专利名称：一种多进程的孤岛效应检测装置及方法
技术领域：
本发明属于分布式发电系统故障检测领域，具体涉及一种多进程的孤岛效应检测装置及方法。
背景技术：
自二十世纪以来，随着经济和社会的快速发展，能源消耗与日俱增，电力需求的迅速增长使得人们越来越重视可再生能源的发展，分布式发电技术以其独有的特点引起人们越来越多的关注。随着分布式发电系统并网数量逐年增多，孤岛效应成为制约分布式发电技术的主要因素，其原因主要是分布式发电技术不同于传统大电厂发电、大电网输电的供配电技术，由于其自身发电容量小、布局分散等特点，传统的调度方式不能进行有效控制，这样当接入电网发生故障就会使并网分布式发电系统陷入孤岛状态。为了提高并网分布式发电系并网的可靠性、可控性，充分发挥分布式发电系统的优势，各国对于并网分布式发电系都要求具有孤岛效应检测功能，譬如在日本，要求至少有一种被动检测方法和一种主动检测方法；在北美，要求制造商采用基于频率、相位或电压偏移的主动式孤岛检测方式；在中国，GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求中要求至少各一种主动和被动孤岛检测装置。因此，对于孤岛效应检测技术的研究及其相关装置的研究成为了国内外电力研究人员的研究热点。现今，关于分布式发电系统孤岛效应检测方法已经有许多种，主要分为主动检测和被动检测两大类。就目前而言，被动检测具有技术简单、易于实施，不需要向系统注入扰动，减小了谐波影响等优势。但是，被动检测只能对孤岛效应后的分布是发电系统进行检测，并做出相应的处理，它不能提前发现孤岛现象，此外被动检测的检测盲区大。主动检测方法检测虽然具有检测精度高，检测盲区小等优势，但是该方法控制较复杂，而且由于检测过程需要注入扰动信号，降低了逆变器输出电能的质量。因为不论是被动式检测方法还是主动式检测方法都存在自身的优点和缺点，所以主动检测与被动检测相结合成为如今成为孤岛检测技术研究的新方向。现在的主动检测与被动检测结合的孤岛检测技术种类繁多，如过欠压/过欠频检测法与频率偏移检测法结合、电压谐波检测法与滑模频漂检测法结
合......但是这些方法都具有技术缺陷，譬如实施技术难度大、还存在较大的检测盲区、
控制装置复杂、检测时间长等。
发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种多进程的孤岛效应检测装置及方法，以达到更加全面的对系统进行孤岛检测的目的。本发明的技术方案是这样实现的一种多进程的孤岛效应检测方法，包括以下步骤 步骤I :将采集到的三相电压、电流和频率进行滤波、降噪、变压处理和模数转换，并对转换后的数字信号进行归一化处理，送至数据存储器单元保存；
步骤2 :初始化系统参数，所述的系统参数包括系统的电阻值R、电感值L和电容值C；步骤3 :利用步骤I存储的数据，计算系统的有功功率P和无功功率Q，并将有功功率值和无功功率值存入数据存储器单元保存；步骤4 :将数据储存器中的数据送入DSP的CPU，进行被动孤岛检测，判断孤岛是否发生，方法为(I)利用过欠压/过欠频检测法计算有功功率和无功功率的不平衡度；(2)利用相位突变检测法计算电压电流相位差角；(3)利用功率/频率变化率检测法计算有功功率变换率、无功功率变换率及频率的变换率；利用上述(I) (2) (3)的结果，计算被动检测综合评价指标值，若该值不大于10，说明分布式发电系统为正常并网运行状态，利用主动孤岛检测流程对被动孤岛检测的结果进行复核，执行步骤5 ;该值大于10，说明分布式发电系统已处于孤岛状态，此时系统DSP发出PWM波驱动断路控制器，将分布式发电系统从电网切除；步骤5 :主动孤岛检测，方法为利用主动移频法计算频移的最大值和最小值 min，计算分布式发电系统与电网节点处的角频率，如果不满足《min< P< _，说明被动检测的结果不正确，此时DSP发出PWM波驱动断路控制器，将分布式发电系统从电网切除；否则，说明被动检测的结果是正确的，执行步骤6 ；步骤6 :分布式发电系统处于孤岛运行状态，利用通讯单元与上位机进行远程通讯，向操作人员提示系统已从电网切除；步骤7 :储存在数据储存单元的数据通过显示单元进行分布式发电系统的状态显示，向系统检修人员提供检修依据；步骤8 :对于已从电网切除的分布式发电系统，孤岛检测装置会通过主动孤岛检测对分布式发电系统进行主动检测，判断分布式发电系统是否满足重新并网运行的要求，如果满足，则DSP发出PWM波驱动断路控制器使分布式发电系统重新并网运行。实现多进程的孤岛效应检测方法的装置，包括信号采集单元用于采集分布式发电系统与电网节点处的三相电压、电流和频率并对采集到的信号进行滤波、降噪、变压处理；主控单元用于对信号采集单元采集到的信号进一步处理，进行被动孤岛检测和主动孤岛检测，并依据检测结果，控制分布式发电系统与电网的连接和关断；数据存储器单元用于存储有功功率和无功功率的不平衡度、电压电流相位差角、有功功率变换率、无功功率变换率及频率的变换率；通讯单元用于实现孤岛效应检测装置与上位机的网络通讯。本发明优点本发明所提出的多进程的孤岛效应检测装置相比于传统的孤岛检测装置，具有检测盲区小、检测准确度高、适用性强等特点。该孤岛检测装置采用多种检测变量相互独立的被动检测方式对系统进行孤岛检测，更加全面的对系统进行孤岛检测。相比于传统的采用单一被动检测和主动检测的孤岛检测装置，充分发挥了被动检测的快速性、对电网谐波污染小的优势，实现了检测装置首先对系统进行快速的判断，如果分布式发电系统处于孤岛状态，则迅速将系统从电网中切除。其次调用主动检测对被动检测的结果进行复核，充分发挥了主动检测检测准确度高的优势，克服了检测时间长，对电网谐波污染程度大的不足。总体来讲，本发明提出的多进程的孤岛效应检测装置相比于传统孤岛检测装、置，检测盲区降低了 25%，检测时间缩短了 40%，检测准确度提升了 90%，对电网谐波污染的降低了 92%。
图I为本发明的一种实施方式多进程的孤岛效应检测装置的结构框图；图2为本发明的一种实施方式带通滤波电路的电路原理图；图3为本发明的一种实施方式三相电压采样信号调制电路的电路原理图；
图4为本发明的一种实施方式三相电流采样信号调制电路的电路原理图；图5为本发明的一种实施方式频率采样信号调制电路的电路原理图；图6为本发明的一种实施方式DSP及其电源模块的电路原理图；图7为本发明的一种实施方式数据存储单元的电路原理图；图8为本发明的一种实施方式通讯模块的电路原理图；图9为本发明的一种实施方式液晶显示模块的电路原理图；图10为本发明的一种实施方式多进程的孤岛效应检测流程图；图11为本发明的一种实施方式被动孤岛检测流程图；图12为本发明的一种实施方式过欠压/过欠频检测法流程图；图13为本发明的一种实施方式相位突变检测法流程图；图14为本发明的一种实施方式功率频率变化率检测法流程图；图15为本发明的一种实施方式主动孤岛检测流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。图I为多进程的孤岛效应检测装置的结构框图。多进程的孤岛效应检测装置主要包括信号采集单元、主控单元、数据存储器单元、通讯单元、液晶显示单元、断路控制器和主控单元的电源模块。其中，信号采集单元包括电压传感器(VT)、电流传感器(CT)、频率测试仪、带通滤波电路、三相电压采样信号调制电路、三相电流采样信号调制电路和频率采样信号调制电路。本实施方式中，采用3个电压传感器(VT)、3个电流传感器(CT)，用于采集分布式发电系统与电网节点(PCC节点)处的三相电压和电流，其中，电压传感器的型号为HNV500T,电流传感器的型号为ACS712ELCTR-05A5AS0P-8。采用I个频率测试仪来采集分布式发电系统与电网节点(PCC节点)处的频率，频率测试仪的型号为BT3C。利用电压传感器(VT)、电流传感器(CT)和频率测试仪采集到的信号传递给带通滤波电路，所述的带通滤波电路如图2所示。电压传感器(VT)的电压信号输出端(包括3路电压信号)、电流传感器(CT)的电流信号输出端(包括3路电流信号)和频率测试仪的频率信号(包括I路频率信号)输出端，同时连接带通滤波电路的输入端Ui,对采集到的信号进行滤波。滤波后的信号经过信号调制电路(包括三相电压采样信号调制电路、三相电流采样信号调制电路和频率采样信号调制电路)进行降噪、变压处理后，输出幅值为3. 3V的电压信号，传递给主控制单元(例如中央处理器DSP)。带通滤波电路的输出引脚U。输出7路信号，其中，3路电压信号连接至三相电压采样信号调制电路的ua、ub、U。接口，如图3所示，三相电压采样信号调制电路的输出端OUTa、OUTb和OUT。分别连接主控制单元的信号输入端(如DSP的ADCINA0 □ ADCINA2端);3路电流信号连接至三相电流采样信号调制电路的ia、ib、i。接口，如图4所示，三相电流采样信号调制电路的输出端0UTal、0UTbl和OUTcl分别连接主控制单元的信号输入端(如DSP的ADCINA3 □ ADCINA5端)；1路频率信号连接至频率采样信号调制电路的输入端fg，如图5所示，频率采样信号调制电路的输出端OUTf端连接主控制单元的信号输入端(如DSP的ADCINA6 端)。
本实施方式采用DSP作为主控制单元，用于对采集得到的PCC点的三相电压、电流以及电压频率进行A/D转换，并对转换后的信号进行孤岛检测检测，依据检测结果触发相应的触发控制信号，驱动PCC点处的执行机构进行相应的动作。其型号为TMS320F2812，见图6，图6还包括DSP的电源模块，DSP电源模块对DSP提供满足工作要求的3. 3V电压。DSP的输出信号送至数据存储单元、通讯单元、液晶显示单元和断路控制器，所述的数据存储器单元、液晶显示单元分别主要实现对分布式发电系统运行状态的关键数据的储存和显示，以便操作人员了解系统的运行状态，并根据记录的关键数据做出正确的处理操作。本实施方式中，数据存储单元的型号为CY7C1041BV，其数据输入端DO D15引脚与DSP的XDO XD15引脚相连，AO A17引脚与DSP芯片的XAO XA17引脚相连。如图7所示。所述的通讯单元用于实现孤岛检测装置与上位机的网络通讯，便于调度人员对分布式发电系统做出合理的安排，实现分布式发电系统的最大效益运行。本实施方式中采用RS485通讯协议，采用MAX232驱动芯片实现，其电路原理图如图8所示。其R20UT、T2IN、RlOUT, TlIN 引脚分别与 DSP 芯片的 SCIRXDA、SCITXDA、SCIRXDB、SCITXDB 引脚相连。所述的液晶显示单元采用液晶显示器实现，所述的液晶显示器的型号为LCM12864ZK，如图9所示，液晶显示器的RS引脚与TMS320LF2812芯片的I0PF4引脚连接，液晶显示器的R/W引脚与DSP的I0PF5引脚连接，液晶显示器的E引脚与DSP的I0PF6引脚连接，DO D7引脚与DSP的IOPBl I0PB7引脚连接，液晶显示器的/RST引脚与DSP的IOPCl引脚连接。多进程孤岛检测装置通过DSP的I/O 口产生PWM控制波信号，该控制信号经过信号放大电路进行放大后，对接在PCC点的并网控制继电器(本实施方式中采用的型号为DW15断路控制器)进行通断状态的控制，实现分布式发电系统孤岛运行状态的切除操作和孤岛状态的分布式发电系统重合闸操作。本发明的一种实施方式给出多进程的孤岛效应检测方法的流程，如图10所示。该流程开始于步骤1001。在步骤1002，对采集到的三相电压、电流和频率进行模数转换(例如，利用DSP的A/D转换器实现模数转换)，称为幅值为3. 3V的电压信号，并对转换后的数字信号进行归一化处理，送至数据存储器单元保存；在步骤1003，初始化系统参数，所述的系统参数包括系统的电阻值R、电感值L和电容值C;在步骤1004，利用步骤I存储的数据，计算系统的有功功率P和无功功率Q，并将有功功率值和无功功率值存入数据存储器单元保存；其中，本实施方式采用三相瞬时功率方法计算有功功率、无功功率和功率因数角，过程如下步骤1002采样到的三相相电压和三相线电流分别为ua、Ub> u。、ia、ib、i。,经过a、b、c 二相到α-β两相的变换后，得到ua、U0和ia、ie。
权利要求
1.一种多进程的孤岛效应检测方法，过程如下 步骤I:将采集到的三相电压、电流和频率进行滤波、降噪、变压处理和模数转换，并对转换后的数字信号进行归一化处理，送至数据存储器单元保存； 步骤2 :初始化系统参数，所述的系统参数包括系统的电阻值R、电感值L和电容值C ； 步骤3 :利用步骤I存储的数据，计算系统的有功功率P和无功功率Q，并将有功功率值和无功功率值存入数据存储器单元保存； 其特征在于还包括以下步骤 步骤4 :将数据储存器中的数据送入DSP的CPU，进行被动孤岛检测，判断孤岛是否发生，方法为(I)利用过欠压/过欠频检测法计算有功功率和无功功率的不平衡度；(2)利用相位突变检测法计算电压电流相位差角；(3)利用功率/频率变化率检测法计算有功功率变换率、无功功率变换率及频率的变换率；利用上述(I) (2) (3)的结果，计算被动检测综合评价指标值，若该值小于或等于10，说明分布式发电系统为正常并网运行状态，利用主动孤岛检测流程对被动孤岛检测的结果进行复核，执行步骤5 ;该值大于10，说明分布式发电系统已处于孤岛状态，此时系统DSP发出PWM波驱动断路控制器，将分布式发电系统从电网切除； 步骤5 :主动孤岛检测，方法为利用主动移频法计算频移的最大值和最小值 min，公式如下
2.根据权利要求I所述的多进程的孤岛效应检测方法，其特征在于步骤4所述的被动孤岛检测，包括以下步骤 步骤4-1 :利用过欠压/过欠频检测法，计算分布式发电系统与电网节点(PCC节点)处的有功功率不平衡度Z与无功功率￥的不平衡度，公式如下
3.根据权利要求I所述的多进程的孤岛效应检测方法，其特征在于步骤4所述的被动检测综合评价指标值的计算公式如下
4.实现权利要求I所述的多进程的孤岛效应检测方法的装置，其特征在于包括 信号采集单元用于采集分布式发电系统与电网节点处的三相电压、电流和频率并对采集到的信号进行滤波、降噪、变压处理； 主控单元用于对信号采集单元采集到的信号进一步处理，进行被动孤岛检测和主动孤岛检测，并依据检测结果，控制分布式发电系统与电网的连接和关断； 数据存储器单元用于存储有功功率和无功功率的不平衡度、电压电流相位差角、有功功率变换率、无功功率变换率及频率的变换率；通讯单元 用于实现孤岛效应检测装置与上位机的网络通讯。
全文摘要
一种多进程的孤岛效应检测装置及方法，属于分布式发电系统故障检测领域。本发明所提出的多进程的孤岛效应检测装置相比于传统的孤岛检测装置，具有检测盲区小、检测准确度高、适用性强等特点；采用多种检测变量相互独立的被动检测方式对系统进行孤岛检测，更加全面的对系统进行孤岛检测。相比于传统的采用单一被动检测和主动检测的孤岛检测装置，充分发挥了被动检测的快速性、对电网谐波污染小的优势，实现了检测装置首先对系统进行快速的判断，如果分布式发电系统处于孤岛状态，则迅速将系统从电网中切除。其次调用主动检测对被动检测的结果进行复核，充分发挥了主动检测检测准确度高的优势，克服了检测时间长，对电网谐波污染程度大的不足。
文档编号G01R31/00GK102624027SQ201210082158
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者何志强, 刘鑫蕊, 孙秋野, 张化光, 张欣, 李昕同, 李玉帅, 滕菲, 赵琰 申请人:东北大学