一种分布式风电变流器的孤岛检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种分布式风电变流器的孤岛检测方法，分布式风电变流器的网侧加入设定频率的正弦无功电流扰动Iq，Iq的幅值为k1|Δf|+k2Grid_Ia1；计算电网电压频率的平均值，并检测该平均值是否在正常范围内，以确定是否出现过/欠频，当出现过/欠频且设定时间段时，触发过/欠频保护，检测到孤岛现象发生；否则没有发生孤岛现象；本发明采用无功电流扰动进行孤岛检测，系统并网运行时，负载端电压受电网电压钳制，基本不受变流器输出的无功功率影响；进入孤岛状态时，一旦变流器输出的无功和负载需求不匹配，负载电压幅值或频率会发生变化，此时调节变流器的无功电流，可迅速检测电网过/欠频，达到检测孤岛的目的。
【专利说明】—种分布式风电变流器的孤岛检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分布式风电变流器的孤岛检测方法。
【背景技术】
[0002]近年来，风力发电呈现“大风电”模式发展，其特点是大规模、高度集中开发，以及远距离、高电压输送。国内电网结构以煤电为主，系统调峰手段本就有限，大规模集中式风电的功率波动，使得电网调节更为困难。分布式风力发电，以分散方式、较低电压等级接入系统的，在电力调度上可以作为一种“逆负荷”管理，对电网频率、电压等重影响较小。
[0003]在“三北”地区风电消纳问题日益严重的背景下，国家能源局多次召集相关单位研究讨论分散式风电的开发。2011年7月，国家能源局下发了《关于分散式接入风电开发的通知》，2011年11月又下发了《分散式接入风电项目开发建设指导意见》。文件对分散式接入风电项目的定义、接入电压等级、项目规模、核准审批等都作了严格的界定，清晰表明了国家鼓励风电分散式开发的态度。中国电科院新能源研究所牵头制定的《分散式风电接入电网技术规定》公司技术标准顺利通过审查。
[0004]国家电网公司企标《分布式电源接入电网技术规定Q/GDW480 - 2010》中明确规定:
[0005]I)分散式电源应具备防孤岛技术，防止非计划性孤岛。
[0006]2)电网电压在50%UN?85%UN，最大分闸时间不得超过2s，UN为分布式电源并网点的电网额定电压。
[0007]分散式风电变流器是与电网连接的关键设备，应满足上述标准，具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力。防孤岛保护动作时间应不大于2s，且防孤岛保护应与电网侧线路重合闸、备自投等自动装置配合整定。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种简单、可靠、快速的分布式风电变流器的孤岛检测方法，以保证孤岛状态被快速、准确地检测出来的同时，尽可能的减小对并网电能质量的影响。
[0009]为实现上述目的，本发明的分布式风电变流器的孤岛检测方法包括如下步骤:
[0010](I)分布式风电变流器的网侧加入设定频率的正弦无功电流扰动I,，Iq的幅值为kj Af|+k2Grid_Ial，式中，Λ f=fgrid_f额定，fgrid为变流器入口处的电网电压频率，f额定为额定电网电压频率，Grid_Ial为变流器输出a相电流幅值，kl、k2为设定值；
[0011]( 2 )计算电网电压频率的平均值，并检测该平均值是否在正常范围内，以确定是否出现过/欠频，当出现过/欠频且设定时间段时，触发过/欠频保护，检测到孤岛现象发生；否则没有发生孤岛现象。
[0012]所述正弦无功电流扰动I,的频率为IHz。
[0013]步骤(2)中，当网侧变流器发出感性无功时，电网电压消失后，变流器输出电压频率从额定电网电压频率开始上升，当电网电压频率的平均值超过上限设定值时，触发过频保护；网侧变流器发出容性无功时，电网电压消失后，当电网电压频率的平均值超过频率下限设定值，触发欠频保护。
[0014]所述步骤(2)中电网电压频率平均值的计算周期是40ms，当连续出现0.5s出现过/欠频时，电网电压过/欠频保护。
[0015]本发明的分布式风电变流器的孤岛检测方法，采用无功电流扰动进行孤岛检测，系统并网运行时，负载端电压受电网电压钳制，基本不受变流器输出的无功功率影响；进入孤岛状态时，一旦变流器输出的无功和负载需求不匹配，负载电压幅值或频率会发生变化，此时调节变流器的无功电流，可迅速检测电网过/欠频，达到检测孤岛的目的。加入的正弦无功电流扰动的幅值直接与变流器输出幅值相关联，在未发生孤岛时，k|Δf|接近于0，k2Grid_Ial很小，Iq,不会对变流器正常运行产生干扰；在发生孤岛时，k| Δf|逐渐增大，k2Grid_Ial也逐渐增大，这样就会加大扰动，使频率变化更快，更快速触发过欠频防孤岛保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是风电变流器的网侧变换器输出功率流动示意图；
[0017]图2是孤岛检测方法实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0018]为解决分布式风力发电的孤岛检测问题，分布式风电变流器的孤岛检测方法，通过控制变流器的输出无功电流Iq，对Iq,施加1Hz的扰动电流。当电网中断时，由于系统失去稳定的参考电源，扰动将造成系统频率的明显变动，从而检测出孤岛现象。
[0019]无功电流扰动的孤岛测试方法理论依据是:
[0020]分布式风电流器与电网连接时功率流动情况如图1所示，其中变量名称及符号如下表所示，Lr, Cr和R是逆变器的等效负载。
[0021]P—变流器输出有功功率；ΔΡ--电网正常时逆变器输送到电网的有功功率Q—变流器输出无功功率；ΔQ-电网正常时变流器输送到电网的无功功率；ug-电网电压；U1-变流器输出端电压。
[0022]a)电网正常工作
[0023]如图1所示，电网正常工作状态下，相当于开关S闭合。光伏并网发电系统输出的有功功率P、无功功率Q的一部分提供给等效负载，另外一部分有功功率ΛΡ、无功功率AQ传递给电网。根据变流器输出功率与负载功率平衡的关系有公式(1)、(2)存在，其中0^为电网电压的角频率。
【权利要求】
1.一种分布式风电变流器的孤岛检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)分布式风电变流器的网侧加入设定频率的正弦无功电流扰动I,，I,的幅值为kj Af|+k2Grid_Ial，式中，Λ f=fgrid_f额定，fgrid为变流器入口处的电网电压频率，f额定为额定电网电压频率，Grid_Ial为变流器输出a相电流幅值，kl、k2为设定值； (2)计算电网电压频率的平均值，并检测该平均值是否在正常范围内，以确定是否出现过/欠频，当出现过/欠频且设定时间段时，触发过/欠频保护，检测到孤岛现象发生；否则没有发生孤岛现象。
2.根据权利要求1所述的分布式风电变流器的孤岛检测方法，其特征在于:所述正弦无功电流扰动Iq的频率为IHz。
3.根据权利要求1所述的分布式风电变流器的孤岛检测方法，其特征在于:步骤(2)中，当网侧变流器发出感性无功时，电网电压消失后，变流器输出电压频率从额定电网电压频率开始上升，当电网电压频率的平均值超过上限设定值时，触发过频保护；网侧变流器发出容性无功时，电网电压消失后，当电网电压频率的平均值超过频率下限设定值，触发欠频保护。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的分布式风电变流器的孤岛检测方法，其特征在于:所述步骤(2)中电网电压频率平均值的计算周期是40ms，当连续出现0.5s出现过/欠频时，电网电压过/欠频保护 。
【文档编号】G01R23/02GK103606950SQ201310567817
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】姚为正, 肖鹏, 刘刚, 赵宇, 许恩泽 申请人:许继集团有限公司, 许继电气股份有限公司