[发明专利]一种适用于微电网的智能故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电网孤岛检测与故障诊断方法，属于电力系统继电保护和新能源发电技术领域。

背景技术

传统的集中发电、大电网互联集中供电方式存在供电可靠性差和供电安全性问题，诸多国家大面积停电事故充分证明了这一严峻问题。高效可靠的分布式发电技术越来越受到世界各国的青睐，微电网就是在分布式发电基础之上形成的一种新型供电方式。微电网是集太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机等多种分布式发电及储能单元、负荷以及监控、保护装置于一体的混合供能系统。在正常状态下，微电网通过静态开关(static transfer switch，STS)接入大电网作为一个可控单元并网运行(并网模式)；当大电网故障或电能质量不满足要求时，微电网可以通过切断STS与大电网隔离，作为自治系统孤岛运行(孤岛模式)，避免电网故障影响微电网内负荷正常运行。

相对于传统的电力系统，微电网的故障诊断与传统电力系统相比，其特殊性主要表现在以下几个方面：(1)微电网中分布式电源及负荷具有“即插即用”功能，使得微电网拓扑结构复杂多变；(2)太阳能光伏发电、风力发电等分布式电源，都通过电力电子装置接入微电网，故障时提供的短路电流很小，使得传统的继电保护装置很难检测；(3)微电网中包含各种类型的分布式电源，有的通过电力电子装置接入微电网如太阳能光伏发电、风力发电等，有的具有同步发电机特性如柴油发电机、微型燃气轮机等，有的具有双向潮流特性如各种类型的储能装置(蓄电池、锂电池、超级电容等)，这些分布式电源的故障特征差异很大；(4)微电网在并网模式和孤岛模式运行时，短路故障电流差异很大。上述特点使得传统的电力系统故障分析方法已不能应用于微电网，需要研究新的微电网智能故障诊断方法。

微电网的内部故障是指发生在静态开关内侧的故障，即微电网内部的故障；微电网的外部故障是指发生在静态开关外侧的故障，即所接入大电网发生故障。

微电网内部故障主要表现为短路故障，包括单相接地短路(A相接地故障、B相接地故障、C相接地故障)、两相间短路(AB相间短路故障、BC相间短路故障、AC相间短路故障)、两相接地短路(AB相接地短路故障、BC相接地短路故障、AC相接地短路故障)以及三相接地短路等。

当微电网发生外部故障时，微电网通过切断STS与大电网隔离，继续向微电网内部负荷供电，从而进入孤岛运行模式。由于微电网并网运行与孤岛运行的控制策略不同，只有通过微电网外部故障诊断检测出孤岛状态，才能确定微电网从并网运行模式到孤岛运行模式的切换，从而为微电网的运行控制与相关保护提供依据。如果无法诊断出外部故障，将危及电网线路检修人员的安全以及电网自动重合闸。

因此，微电网的内部故障诊断和外部故障诊断都具有重要的现实意义。

申请号分别为201110382256.X和201110382164.X的中国专利文献“微网电力系统的内部故障判别方法”和“微网电力系统的外部故障判别方法”，需要对微电网内大量设备实时监控，不仅传输数据量大、通讯回路多，而且投入成本高、可靠性差。申请号为201010146403.9的中国专利文献“一种用于微网的快速故障诊断方法”，利用网络开关信息进行拓扑分析，判定微电网的故障区域，与微电网复杂多变的拓扑结构特征不符。上述方法均不能辨识出微电网的故障类型，而且工程应用较困难，智能化程度低。目前尚未有相关论文和专利研究微电网内部故障类型辨识方法，微电网的外部故障诊断研究也较少。

当系统发生故障时，各频带分量会发生明显改变，其中包含了丰富的故障信息，可通过智能手段进行分析和处理，实现故障诊断功能。小波变换相比其他信号分析技术，在分析处理暂态信号领域显示了其优越性和广阔的应用前景。多小波包具有比传统小波变换更为优良的性能，能够对故障暂态信号进行更为精细的逼近和提取到更丰富的故障特征量。经过小波变换和处理后的特征量，随过渡电阻、故障位置、故障初相角的不同会发生显著的变化，很难通过设定阈值来鉴别微电网的故障类型。人工神经网络具有较强的学习、泛化能力，可以对任何非线性系统具有辨识能力。将多小波包和神经网络应用于微电网故障诊断中，能够提高故障诊断的速度和准确性，并实现微电网故障诊断的智能化。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种适用于微电网的智能故障诊断方法，该方法针对微电网的拓扑结构、故障特征和运行特性，结合小波理论和RBF神经网能够快速准确地辨识出微电网的故障类型，同时具备实现微电网内部故障诊断功能和外部故障诊断功能，投入成本低，智能化水平高，工程应用简单可靠。