本发明涉及包含微电网的配电网的故障特性分析方法，更具体地，一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法。
背景技术：
1、自从21世纪初以来，随着能源危机、环境污染和绿色能源的崛起，微电网的发展已成为国际上电力系统领域的热门研究方向之一。微电网是一种在局部范围内集成了多种能源供应设备和负载设备，并采用现代控制技术进行统一管理的小型电力系统。对于微电网而言，如何保持其稳定可靠地运行至关重要，如何应对故障也是一大难点和热门研究方向。
2、微电网并/离网运行情况下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法是针对微电网中存在的故障问题提出的一种解决方案。微电网的故障问题主要包括配电网线路短路故障和微电网线路短路故障两类情况。对于配电网线路短路故障而言，传统方法通常基于等效电路模型进行处理，但是对于微电网线路短路故障的处理较困难。
3、在目前的研究中，虽然微电网技术已经获得了长足的发展，但是由于其自身特有的复杂性和灵活性，仍面临着许多挑战和问题。针对微电网中的配电网线路及微电网线路短路故障问题，已经有一些先前的技术方案被提出，但是现有微电网故障分析技术需要更为复杂和高级的数学工具和软件支持，同时也需要更深入细致的技术研究和实际应用验证。
技术实现思路
1、本发明的目的在解决上述现有技术步不足，从而提供一种配电网与微电网故障特性分析方法，可在微电网并/离网运行时以及区内/外故障情况下对配电网和微电网的故障特性进行分析，通过构建不同等效电路，提出针对微电网在并/离网运行状态下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，具有较高的实用性和准确性，为电力系统工程师提供了准确判断微电网故障位置和类型、快速有效地处理故障的科学依据。
2、一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，包括以下步骤：
3、1)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据未发生故障情况下的包含微电网的配电网的等效电路ec-1和配电网线路发生区内短路故障时的附加等效电路ec-2，构建区内故障电流表达式；
4、2)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据区内故障电流表达式，构建区内故障电流向量关系，得到区内故障电流特性；
5、3)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据等效电路ec-1和配电网线路发生区外短路故障时的附加等效电路ec-3，构建区外故障电流表达式；
6、4)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据区外故障电流表达式，构建区外故障电流向量关系，得到区外故障电流特性；
7、5)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域内部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的内部故障电流特性；
8、6)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域外部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的外部故障电流特性；
9、7)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于并网运行状态，根据故障等效电路ec-4，构建微电网在区内或区外故障时的并网故障电压特性；
10、8)当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于离网运行状态，根据故障等效电路ec-5，构建微电网在区内或区外故障时的离网故障电压特性。
11、步骤1)中当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据未发生故障情况下的包含微电网的配电网的等效电路ec-1和配电网线路发生区内短路故障时的附加等效电路ec-2，构建区内故障电流表达式，具体为：
12、采用正序分量法对包含微电网的配电网各类短路故障进行分析，根据故障点位置，将配电网划分为两个子系统，分别记作系统侧1与系统侧2，两侧系统的端部节点记作a、b，在非故障状态时两个子系统通过线路ab相连；
13、当ab区段内的f1处发生故障时，系统正常状态响应电流由正常运行状态即未发生故障情况下的包含微电网的配电网的等效电路ec-1计算得到：
14、
15、式中：分别为a、b节点的电压；z1ab为节点a、b之间线路阻抗；分别为为线路ab、端点a、端点b的正常响应电流；
16、区内故障附加响应电流由故障运行状态即配电网线路发生区内短路故障时的等效电路ec-2计算得到：
17、
18、
19、
20、
21、式中：uf为故障等效电动势；分别为a、b节点故障附加电流；z1σa、z1σb分别为自故障电压向网络看去的广义回路阻抗；z1'a＝z1a+z1af、z1'b＝z1b+z1bf分别为a、b节点所在侧的等效阻抗；z1af、z1bf分别为节点a、b与故障点间的线路阻抗，并且z1af+z1bf＝z1ab；z1a、z1b为节点a、b与各自侧电源间的阻抗；δzf为故障点处的等效接地阻抗；
22、根据线性电路的叠加定理，将系统正常状态响应电流和区内故障附加响应电流叠加后，构建区内故障电流表达式为：
23、
24、
25、式中：分别为a、b节点的正序故障电流，规定当其与正常运行电流一致时，电流取值为正。
26、步骤2)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据区内故障电流表达式，构建区内故障电流向量关系，得到区内故障电流特性，具体为：
27、根据式(1)-式(7)，在等效电路ec-1与附加等效电路ec-2中，若故障发生时刻前，配电网的功率流动方向为自a流向b，定义分别为与与的相位差，即为由短路故障导致系统正序电流相量相位的变化量，根据相位关系，即a处正序电流相位变化值为负，即b处正序电流相位的变化值为正，其中arg(*)为计算括号内相量的辐角；若故障发生时刻前，配电网的功率流动方向为自b流向a，则对于发生在线路内部的短路故障，故障线路两端的正序电流相角变化方向始终相反。
28、步骤3)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据等效电路ec-1和配电网线路发生区外短路故障时的附加等效电路ec-3，构建区外故障电流表达式，具体为：
29、当ab区段外的f2处发生故障时，系统正常状态响应电流由正常运行状态即未发生故障情况下的包含微电网的配电网的等效电路ec-1计算得到：
30、
31、区外故障附加响应电流可由故障运行状态即配电网线路发生区外短路故障时的等效电路ec-3计算得到：
32、
33、式中：z1bx为节点b与故障点间的阻抗。
34、根据线性电路的叠加定理，将系统正常状态响应电流和区外故障附加响应电流叠加后，构建区外故障电流表达式：
35、
36、
37、步骤4)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据区外故障电流表达式，构建区外故障电流向量关系，得到区外故障电流特性，具体为：
38、根据式(8)-式(10)，在等效电路ec-1与附加等效电路ec-3中，假设故障发生前，配电网的功率流动方向为自a流向b，定义分别为与与的相位差，根据相位关系，即a处正序电流相位的变化值为负，即b处正序电流相位的变化值为负；若故障前功率流动方向为自b流向a，同理得出：对于发生在线路外部的短路故障，故障线路两端的正序电流相角变化方向始终相同；
39、配电网短路故障位置判据如式(11)所示。
40、
41、步骤5)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域内部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的内部故障电流特性，具体为：
42、当微电网处于并网运行状态时，接入的分布式发电(dg)均采用pq控制；当微电网处于离网运行状态时，接入的dg均采用v/f控制；采用pq控制的dg可等效为受并网点电压控制的电流源，采用v/f控制的dg可等效为受并网点输出电流控制的电压源，当故障发生时，电流检测阈值为：
43、
44、式中：idec,in为故障发生在目标区域内部时，dg故障电流的检测阈值，为故障发生在目标区域内部时，dg的额定运行电流；
45、对于线路mn及m端保护qf1，微电网并网运行时流过保护qf1的故障电流由其下游发电单元共同提供；微电网独立运行时流过保护qf1的故障电流仅由并联支路的发电单元提供，同时由于电力电子变流器的限流原因，独立与并网运行情况下流过保护qf1的故障电流应满足以下关系：
46、ioff,in＜ion,in (13)
47、式中：ioff,in为故障发生在目标区域内部时，微电网独立运行流过保护qf1的故障电流，ion,in为故障发生在目标区域内部时，微电网并网运行流过保护qf1的故障电流；
48、当微电网线路mn内的f1点发生故障时，母线m、n两端电流与大小不定，方向相同都是由母线流向线路，理想情况下相位相同，相位差为0°，即
49、
50、式中：arg(*)为计算括号内相量的辐角。
51、步骤6)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域外部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的外部故障电流特性，具体为：
52、当微电网处于并网运行状态时，接入的分布式发电(dg)均采用pq控制；当微电网处于离网运行状态时，接入的dg均采用v/f控制。采用pq控制的dg可等效为受并网点电压控制的电流源，采用v/f控制的dg可等效为受并网点输出电流控制的电压源，当故障发生时，电流检测阈值为：
53、
54、式中：idec,out为故障发生在目标区域外部时，dg故障电流的检测阈值，为故障发生在目标区域外部时，dg的额定运行电流；
55、对于线路mn及m端保护qf1，微电网并网运行时流过保护qf1的故障电流由其下游发电单元共同提供；微电网独立运行时流过保护qf1的故障电流仅由并联支路的发电单元提供，同时由于电力电子变流器的限流原因，独立与并网运行情况下流过保护qf1的故障电流应满足以下关系：
56、ioff,out＜ion,out (16)
57、式中：ioff,out为故障发生在目标区域内部时，微电网独立运行流过保护qf1的故障电流，ion,out为故障发生在目标区域内部时，微电网并网运行流过保护qf1的故障电流；
58、当微电网线路mn以外的位置f2点或者f3发生故障时，母线m、n两端电流与大小相等，方向相反，一端由母线流向线路，另一端由线路流向母线，相位差为180°，即
59、
60、式中：arg(*)为计算括号内相量的辐角。
61、步骤7)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于并网运行状态，根据故障等效电路ec-4，构建微电网在区内或区外故障时的并网故障电压特性，具体为：
62、微电网并网运行时，故障后缺少大电网支撑，以及dg的容量有限，故障线路侧的dg输出端电压会大幅跌落，即：
63、
64、式中，分别为故障前后故障线路侧dg输出端的电压。
65、步骤8)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于离网运行状态，根据故障等效电路ec-5，构建微电网在区内或区外故障时的离网故障电压特性，具体为：
66、当独立运行的微电网发生故障时，dg中电力电子变流器强制限流，dg输出端的电压将会有较大的跌落，即：
67、
68、式中，分别为故障前后故障线路侧dg输出端的电压。
69、总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
70、1)该方法能够针对微电网在并/离网运行状态下发生的故障进行特性分析，帮助电力系统工程师快速有效地判断故障位置和类型。
71、2)该方法构建了不同等效电路来分析微电网故障特性，区分了区内和区外故障情况，并针对微电网在并/离网运行状态下的故障情况进行了分类分析，具有较高的实用性和准确性。
72、3)该方法对微电网在并/离网运行状态下的故障电流和电压特性进行分析，可以为电力系统工程师提供故障处理的参考依据，减少故障处理时间，增强电网安全性和稳定性。
73、综上所述，该发明专利通过构建不同等效电路，提出针对微电网在并/离网运行状态下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，具有较高的实用性和准确性，为电力系统工程师提供了准确判断微电网故障位置和类型、快速有效地处理故障的科学依据。
1.一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤1)中当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据未发生故障情况下的包含微电网的配电网的等效电路ec-1和配电网线路发生区内短路故障时的附加等效电路ec-2，构建区内故障电流表达式，具体为：
3.根据权利要求1或2所述的一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤2)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区内，根据区内故障电流表达式，构建区内故障电流向量关系，得到区内故障电流特性，具体为：
4.根据权利要求1或2所述的一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤3)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据等效电路ec-1和配电网线路发生区外短路故障时的附加等效电路ec-3，构建区外故障电流表达式，具体为：
5.根据权利要求4所述的一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤4)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的配电网线路发生短路故障时，且故障发生在区外，根据区外故障电流表达式，构建区外故障电流向量关系，得到区外故障电流特性，具体为：
6.根据权利要求1所述的一种微电网故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤5)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域内部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的内部故障电流特性，具体为：
7.根据权利要求1所述的一种微电网并/离网运行情况下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤6)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，若故障发生在目标区域外部，根据并网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-4和离网运行状态下配电网dn-mgs的故障等效电路ec-5，构建微电网处于并网或离网运行状态下的外部故障电流特性，具体为：
8.根据权利要求1所述的一种微电网并/离网运行情况下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤7)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于并网运行状态，根据故障等效电路ec-4，构建微电网在区内或区外故障时的并网故障电压特性，具体为：
9.根据权利要求1所述的一种微电网并/离网运行情况下区内/外故障时的配电网与微电网故障特性分析方法，其特征在于，步骤8)中，当包含微电网的配电网dn-mgs线路中的微电网线路发生短路故障时，且微电网处于离网运行状态，根据故障等效电路ec-5，构建微电网在区内或区外故障时的离网故障电压特性，具体为：
