專利名稱：基于阻抗測(cè)量的分布式電源孤島檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分布式發(fā)電領(lǐng)域的電源保護(hù)，適用于各種形式的分布式電源。
背景技術(shù)：
目前，在并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路因發(fā)生故障或其他原因斷開(kāi)時(shí)，分布式電源與配電系統(tǒng)之 間將會(huì)失去聯(lián)系，形成一個(gè)電氣上的孤島。一般來(lái)說(shuō)，與主系統(tǒng)分開(kāi)以后，孤島內(nèi)的功率是 不平衡的。如果孤島中的電源總?cè)萘窟h(yuǎn)小于總負(fù)荷，那么孤島不可能穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過(guò)較短時(shí) 間后孤島崩潰。而如果孤島中的電源總?cè)萘看笥诨虻扔诒镜刎?fù)荷，就可能出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的 孤島運(yùn)行。由于故障跳閘等原因造成的范圍不確定的、偶然形成的孤島運(yùn)行，稱為非計(jì)劃孤 島運(yùn)行。這種孤島的形成具有偶然性和不確定性，會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題①電能質(zhì)量下降。孤島小系統(tǒng)內(nèi)的功率不平衡，會(huì)引起頻率、電壓都發(fā)生變化，降 低了供電安全和電能質(zhì)量。②威脅公眾及運(yùn)行人員的安全。由于非計(jì)劃孤島的范圍不確定性，不能確定系統(tǒng) 元件、線路是否帶電，造成了對(duì)維修人員、運(yùn)行人員和公眾的安全威脅。③改變流經(jīng)保護(hù)的電流大小，影響了繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。④可能會(huì)失去接地點(diǎn)，威脅絕緣安全。⑤影響自動(dòng)重合閘。形成孤島后，DG可能仍對(duì)跳閘線路的另一端供電，造成檢無(wú) 壓重合閘失敗，或因孤島與主系統(tǒng)失步，檢同期合閘失敗，從而引起不必要的停電及對(duì)DG、 系統(tǒng)設(shè)備的損害。為避免非計(jì)劃孤島運(yùn)行帶來(lái)的不利影響，對(duì)于無(wú)法形成計(jì)劃孤島的分布式發(fā)電設(shè) 備，一般都要求系統(tǒng)配置防孤島保護(hù)，在因系統(tǒng)故障等原因?qū)е屡c主配電系統(tǒng)失去聯(lián)系后， 盡快地將分布式電源斷開(kāi)?，F(xiàn)有的孤島檢測(cè)原理主要為被動(dòng)檢測(cè)、主動(dòng)檢測(cè)及基于通信的聯(lián)鎖跳閘方法。被 動(dòng)檢測(cè)就是通過(guò)檢測(cè)孤島形成前后的頻率、電壓、功率輸出等電氣量變化，來(lái)判斷是否與主 電網(wǎng)斷開(kāi)。主要包括低頻低壓、高頻高壓、頻率變化率法；優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，但由 于僅反映頻率及電壓的大小，容易受重負(fù)荷切換或大電源跳閘等原因引起的頻率、電壓變 化的影響，誤動(dòng)率較高。主動(dòng)檢測(cè)通過(guò)控制DG并網(wǎng)逆變器對(duì)系統(tǒng)施加一個(gè)外部干擾，然后監(jiān)視系統(tǒng)的響 應(yīng)來(lái)判斷是否形成孤島，一般是通過(guò)調(diào)制DG并網(wǎng)逆變器的有功或無(wú)功輸出，檢測(cè)電壓和頻 率的響應(yīng)變化。有的主動(dòng)檢測(cè)還可以構(gòu)成正反饋，加快孤島的瓦解。優(yōu)點(diǎn)是即使是功率完 全平衡的孤島，也可以通過(guò)主動(dòng)干擾來(lái)破壞功率平衡，從而被可靠地檢測(cè)出來(lái)。缺點(diǎn)是外部 干擾會(huì)影響供電質(zhì)量，檢測(cè)的時(shí)間也會(huì)比被動(dòng)檢測(cè)長(zhǎng)；且當(dāng)系統(tǒng)中包含多個(gè)分布式電源時(shí)， 各電源主動(dòng)檢測(cè)裝置發(fā)出的干擾信號(hào)可能互相影響，降低檢測(cè)效果。基于通 信的聯(lián)鎖跳閘方法的基本思想是監(jiān)控電路中所有可能導(dǎo)致孤島形成的斷 路器或開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作導(dǎo)致并網(wǎng)線斷開(kāi)時(shí)，該開(kāi)關(guān)處的監(jiān)測(cè)裝置將發(fā)送跳閘信號(hào)，中止并網(wǎng)線下級(jí)所有DG的運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 復(fù)雜或饋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不固定時(shí)，聯(lián)鎖跳閘的邏輯關(guān)系將變得相當(dāng)復(fù)雜。首先需要監(jiān)測(cè)每個(gè) 分布式電源與變電站之間的所有開(kāi)關(guān)狀態(tài)，另外拓?fù)渥兓臅r(shí)候，還需要重新配置所有的 跳閘邏輯。聯(lián)鎖跳閘可以可靠地避免所有的非計(jì)劃孤島，對(duì)具有固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單 有效，但其成本高、操作復(fù)雜
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在分布式電源孤島狀態(tài)檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一 種基于阻抗測(cè)量的分布式電源孤島檢測(cè)方法。該方法利用了 DG并網(wǎng)狀態(tài)與孤網(wǎng)狀態(tài)下，系 統(tǒng)等效阻抗將出現(xiàn)極大變化的特點(diǎn)，通過(guò)注入高頻電壓信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)等效阻抗，根據(jù)測(cè)量 電壓的變化判斷孤島狀態(tài)。本發(fā)明的具體方案如下一種基于阻抗測(cè)量的分布式電源(Distributed Generator)孤島檢測(cè)方法，該方 法用于檢測(cè)分布式電源是否與主電網(wǎng)存在電氣聯(lián)系；本方法包括如下步驟(1)在所述分布式電源與主電網(wǎng)的并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)注入高頻電壓信號(hào)Uin，在所述高頻 電壓信號(hào)Uin與注入點(diǎn)(即并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn))之間串聯(lián)一個(gè)阻抗Z1 ；(2)在保護(hù)安裝處，實(shí)時(shí)測(cè)量聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓(3)根據(jù)分壓原理，計(jì)算分布式電源與主電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗上的電壓有
效值Uout
7 U
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Δ2 U out其中，Z2為并網(wǎng)時(shí)包含微網(wǎng)的系統(tǒng)等效阻抗，Z' 2為孤網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗，其 中，U。ut、U'。ut分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)等效阻抗上測(cè)量電壓有效值；(4)保護(hù)調(diào)試期間，手動(dòng)使得分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行一預(yù)定時(shí)間，保護(hù)裝置自動(dòng)“記 憶”分布式電源DG并網(wǎng)狀態(tài)下的測(cè)量的U' out ；(5)當(dāng)測(cè)量Uout滿足以下動(dòng)作方程時(shí)，孤島保護(hù)動(dòng)作跳閘Uout > KU' outK為可靠系數(shù)，按照2倍整定。由于本發(fā)明公開(kāi)的基于阻抗測(cè)量的分布式電源孤島檢測(cè)方法只需要保護(hù)安裝處 的高頻電壓信息就可以正確判斷出孤島狀態(tài)，因此很容易實(shí)現(xiàn)。


圖1為孤島區(qū)域示意圖；圖2為阻抗法原理圖；圖3為分壓法示意圖；圖4為高頻信號(hào)注入實(shí)現(xiàn)電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)說(shuō)明書(shū)附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
分布式電源DG與系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于分布式電源DG和本地負(fù)荷的匹配程度不 同，并網(wǎng)線的潮流方向不是單一的。這部分配電網(wǎng)可能會(huì)從系統(tǒng)中吸收有功(無(wú)功)，也可 能向系統(tǒng)送入有功(無(wú)功)。所以與系統(tǒng)分開(kāi)以后，孤島內(nèi)部就出現(xiàn)了功率不平衡。以圖1 中Zonel為例，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，CB2跳開(kāi)，Zonel與主系統(tǒng)斷開(kāi)，形成孤島。Zonel內(nèi)出 現(xiàn)了功率不平衡，引起了一個(gè)暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程。如果DGl的調(diào)節(jié)裕量和調(diào)節(jié)速度足夠，就可以 在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)。內(nèi)部功率達(dá)到平衡，頻率、電壓也在允許范圍內(nèi)，孤島可 以持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行。而如果DGl的調(diào)節(jié)能力不足，孤島只能持續(xù)較短的時(shí)間，并逐 漸崩潰。如果預(yù)先規(guī)劃好解列點(diǎn)，構(gòu)造一個(gè)功率基本平衡的區(qū)域，則孤島可以持續(xù)運(yùn)行。按是否經(jīng)過(guò)預(yù)先規(guī)劃，可將孤島運(yùn)行分為計(jì)劃孤島運(yùn)行和非計(jì)劃孤島運(yùn)行。由于 故障跳閘等原因造成的范圍不確定的、偶然形成的孤島運(yùn)行，稱為非計(jì)劃孤島運(yùn)行；根據(jù)分 布式電源容量和本地負(fù)荷的大小，確定合理的孤島區(qū)域，與主系統(tǒng)斷開(kāi)后，仍保證小系統(tǒng)的 穩(wěn)定運(yùn)行，稱為計(jì)劃孤島運(yùn)行。微電網(wǎng)電源容量較小，從聯(lián)絡(luò)線上來(lái)看，微電網(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)阻抗較大；而主電網(wǎng) (配電網(wǎng))的電源容量可以看作無(wú)窮大，且主電網(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)阻抗非常小。如圖2所示當(dāng)微 電網(wǎng)與主電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，從聯(lián)絡(luò)線處來(lái)看，系統(tǒng)等值阻抗為主電網(wǎng)與微電網(wǎng)阻抗的并聯(lián)， 表現(xiàn)的數(shù)值較小；而當(dāng)聯(lián)絡(luò)線斷開(kāi)，微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)時(shí)，從聯(lián)絡(luò)線上來(lái)看，系統(tǒng)等值阻 抗就等于微電網(wǎng)的等值阻抗，數(shù)值較大。從聯(lián)絡(luò)線處系統(tǒng)等值阻抗的變化就可可靠判斷出 孤島狀態(tài)的發(fā)生。本發(fā)明采用的阻抗法的實(shí)現(xiàn)原理是借助電阻分壓原理實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示高頻信 號(hào)源電壓為Uin，電壓幅值為一定值-’τγ為人為給定的阻抗；ζ2為系統(tǒng)等效阻抗；測(cè)量電壓為 u。ut?？梢?jiàn)，當(dāng)Z2的數(shù)值改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致Z2兩端的電壓u。ut隨之變化。本課題中，采用聯(lián)絡(luò)線 處的系統(tǒng)等值阻抗作為Z2進(jìn)行測(cè)量，那么當(dāng)并網(wǎng)狀態(tài)，系統(tǒng)等值阻抗較小，測(cè)量電壓Uout較 ??；孤島狀態(tài)下，系統(tǒng)等值阻抗較大，測(cè)量電壓u'。ut較大。仿真表明，孤島和并網(wǎng)狀態(tài)間的 阻抗至少差十幾倍，因此不需要整定并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)的具體阻抗上的測(cè)量電壓，僅依靠裝置自 動(dòng)測(cè)量并“記憶”為定值即可。Uout > KU' out從以上分析可以得出本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括如下步驟高頻信號(hào)注入實(shí)現(xiàn)電路示意如圖4所示，高頻信號(hào)源需要采用IkH以上頻率，電阻 Rl和電容Cl組成阻抗Zl，Z2為包含微網(wǎng)的系統(tǒng)總的等效阻抗。(1)在并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)使用高頻信號(hào)源注入高頻電壓信號(hào)Uin，高頻電壓信號(hào)源Uin與注 入點(diǎn)(即并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn))之間串聯(lián)一個(gè)阻抗Z1 ；(2)在保護(hù)安裝處，實(shí)時(shí)測(cè)量聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓U。ut(3)根據(jù)分壓原理，計(jì)算分布式電源與主電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗上的電壓有
效值Uout
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Z2 U out其中，Z2為并網(wǎng)時(shí)包含微網(wǎng)的系統(tǒng)等效阻抗，V 2為孤網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗，其 中，U。ut、U'。ut分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)等效阻抗上測(cè)量電壓有效值；(4)保護(hù)調(diào)試期間，手動(dòng)使得DG并網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間，保護(hù)裝置自動(dòng)“記憶”DG并網(wǎng)狀態(tài)下的測(cè)量的U' out ；(5)當(dāng)測(cè)量Uout滿足以下動(dòng)作方程時(shí)，孤島保護(hù)動(dòng)作跳閘Uout > KU' out K為可靠系數(shù)，按照2倍整定。
權(quán)利要求
一種基于阻抗測(cè)量的分布式電源孤島檢測(cè)方法，該方法用于檢測(cè)分布式電源是否與主電網(wǎng)存在電氣聯(lián)系；本方法包括如下步驟(1)在所述分布式電源與主電網(wǎng)的并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)注入高頻電壓信號(hào)Uin，在所述高頻電壓信號(hào)與注入點(diǎn)、即并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)之間串聯(lián)一個(gè)阻抗Z1；(2)在保護(hù)安裝處，實(shí)時(shí)測(cè)量所述并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓(3)根據(jù)分壓原理，計(jì)算分布式電源與主電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗上的電壓有效值Uout <mrow><mfrac> <msub><mi>Z</mi><mn>2</mn> </msub> <msubsup><mi>Z</mi><mn>2</mn><mo>&prime;</mo> </msubsup></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>U</mi><mi>out</mi> </msub> <msubsup><mi>U</mi><mi>out</mi><mo>&prime;</mo> </msubsup></mfrac> </mrow>其中，Z2為并網(wǎng)時(shí)的包含微網(wǎng)的系統(tǒng)等效阻抗，Z′2為孤網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)等效阻抗，其中，Uout、Uout′分別對(duì)應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)等效阻抗上測(cè)量電壓有效值；(4)保護(hù)調(diào)試期間，手動(dòng)使得分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行一預(yù)定時(shí)間，保護(hù)裝置自動(dòng)“記憶”分布式電源并網(wǎng)狀態(tài)下的測(cè)量的并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓(5)當(dāng)實(shí)時(shí)測(cè)量并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)的電壓的有效值Uout滿足以下動(dòng)作方程時(shí)，孤島保護(hù)動(dòng)作跳閘Uout＞KU′outK為可靠系數(shù)，按照2倍整定。FSA00000169357600011.tif,FSA00000169357600012.tif,FSA00000169357600014.tif,FSA00000169357600015.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阻抗測(cè)量的分布式電源孤島檢測(cè)方法，其特征在于所 述方法不受負(fù)荷的影響，與分布式電源的并網(wǎng)逆變器特性無(wú)關(guān)，與孤島狀態(tài)下島內(nèi)存在的 分布式電源個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)，與電網(wǎng)的拓?fù)錉顟B(tài)無(wú)關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)基于阻抗測(cè)量的分布式電源(Distributed Generator)孤島檢測(cè)方法，該原理利用了DG并網(wǎng)狀態(tài)與孤網(wǎng)狀態(tài)下，系統(tǒng)等效阻抗將出現(xiàn)極大變化的特點(diǎn)，在并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)注入高頻電壓信號(hào)，通過(guò)測(cè)量電壓變化，反映阻抗變化，就可以判斷出系統(tǒng)當(dāng)前是否與大電網(wǎng)相連。本發(fā)明提供的方法理論上不受負(fù)荷的影響，與DG的并網(wǎng)逆變器特性無(wú)關(guān)，與孤島狀態(tài)下島內(nèi)存在的DG個(gè)數(shù)無(wú)關(guān)，與電網(wǎng)的拓?fù)錉顟B(tài)無(wú)關(guān)，且易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)整定，不需要配合關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該原理具有很好的靈敏性、選擇性、快速性。
文檔編號(hào)G01R31/40GK101867171SQ201010210918
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者劉云, 吳小辰, 承文新, 王成山, 祝朝暉, 秦應(yīng)力, 胡玉峰, 許健, 郭力, 陳曦 申請(qǐng)人:中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心;北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司;天津大學(xué)