现多节点协同控制；

5、并采用“通信亦可中继”的设计，利用各无线通信节点本身作为中继，通过各节点间的短距离通信实现远距离的数据传输，且允许由各节点自主判断故障并断开该区段断路器，以提高通信和控制效率；

6、在故障区段节点完成故障区段定位及自主控制断开区段断路器操作后，该区段节点将故障区段信息和相关断路器状态传递至相邻节点，由相邻节点接力传递至端口，端口上传到监控中心；

7、在此数据传递过程中，若故障区段断路器无法完成分断，则相邻的上级节点得到故障区段断路器状态信息后，将进行协作控制，将本节点断路器分断，以实现后备保护功能。

8、进一步地，将微电网各馈线分为单节点馈线与多节点馈线，通过馈线端口节点实时采集电流数据，并进行小波变换得到实时电流小波能量谱值，根据设定的故障检测阈值与实时检测的电流小波能量谱值进行对比，判断是否发生短路故障：

9、若检测的微电网馈线上仅含有一个节点，则不必再进行故障定位，直接由端口通信节点传输故障信息；

10、若该馈线上含有多个节点，即含有各类分布式电源和负载，则在该馈线上设置多个具有自主控制与计算能力的协同控制节点，仅各相邻节点间相互传递电气数据，根据设置的故障区段定位阈值对相邻节点的电流小波能量谱值进行对比判断，若满足故障定位阈值判断条件，则认为该相邻节点间区段发生短路故障，即发生区内故障，反之，则认为故障为区外故障；判断出区内故障区域后，故障区段的节点自主控制，断开故障区段断路器，并将故障信息与断路器状态通过相邻节点接力传递至馈线端口节点，由馈线端口节点上传故障信息。

11、一种自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护装置，其特征在于：基于如上所述的自适应拓扑变化的微电网短路故障多点协作保护方法，包括：

12、检测模块：在微电网各馈线设置多个检测点，由检测点实时获取由电流传感器采集的实时电流信号，记为p1~pn模块，并通过信号处理模块n1~nn对原始采集信号进行降噪滤波处理，将检测模块采集到的经处理后的电流信号通过协作模块传输到控制保护模块；

13、协作模块：根据边缘计算的策略，通信仅发生在各相邻节点间，各相邻节点传递电气信息，记为m1~mn-1，且各节点具有自主计算能力，在控制保护模块中进行故障诊断及定位处理；

14、控制保护模块：仅对相邻两通信节点进行数据交换，且位于该多节点馈线上的多个通信节点不单作为通信节点，也是中继节点，具备自主控制能力和计算能力；馈线端口节点根据检测的电流信息进行故障类型判断，各通信节点对实时检测的本节点电流进行小波变换算法计算其小波能量谱值，结合接收的相邻节点小波能量谱值，自主进行故障定位处理，根据故障定位结果，控制本区段断路器的开闭。

15、进一步地，取微电网各节点区域内正常运行的最大的电流小波能量谱值的250倍作为故障检测阈值，各节点各自完成所负责区域内短路故障检测；

16、对于多节点的馈线，则根据检测节点分布情况划分不同区段，故障区段的具体定位方法如下：

17、步骤s1：各节点分别检测实时电流并进行小波变换，得到电流小波能量谱值；

18、步骤s2：定义两相邻节点中靠近馈线端口的节点为y，另一节点为x，以y节点与x节点间发生单相短路故障且故障初始相角为150度时刻y与x的小波能量谱比值为上限，以非故障运行时y与x间负载进行投切时刻最大小波能量谱值比值为下限，在该区间选择故障区段定位判断阈值，当y与x的能量谱值比值大于该阈值，则认为该相邻节点发生区内故障，反之则在区外发生短路故障；

19、根据该判断方法，判断故障发生区段，完成故障区段定位；在完成故障检测判断和区段定位后，故障区段节点将自主控制该区段断路器断开，并将故障区段位置信息和该区段断路器状态信息通过相邻节点的接力传递，发送至馈线端口节点，端口节点将故障信息和断路器状态信息上传至监控中心，至此完成多节点协同控制策略；若故障区段断路器未正常动作，则在该过程中即可由接受到断路器状态异常信息的其他通信节点完成后备保护。

20、与现有技术相比，本发明及其优选方案中，由于采用“边缘计算”和“通信亦中继”策略，各通信节点仅对相邻节点进行通信，且具备自主控制和计算能力，因此，本方案在微电网正常投切负载，拓扑结构发生改变的情况下，能够自适应微电网拓扑结构的变化，继续进行故障检测与定位。由于多点协作策略的影响，各相邻通信节点的距离很小，即相邻节点的通信时延小，且受扰动干扰的影响极小，而各通信节点自主对本节点实时检测电流进行小波变换，在对故障区段判断完成后可自主先行进行故障保护，再传递故障信息，因此，通信对故障早期检测的影响可忽略。另一方面，该方法仅采取小波变换算法，无需进行对故障区段定位的复杂算法计算即可判断故障区段，故该方案更具效率，实用性更高。理论上，该方法适用任意长度、任意拓扑结构的微电网系统。

21、其结合边缘计算和“通信亦可中继”多点协作通信技术，在满足对微电网故障早期检测要求的同时，解决了微电网拓扑结构改变时的自适应问题，避免了对故障定位进行大量复杂算法计算，减少了通信数据量和计算量，有效提高了微电网故障检测方法的效率和实用性。