專利名稱：用于檢測(cè)分布式發(fā)電機(jī)的孤島狀況的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式發(fā)電，具體涉及檢測(cè)分布式發(fā)電機(jī)的孤島狀況。
背景技術(shù)：
近來(lái)，基于可再生能源的分布式發(fā)電(DG)已展示出由決策者、氣候變化的全球關(guān)注、可承受的能源短缺技術(shù)的可用性、清潔能源生產(chǎn)的興趣等推進(jìn)的顯著增長(zhǎng)。使用基于礦物燃料(煤、天然氣等)的發(fā)電廠的能源供應(yīng)商也在投資于依靠可再生替代方案比如風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)和光伏系統(tǒng)對(duì)能源發(fā)電業(yè)務(wù)進(jìn)行的拓展。然而，為了將這樣的系統(tǒng)連接至市電網(wǎng)，要滿足幾個(gè)要 求。在光伏系統(tǒng)(PV)的情況下，通常通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)比如IEC和IEEE而且通過(guò)地方監(jiān)管局公布這些要求。要求之一是光伏系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠檢測(cè)孤島狀況，該要求在世界的許多地區(qū)內(nèi)是強(qiáng)制性的。孤島指的是即使來(lái)自電業(yè)的電力不再存在，分布式發(fā)電機(jī)仍繼續(xù)向一部分配電網(wǎng)絡(luò)供電的狀況。圖Ia和圖Ib示出了并網(wǎng)模式與孤島模式之間的差異。在圖Ia中，切換器件I例如斷路器或保險(xiǎn)絲接通，從而分布式發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)模式下工作。在圖Ib中，切換器件I斷開，從而網(wǎng)絡(luò)的下部2不再連接至主電網(wǎng)。然而，如果由分布式發(fā)電機(jī)生成的電力接近匹配負(fù)載需要的電力，則網(wǎng)絡(luò)能夠在孤島模式下繼續(xù)工作。孤島對(duì)于可能沒有意識(shí)到即使沒有來(lái)自主電網(wǎng)的電力而網(wǎng)絡(luò)的特定部分仍被供電的電業(yè)工人而言可能是危險(xiǎn)的。此外，尤其在重新接通到孤島中的情況下，孤島能夠?qū)е掠脩粼O(shè)備的損壞。為此，分布式發(fā)電機(jī)可能必須能夠檢測(cè)孤島并立即停止電力生產(chǎn)。歷史上，已經(jīng)發(fā)展了用于檢測(cè)孤島狀況的多種方法。這些方法能夠歸類到三個(gè)主要組中被動(dòng)方法、主動(dòng)方法和基于通信的方法。被動(dòng)方法監(jiān)視一個(gè)或更多個(gè)電網(wǎng)變量，并且能夠基于變量與容許閾值的偏差作出斷開(檢測(cè)到孤島)的判斷。主動(dòng)方法故意擾動(dòng)電網(wǎng)，并且基于對(duì)該擾動(dòng)的電網(wǎng)響應(yīng)(電網(wǎng)電學(xué)量的變化)來(lái)判斷孤島是否發(fā)生了?；谕ㄐ诺姆椒ɡ镁哂型獠繂卧?例如由配電系統(tǒng)操作者擁有)的通信裝置，該通信裝置用信號(hào)將切換裝置的斷開通知給該部分網(wǎng)絡(luò)中的所有分布式發(fā)電機(jī)。以上方法中的每個(gè)方法具有其自身的長(zhǎng)處和短處。在當(dāng)今市場(chǎng)中遇到主動(dòng)方法的頻率最高。主動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是非常小的非檢測(cè)區(qū)和容易在微處理器中實(shí)現(xiàn)。然而，主動(dòng)方法因其引入到電網(wǎng)中的擾動(dòng)會(huì)具有缺點(diǎn)，擾動(dòng)經(jīng)常與電力質(zhì)量相關(guān)聯(lián)。在一些情況下，產(chǎn)生用于觀測(cè)孤島檢測(cè)的大電流變化量會(huì)對(duì)電力質(zhì)量有負(fù)面影響?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)選擇變化量以便確保分布式發(fā)電機(jī)不遺漏孤島狀況?？梢詫⒆兓窟x擇為高于恰好提供安全裕度所需要的變化量。最大變化量可以由監(jiān)管局來(lái)限制。雖然由分布式發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流變化量對(duì)于某一制造商是固定的，但是對(duì)這些變化量的電網(wǎng)響應(yīng)依賴于由分布式發(fā)電機(jī)認(rèn)定的電網(wǎng)阻抗。從而，電網(wǎng)響應(yīng)對(duì)于不同阻抗(或不同位置)是不同的。因此，通過(guò)主動(dòng)方法產(chǎn)生的擾動(dòng)不可能對(duì)于所有位置和所有操作狀況是最優(yōu)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法以及一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備以便克服以上問(wèn)題。通過(guò)以獨(dú)立權(quán)利要求中陳述的內(nèi)容為特征的方法和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。在從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明基于針對(duì)電網(wǎng)阻抗的不同值自適應(yīng)調(diào)節(jié)對(duì)電網(wǎng)所引入的變化量的思想?？梢曰诠烙?jì)的電網(wǎng)阻抗來(lái)調(diào)節(jié)變化量。也可以調(diào)節(jié)與電網(wǎng)響應(yīng)進(jìn)行比較的閾值。所公開的針對(duì)電網(wǎng)阻抗的不同值進(jìn)行的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能夠幫助減小由潛在大電力變化量引起的對(duì)電力質(zhì)量的影響。對(duì)連接至同一饋電線的其他分布式發(fā)電機(jī)的影響也可以減小，從而使由于潛在大電網(wǎng)電壓變化量引起的超過(guò)這些分布式發(fā)電機(jī)的噪擾(nuisance)跳閘限值(這樣的限值在此限值，網(wǎng)絡(luò)中的小擾動(dòng)比如負(fù)載的連接/斷開會(huì)引起分布式發(fā)電機(jī)的故障事件)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。


以下將參照附圖通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，附圖中圖Ia和Ib示出了分布式網(wǎng)絡(luò)的并網(wǎng)模式與孤島模式之間的主要差異；圖2示出了電壓、阻抗與電流之間的關(guān)系；圖3示出了分布式發(fā)電機(jī)連接至市電網(wǎng)的實(shí)施例；以及圖4示出了使用電網(wǎng)阻抗的值來(lái)計(jì)算需要注入到電網(wǎng)連接點(diǎn)以檢測(cè)孤島的恰當(dāng)變化量的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式作為示例，以下對(duì)按照電壓變化量的電網(wǎng)響應(yīng)進(jìn)行詳述。圖2示出了電壓變化量AVw、電網(wǎng)阻抗Zg與輸出電流變化量Aiw之間的關(guān)系。分布式發(fā)電機(jī)的輸出電流變化量AiDe用實(shí)線來(lái)表不。分布式發(fā)電機(jī)的輸出的電壓變化量AVm;用虛線來(lái)表不。由于這些量之間的直接關(guān)系，能夠得到電壓變化量取大幅度的兩種情況。如果電流變化量Aiw大，則電壓變化量A Vdg大。類似地，如果電網(wǎng)阻抗Zg大，則電壓變化量AVdg大。如果已知電網(wǎng)阻抗Zg，則能夠以該阻抗Zg上的電壓降隨時(shí)間推移不變且可控的方式控制電流變化量AiD(；。受控電壓變化量A Vm,。㈨用圖2中的點(diǎn)線表示。能夠控制電壓變化量盡需要大于閾值但不過(guò)大。因此，可以使用用于檢測(cè)孤島狀況的以下方法。首先，估計(jì)電網(wǎng)阻抗。為了實(shí)現(xiàn)此估計(jì)，可能需要監(jiān)視電網(wǎng)參數(shù)比如電壓、頻率或電流。然后可以對(duì)電網(wǎng)的第一電學(xué)量引入變化量。為了使引入的變化量對(duì)電網(wǎng)的影響最小化，可以基于估計(jì)的電網(wǎng)阻抗優(yōu)化對(duì)電網(wǎng)引入的變化量的幅度。第一電學(xué)量可以例如是分布式發(fā)電機(jī)的輸出電流?？梢岳缤ㄟ^(guò)基于估計(jì)的阻抗來(lái)確定變化量基準(zhǔn)并通過(guò)基于變化量基準(zhǔn)來(lái)控制分布式發(fā)電機(jī)對(duì)第一電學(xué)量 弓I入變化量的方式引入變化量。由于第一電學(xué)量的變化量引起電網(wǎng)的第二電學(xué)量的變化量，所以然后可以監(jiān)視到以第二電學(xué)量的變化量的形式的電網(wǎng)響應(yīng)。可以基于監(jiān)視到的響應(yīng)來(lái)確定孤島狀況。第二電學(xué)量可以例如是電網(wǎng)在分布式發(fā)電機(jī)的連接點(diǎn)處的電壓、頻率或相位。確定第二電學(xué)量的變化量以估計(jì)電網(wǎng)阻抗。然后，可以將第二電學(xué)量的變化量與設(shè)置的閾值進(jìn)行比較。然后可以基于比較結(jié)果來(lái)確定孤島狀況。閾值不一定是固定的。可以例如基于并網(wǎng)模式下的穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)響應(yīng)來(lái)確定閾值的水平。圖3示出了分布式發(fā)電機(jī)10連接至市電網(wǎng)11的實(shí)施例。在發(fā)電機(jī)10與電網(wǎng)11之間是阻抗12。發(fā)電機(jī)控制電網(wǎng)連接點(diǎn)處的電流iDe。可以如下表示電流iDe的有功分量和無(wú)功分量ipDG(t) = ipDG(t-l) +A ipDG(t) (I)iqDG(t) = iqDG(t-l) +A iqDG(t) (2) 其中，ipDG(t)是發(fā)電機(jī)在時(shí)刻t傳送的有功電流，ipDG(t-l)是發(fā)電機(jī)在時(shí)刻t_l傳送的有功電流，并且Aipw(t)是在時(shí)刻t_l與t之間的電流變化量。類似表示法也用于無(wú)功電流iqDe。取決于電網(wǎng)具有的阻抗的類型，有功電流的變化量和無(wú)功電流的變化量導(dǎo)致電網(wǎng)連接點(diǎn)處的電壓變化量AVw和/或頻率變化量AfDe。在存在市電網(wǎng)的情況(并網(wǎng)模式)下，由于對(duì)市電網(wǎng)側(cè)的電壓控制和/或頻率控制使得變化量可以非常小。然而，在電網(wǎng)電源被斷開的情況(孤島模式)下，這些變化量將增加，并且能夠基于增加的水平評(píng)估孤島發(fā)生。可以在圖3的實(shí)施例中使用本公開的方法?？梢岳缤ㄟ^(guò)監(jiān)視生成的電流矢量的變化Ailie和電網(wǎng)電壓矢量的變化AVw來(lái)計(jì)算電網(wǎng)阻抗的估計(jì)值。Vdg (t-1) = Vg(t-l)-ZgiDG(t-l) (3)Vdg (t) = Vg(t)-ZgiDG(t) (4)假定電網(wǎng)電壓Vg不顯著變化，則可以如下計(jì)算電網(wǎng)阻抗的估計(jì)值Zg,6St Ii- =(5)
^DGDG產(chǎn)生的電流變化量Aiw導(dǎo)致分布式發(fā)電機(jī)端子處的電壓變化量AVp然后將A Vw與閾值Vt,&進(jìn)行比較，如果AVw的值大于閾值，則認(rèn)為發(fā)生孤島狀況。由于DG端子處的電壓的變化量需要大于閾值，即，AVDe > Vtreh，所以已知Zg, 6St的值能夠推導(dǎo)出電流變化量關(guān)于Vtreh為A/dg >(6)圖4示出了另一個(gè)實(shí)施例，其中，使用電網(wǎng)阻抗的值來(lái)計(jì)算需要注入到電網(wǎng)連接點(diǎn)以檢測(cè)孤島的恰當(dāng)變化量。分布式發(fā)電機(jī)20連接至市電網(wǎng)21。在發(fā)電機(jī)20與電網(wǎng)21之間是阻抗22。發(fā)電機(jī)20控制電網(wǎng)連接點(diǎn)23處的電流iD(；。該實(shí)施例包括用于檢測(cè)分布式發(fā)電機(jī)20的孤島狀況的設(shè)備24。設(shè)備24控制發(fā)電機(jī)20。設(shè)備24包括阻抗計(jì)算模塊241、孤島檢測(cè)模塊242和發(fā)電機(jī)控制器243。如在圖4的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)控制器可以給予發(fā)電機(jī)20輸出電流基準(zhǔn)i'然后發(fā)電機(jī)20基于該基準(zhǔn)產(chǎn)生輸出電流?；谠谂c市電網(wǎng)的連接點(diǎn)23處的電壓測(cè)量，首先在阻抗計(jì)算模塊241中計(jì)算電網(wǎng)阻抗的估計(jì)值z(mì)g,est?？梢岳缡褂玫仁?至5描述的算法來(lái)完成計(jì)算。然后估計(jì)的阻抗Zg,est被傳遞給孤島檢測(cè)模塊242，孤島檢測(cè)模塊242以電網(wǎng)中產(chǎn)生的變化量足夠高來(lái)確定孤島狀況的方式適應(yīng)輸出電力變化量。孤島檢測(cè)模塊242可以例如基于估計(jì)的阻抗Zg_t來(lái)計(jì)算變化量基準(zhǔn)參數(shù)AP的值。然后發(fā)電機(jī)控制器243可以基于變化量基準(zhǔn)AP來(lái)控制分布式發(fā)電機(jī)23的輸出，以在電網(wǎng)中引入變化量。控制器243可以例如修改電流基準(zhǔn)以包含變化量A iDGjref, A iDGjref轉(zhuǎn)而引入輸出電流的變化量A iDGO基于對(duì)變化量的電網(wǎng)響應(yīng)，可以評(píng)估孤島狀況。孤島檢測(cè)模塊242例如通過(guò)監(jiān)視電壓變化量來(lái)確定孤島狀況。將引入的變化量的增加量與閾值進(jìn)行比較，如果引入的變化量的增加量超過(guò)閾值，則認(rèn)為存在孤島。也可以用其他量來(lái)監(jiān)視電網(wǎng)響應(yīng)，例如頻率量或相位量。如果認(rèn)為存在孤島狀況，則可以作出將分布式發(fā)電機(jī)20與電網(wǎng)斷開的決定。也可 以例如如在等式6中基于估計(jì)的電網(wǎng)阻抗來(lái)確定閾值的水平。電網(wǎng)與分布式發(fā)電機(jī)之間的阻抗可以針對(duì)不同的布置而不同。然而，電網(wǎng)與分布式發(fā)電機(jī)之間的阻抗在一個(gè)布置中通常保持不變。通過(guò)觀測(cè)并網(wǎng)模式下的穩(wěn)態(tài)電網(wǎng)響應(yīng)，能夠?qū)㈤撝到档偷浇咏霐_跳閘限值，從而使得能夠更進(jìn)一步降低電網(wǎng)變化量。降低閾值的另一個(gè)方面是通過(guò)將閾值降低為盡可能接近并網(wǎng)模式中可能發(fā)生噪擾跳閘的限值，可以實(shí)現(xiàn)方法在孤島模式中的更高靈敏度。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯的是，隨著技術(shù)進(jìn)步，能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)本創(chuàng)新性概念。本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述示例而可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)連接至電網(wǎng)的分布式發(fā)電機(jī)的孤島狀況的方法，其中，所述方法包括以下步驟 估計(jì)電網(wǎng)阻抗； 對(duì)所述電網(wǎng)的第一電學(xué)量的值引入變化量，其中，基于估計(jì)的所述電網(wǎng)阻抗來(lái)優(yōu)化引入的所述變化量的幅度以使引入的所述變化量對(duì)所述電網(wǎng)的影響最小化； 監(jiān)視對(duì)所述變化量的電網(wǎng)響應(yīng)；以及 基于監(jiān)視的所述響應(yīng)來(lái)確定孤島狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，對(duì)所述電網(wǎng)引入變化量包括 基于估計(jì)的所述阻抗來(lái)確定變化量基準(zhǔn)； 基于所述變化量基準(zhǔn)來(lái)控制所述分布式發(fā)電機(jī)，以對(duì)所述第一電學(xué)量弓I入變化量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，監(jiān)視所述電網(wǎng)響應(yīng)包括 確定由所述第一電學(xué)量的變化量引入的、所述電網(wǎng)的第二電學(xué)量的變化量，所述電網(wǎng)的第二電學(xué)量例如是電壓、頻率或相位； 將所述第二電學(xué)量的變化量與設(shè)置的閾值進(jìn)行比較；以及 基于所述比較作出斷開所述發(fā)電機(jī)的決定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將確定的量與所述設(shè)置的閾值進(jìn)行比較包括 基于并網(wǎng)模式下的穩(wěn)定電網(wǎng)響應(yīng)來(lái)確定所述閾值的水平。
5.一種用于檢測(cè)連接至電網(wǎng)的分布式發(fā)電機(jī)的孤島狀況的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括 用于估計(jì)電網(wǎng)阻抗的裝置； 用于對(duì)所述電網(wǎng)的第一電學(xué)量的值引入變化量的裝置，其中，基于估計(jì)的所述電網(wǎng)阻抗來(lái)優(yōu)化引入的所述變化量的幅度以使引入的所述變化量對(duì)所述電網(wǎng)的影響最小化；用于監(jiān)視對(duì)所述變化量的電網(wǎng)響應(yīng)的裝置；以及用于基于監(jiān)視的所述響應(yīng)來(lái)確定孤島狀況的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測(cè)分布式發(fā)電機(jī)的孤島狀況的方法及設(shè)備。所述方法包括以下步驟估計(jì)電網(wǎng)阻抗；基于估計(jì)的所述電網(wǎng)阻抗對(duì)所述電網(wǎng)的第一電學(xué)量的值引入變化量；監(jiān)視對(duì)所述變化量的電網(wǎng)響應(yīng)；以及基于監(jiān)視的所述響應(yīng)來(lái)確定孤島狀況。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102684219SQ20121006366
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者亞歷山大·歐達(dá)洛夫, 亞德里恩·廷布斯, 格拉爾多·埃斯科巴爾, 萊昂納多-奧古斯托·塞爾帕 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司