基于并網(wǎng)點特征諧波電壓測量的分布式電源孤島檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及分布式電源孤島檢測技術領域，尤其涉及一種基于并網(wǎng)點特征諧波電 壓測量的分布式電源孤島檢測方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著能源短缺和環(huán)境問題的日益突出，新能源發(fā)電技術在國家政策 的大力支持下得到了迅猛的發(fā)展，大量的新能源發(fā)電裝置以分布式電源（Distributed Generation，DG)的形式接入到電網(wǎng)中，在緩解電網(wǎng)壓力的同時也給電網(wǎng)帶來了電能質(zhì)量和 運營規(guī)劃方面的問題，其中孤島效應就是一個主要問題。
[0003] 在光伏發(fā)電、風力發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，當電網(wǎng)供電 過程中因故障事故或停電維修而跳脫時，未能即時檢測出停電狀態(tài)將自身切離供電網(wǎng)絡， 形成由分布電站并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載組成的一個自給供電的孤島，即孤島效應。
[0004] 孤島運行時會給用戶設備帶來安全隱患，同時非計劃孤島運行對檢修人員的人身 安全也會構成潛在的威脅，因此需要采取相關的孤島控制措施。孤島后的相關控制也要保 證在整個系統(tǒng)擾動切除后，各個孤島可以較快的進行并網(wǎng)操作，使整個電網(wǎng)恢復到正常的 安全運行狀態(tài)。
[0005] 孤島檢測方法主要有被動式和主動式?，F(xiàn)有的被動式孤島檢測辦法，通過檢測分 布式電源并網(wǎng)逆變器輸出電壓、頻率或者相位的數(shù)據(jù)與設立的標準閾值進行對比，判定是 否發(fā)生孤島效應。這種方法的缺陷是由于電網(wǎng)正常運行時的波動也可能造成誤判。另外， 若分布式電源的輸出功率與負載功率相匹配，則當電網(wǎng)供電中斷，并網(wǎng)點電壓和頻率變化 很小不足以檢測出是否發(fā)生孤島效應，即存在很大的檢測盲區(qū)。現(xiàn)有的主動式孤島檢測辦 法是對逆變器輸出電流的幅值、頻率、相位給一定的擾動，使輸出電壓的頻率或相位發(fā)生相 應偏移，來確定是否發(fā)生孤島效應，但是該檢測方法由于擾動量的加入，將影響電網(wǎng)的電能 質(zhì)量。
[0006] 因此，如何在不影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的前提下準確檢測孤島，是分布式電源并網(wǎng)研 宄的重點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于并網(wǎng)點特征諧波電壓測量的分布式電源孤島檢測 方法，該方法可靠并易于實現(xiàn)，對電網(wǎng)適應性強，適合工程實際使用。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0009] -種基于并網(wǎng)點特征諧波電壓測量的分布式電源孤島檢測方法，該分布式電源與 逆變器相連，該逆變器依次通過入口濾波器與變壓器接入電網(wǎng)組成分布式電源并網(wǎng)系統(tǒng)， 該方法包括：
[0010] 根據(jù)逆變器IGBT開關頻率選取至少兩組特征諧波次數(shù)作為參考次諧波來進行孤 島檢測； toon] 對逆變器輸出端與位于變壓器與電網(wǎng)之間的并網(wǎng)點的電壓進行同步采樣，并通過 轉(zhuǎn)換與分解后，獲得所選取的至少兩組特征諧波次數(shù)對應的參考次諧波電壓值；
[0012] 判斷各組參考次諧波電壓值大小是否均超出預先設定的該組諧波電壓檢測閾值 范圍；
[0013] 若是，且持續(xù)時間均超過設定的時間限值，則判定發(fā)生孤島效應。
[0014] 進一步的，進行同步采樣之前包括：
【主權項】
1. 一種基于并網(wǎng)點特征諧波電壓測量的分布式電源孤島檢測方法，該分布式電源與逆 變器相連，該逆變器依次通過入口濾波器與變壓器接入電網(wǎng)組成分布式電源并網(wǎng)系統(tǒng)，其 特征在于，該方法包括： 根據(jù)逆變器IGBT開關頻率選取至少兩組特征諧波次數(shù)作為參考次諧波來進行孤島檢 測； 對逆變器輸出端與位于變壓器與電網(wǎng)之間的并網(wǎng)點的電壓進行同步采樣，并通過轉(zhuǎn)換 與分解后，獲得所選取的至少兩組特征諧波次數(shù)對應的參考次諧波電壓值； 判斷各組參考次諧波電壓值大小是否均超出預先設定的該組諧波電壓檢測闊值范 圍； 若是，且持續(xù)時間均超過設定的時間限值，則判定發(fā)生孤島效應。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，進行同步采樣之前包括： 根據(jù)逆變器IGBT開關頻率確定采樣分析截止頻率4與采樣頻率fS，其中，2fh; 設置采樣間隔L，采樣點為W= ^ ^旦N等于2的整數(shù)次幕，片為基波頻率。 /〇 /〇
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括確定諧波電壓檢測闊值范 圍，其步驟為： 建立系統(tǒng)阻抗模型，其中，該系統(tǒng)阻抗模型中的參數(shù)均折算至同一電壓等級，電網(wǎng)端等 效為電壓源與系統(tǒng)阻抗串聯(lián)，逆變器等效為諧波電壓源； 根據(jù)該系統(tǒng)阻抗模型建立未發(fā)生孤島與發(fā)生孤島時系統(tǒng)諧波阻抗模型，并W此計算 所選取的至少兩組特征諧波次數(shù)在未發(fā)生孤島與發(fā)生孤島時對應的并網(wǎng)點參考次諧波電 壓； 根據(jù)每一組特征諧波次數(shù)在未發(fā)生孤島與發(fā)生孤島時并網(wǎng)點參考次諧波電壓來確定 該組諧波電壓檢測闊值范圍。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，該方法還包括；將系統(tǒng)阻抗模型中的參數(shù) 均折算至同一電壓等級； 其中，電壓等級記為叫，系統(tǒng)短路容量為Sd，則系統(tǒng)阻抗Xs為：
入口濾波器的電感值與電容值分別記為L與C，系統(tǒng)頻率記為f。，則入口濾波器感抗而 與容抗Xc分別為： Xl= 2 3if〇L；
變壓器額定容量記為Sw，短路阻抗記為Uk，則變壓器阻抗Xt為：
系統(tǒng)負載容量記為奇，基波功率因數(shù)記為cos(o，則等效負載電阻RiMd和等效電抗X 為：
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，該方法還包括計算所選取的至少兩組特 征諧波次數(shù)在未發(fā)生孤島時對應的并網(wǎng)點參考次諧波電壓，其包括： 未發(fā)生孤島時系統(tǒng)諧波阻抗模型中系統(tǒng)負載等效為開路，其中的參數(shù)與所選取的特 征諧波次數(shù)h相關；系統(tǒng)阻抗Xs,h=化XS;變壓器阻抗XT,h=jhXT;入口濾波器的容抗Xc,h =-j成A);入口濾波器感抗而,h=jhX^負載阻抗化為逆變器輸出諧波電壓； 計算逆變器并網(wǎng)點a的諧波電壓化,,,：
將逆變器并網(wǎng)點a的諧波電壓化轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)點參考次諧波電壓
其中，n為變壓器一次側(cè)對二次側(cè)變比。
6. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，該方法還包括；計算所選取的至少兩組特 征諧波次數(shù)在發(fā)生孤島時對應的并網(wǎng)點參考次諧波電壓，其包括： 發(fā)生孤島時系統(tǒng)諧波阻抗模型中系統(tǒng)阻抗與系統(tǒng)分離，分布式電源通過逆變器對負載 直接供電，其中的參數(shù)與所選取的特征諧波次數(shù)h相關；系統(tǒng)阻抗Xs,h=化XS;變壓器阻抗 Xi，h=jhXi;入口濾波器的容抗Xe，h= -jayh);入口濾波器感抗\，h=jhX^;負載最小阻 抗 =哉。。W化W / (哉。W +卿。。J ; 計算逆變器并網(wǎng)點a的諧波電壓打：
將逆變器并網(wǎng)點a的諧波電壓轉(zhuǎn)換為并網(wǎng)點參考次諧波電:
其中，n為變壓器一次側(cè)對二次側(cè)變比。
7. 根據(jù)權利要求1、3、4、5或6所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)每一組特征諧波次數(shù) 在未發(fā)生孤島與發(fā)生孤島時并網(wǎng)點參考次諧波電壓來確定該組諧波電壓檢測闊值范圍包 括： 根據(jù)所選取的特征諧波次數(shù)h未發(fā)生孤島時與發(fā)生孤島時并網(wǎng)點參考次諧波電壓有 效值Upee.h與U'pee，h確定對應的諧波電壓檢測闊值范圍為Upee.h~U'pcc，h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于并網(wǎng)點特征諧波電壓測量的分布式電源孤島檢測方法，該分布式電源與逆變器相連，該逆變器依次通過入口濾波器與變壓器接入電網(wǎng)組成分布式電源并網(wǎng)系統(tǒng)，該方法包括：根據(jù)逆變器IGBT開關頻率選取至少兩組特征諧波次數(shù)作為參考次諧波來進行孤島檢測；對逆變器輸出端與位于變壓器與電網(wǎng)之間的并網(wǎng)點的電壓進行同步采樣，并通過轉(zhuǎn)換與分解后，獲得所選取的至少兩組特征諧波次數(shù)對應的參考次諧波電壓值；判斷各組參考次諧波電壓值大小是否均超出預先設定的該組諧波電壓檢測閾值范圍；若是，且持續(xù)時間均超過設定的時間限值，則判定發(fā)生孤島效應。本發(fā)明公開的該方法可靠并易于實現(xiàn)，對電網(wǎng)適應性強，適合工程實際使用。
【IPC分類】G01R31-40
【公開號】CN104793148
【申請?zhí)枴緾N201510219972
【發(fā)明人】朱明星, 王群京, 陳兵, 丁寧, 李群, 周勝軍, 任昭重, 高敏, 焦亞東
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司電力科學研究院, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 安徽大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月30日