針對大規(guī)模風電的孤島狀態(tài)檢測方法
【技術領域】
[0002] 本發(fā)明設及大規(guī)模風力發(fā)電防孤島保護領域,具體地,設及一種針對大規(guī)模風電 的孤島狀態(tài)檢測方法。
【背景技術】
[0003] 大型風電場(基地)孤島狀態(tài)是指大型風電場(基地)中,部分風電機組與主網(wǎng)脫離 后,繼續(xù)向其下所帶負荷供電的運行狀態(tài)。在大規(guī)模風力發(fā)電系統(tǒng)中,有效及時的檢測孤島 對風電機組及本地負荷具有重要意義。大規(guī)模風電接入孤島引發(fā)的原理和情形與配網(wǎng)中的 孤島有所不同,所W,大規(guī)模風電接入發(fā)生孤島的危害與孤島在配網(wǎng)中的危害相比也有不 同。首先,大規(guī)模風電接入發(fā)生孤島后,電能質量也是不可控的。但是更為嚴重的威脅在于, 孤島系統(tǒng)中的過電壓問題。
[0004] 造成大型風電場堪地)孤島系統(tǒng)中過電壓的原因有很多,總結概括一下,有如下 幾種:1)在一些故障情形下,孤島系統(tǒng)失去系統(tǒng)接地;風機一般是通過升壓變壓器的中屯、 點獲得系統(tǒng)零點,當饋線故障時,風機及饋線失去系統(tǒng)接地,非故障相電壓升至1. 73倍的 故障前相電壓,原理如圖1所示。2)風機的特有的故障特性,風機變流器一般是進行電流控 審IJ,風機通過逐級變壓器進行升壓,風機也需要通過較長的集電饋線將電能送至升壓站,在 此系統(tǒng)中存在較大的電抗,系統(tǒng)阻抗大,且電磁環(huán)境較為復雜,突然斷電下,會產(chǎn)生較大的 暫態(tài)過電壓。3)孤島系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng),且其阻尼較小,會產(chǎn)生較大的暫態(tài)過電壓。4)如 果在重合閩開始時,系統(tǒng)仍未斷電,會出現(xiàn)沖擊電壓,更嚴重的情況是發(fā)生非同期重合閩, 運時,將會出現(xiàn)很大的暫態(tài)過電壓。
[0005] 目前,常用的配電網(wǎng)孤島檢測方法主要分為=類:(1)被動檢測方法;(2)主動檢 測方法;(3)基于通信信號的檢測方法。
[0006] 被動檢測方法監(jiān)測一個或多個電網(wǎng)電氣量,根據(jù)電氣量與所設闊值直接的偏差, 可W判定所關注區(qū)域是否發(fā)生孤島運行狀態(tài)。一般通過尋找頻率、電壓或相位角的異常數(shù) 值或檢測系統(tǒng)中諧波的異常變化等多個判斷因素,綜合分析后可W確定孤島的存在。
[0007] 被動檢測方法的優(yōu)點在于,由于并網(wǎng)逆變器本身的控制策略就需要檢測端電壓, 此法不需要增加額外的硬件電路或者獨立的保護繼電器;對電網(wǎng)無干擾,對電能質量無影 響;在多臺逆變器下,檢測效率不會降低。其問題在于非檢測區(qū)域(Non-Detection Zone, NDZ)有可能相當大,n檻闊值難W設定,既要高于正常運行時的值,又要小于孤島時的值。 為了減小NDZ,常提高裝置的靈敏度,但會引發(fā)設備無故障跳閩,影響系統(tǒng)的正常運行;在 某些特定的情況下,NDZ很大;某些參數(shù)不能直接測量,需要復雜的計算才能得到,其計算 誤差W及計算時間對檢測效果也會產(chǎn)生影響。
[0008] 主動檢測方法是在電網(wǎng)中注入電壓、頻率或相位角,從而造成電網(wǎng)電壓、頻率或相 位角的擾動,運些擾動對于并網(wǎng)運行狀態(tài)時的配電網(wǎng),由于受到主網(wǎng)的平衡錯制,擾動信號 作用不明顯;但當孤島發(fā)生時,運些擾動作用就較明顯,可W通過檢查公共連接點(PCC)的 系統(tǒng)響應,來判斷是否發(fā)生孤島。
[0009] 主動檢測方法的優(yōu)點在于NDZ較小,檢測精度較高,能夠準確地檢測孤島。此方法 的缺點在于由于引入了擾動量,引起電網(wǎng)電能質量下降及電網(wǎng)不必要的暫態(tài)響應;控制算 法較復雜,實際應用困難;在不同的負載性質下,檢測效果存在很大差異,嚴重時甚至失效。
[0010] 基于通信信號的檢測方法采用有線或無線的通信方式來檢測斷路器的開斷狀態(tài), 根據(jù)斷路器狀態(tài)的變化來確定是否發(fā)生了孤島。
[0011] 基于通信信號的檢測方法優(yōu)點:無非檢測區(qū)(NDZ)、檢測準確可靠;對于單個或多 個逆變器的孤島檢測都有效;它的性能與DG裝置的類型無關,也不會對電網(wǎng)的正常運行造 成干擾,因此是非??煽康墓聧u檢測方法。此法缺點:需要添置設備,實現(xiàn)成本高,操作復 雜,需要很多認證,經(jīng)濟性低。
[0012] 目前的主要方法都是在低壓配電網(wǎng)中進行孤島檢測,針對大規(guī)模風力發(fā)電的高電 壓等級的孤島檢測并未見相關文獻。目前,已有的配電網(wǎng)孤島檢測相關專利主要分為如下 幾類: 被動檢測法: 專利號為201510084241. 3的專利提出了一種新型的光伏電站被動式防孤島保護方 法。此方法應用于大規(guī)模光伏電站集中并入電網(wǎng)變電站,通過計算工頻故障阻抗和功率因 數(shù)變化,經(jīng)阻抗判據(jù)和功率因數(shù)判據(jù),綜合判斷是否出現(xiàn)光伏電站單獨帶負荷運行的小孤 島W及光伏電站和變電站一起帶負荷運行的大孤島,一旦檢測出孤島立即跳開相應并網(wǎng)開 關,W保護運行檢修人員及設備的安全。該方法屬于被動檢測法,且W光伏電站為研究對 象。
[001引主動檢測法: 專利號為201410221942. 2的專利提供了一種風電機組孤島測試方法。將一個孤島發(fā) 生裝置連接于風電機組出口變壓器和風電場升壓變壓器之間,通過調節(jié)孤島發(fā)生裝置使風 電機組處于孤島狀態(tài),并檢測風電機組并網(wǎng)點=相電流、=相電壓及風電機組并網(wǎng)開關狀 態(tài)信號,考察風電機組是否具備孤島運行能力,及在防孤島下的脫網(wǎng)時間。該方法屬于主動 檢測法。
[0014] 專利號為201410741339. 7的專利提出了一種光伏防孤島試驗檢測裝置和檢測方 法。運種防孤島試驗檢測裝置,由上位機、一個W上智能電力監(jiān)控模塊、I/O繼電器控制板、 電鍵K和可調化C負載模塊組成,能對光伏電站等大容量電源類設備進行孤島效應測試。 通過加載負載模塊,檢測并網(wǎng)電壓V來判斷孤島現(xiàn)象是否發(fā)生。該方法屬于主動測試法,且 屬于光伏電站防孤島檢測。
[0015] 專利號為201510037485. 6的專利提出了一種分布式電源系統(tǒng)防孤島效應的并網(wǎng) 開關保護方法及并網(wǎng)開關裝置。此方法是針對配電網(wǎng)側的分布式電源系統(tǒng)進行的主動保 護,通過控制并網(wǎng)逆變器,給其輸出功率、頻率或相位等注入一定的擾動,同時檢測逆變器 的輸出情況;當電網(wǎng)正常工作時,由于電網(wǎng)的平衡作用,擾動信號不足W改變并網(wǎng)逆變 器的輸出特性;當電網(wǎng)故障或者掉電時,由于擾動信號的反饋作用,并網(wǎng)逆變器的輸出特性 就會快速累積并且超出允許范圍,產(chǎn)生一信號觸發(fā)并網(wǎng)開關的保護裝置,使其跳閩。該方法 對低壓配電網(wǎng)進行防孤島檢測。
[0016] 專利號為201510242085. 9的專利提出了一種基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護 測試電路及方法。用定阻抗負荷模擬單元精確模擬并聯(lián)化C負荷的負荷特性,將并網(wǎng)光伏 逆變器輸出的有功功率W單位功率因數(shù)饋送至配電網(wǎng),確保在測試過程中觸發(fā)并網(wǎng)光伏逆 變器的防孤島保護。該方法屬于主動檢測方法。
[0017] 基于通信信號的檢測法: 專利號為201180043345. X的專利提出了一種用于檢測低壓(LV)電力網(wǎng)絡中孤島狀況 的方法,該方法用于多開關信號的網(wǎng)絡中,通過檢測網(wǎng)絡中斷路器的位置信號,并與真值表 進行對比,采用查表的方法,并通過斷開電力電單元的方法對系統(tǒng)進行保護。該方法針對配 電網(wǎng)進行孤島檢測,同時該方法采用效率較低的查表法。
[0018] 專利號為201210124330. 2的專利提供了一種站域孤島保護方法及一種站域孤島 保護系統(tǒng),通過獲取變電站區(qū)域內與產(chǎn)生孤島運行狀態(tài)相關的斷路器的位置信息,判斷是 否出現(xiàn)孤島運行狀態(tài),并通過跳開發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)處的一個斷路器即可完成孤島保護動作。 該方法針在變電站范圍進行孤島檢測,并采用跳開發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)處的一個斷路器來實現(xiàn)孤 島保護,運種方法并不適用于大規(guī)模風力發(fā)電系統(tǒng)的防孤島保護,由于大規(guī)模風力發(fā)電系 統(tǒng),各風機到風電場升壓變電站的電氣距離較長,采用該方法會造成風機饋線的過電壓問 題,從而影響風機的運行壽命。
[0019] 專利號為201310039649. X的專利提供了一種分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)防孤島保護系 統(tǒng)及其保護方法,基于載波通信和分散檢測技術,通過上位載波機獲取電網(wǎng)側的信息進行 孤島判別和下位載波機對用戶側分布式電源的并網(wǎng)點開關進行控制,切除分布式電源,防 止孤島效應的發(fā)生,提高分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。該方法針對分布式發(fā)電 系統(tǒng)進行防孤島保護,并不設及大規(guī)模集中式風力發(fā)電的防孤島保護。
[0020] 專利號為201310086985. X的專利提供了一種基于廣域信息的開關變位