电网中的孤岛状态的检测的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及三相电网中的三相孤岛状态的检测。
【背景技术】
[0002] 连接到公共电网的像太阳能电池或风力涡轮机一样的分布式能源资源单元可以 在这个电网中提供孤岛，亦即公共电网的部分，其被提供以它们自身的发电。三相孤岛状态 是电源丧失的情形，在这种情形中，结合了发电的电网的全部三相丧失了与公共电网的其 余部分的连接。检测三相孤岛状态是重要的，因为它造成了从公共电网分开的电网内的安 全危害。
[0003] 在已知的方法中，向三相电网供电的电源组件由频率基准信号控制，该频率基准 信号适用于使电源组件的输出频率与电网频率偏离，其中，如果电源组件的输出频率退出 容许的值范围，则检测三相孤岛状态。所述电网频率表示公共电网的频率，该公共电网的一 部分三相电网是在正常运行状态中。通过使电源组件的输出频率和电网频率的差与扰动常 数相乘来形成频率基准信号。
[0004] 用于三相孤岛检测的上述已知方法增加了电网中的谐波失真，并且/或者取决于 扰动常数的量值而缓慢地检测三相孤岛状态。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种方法和用于实施该方法的系统，以便缓解以上的缺点。 通过下面所描述的方法和系统来实现本发明的目的。
[0006] 本发明基于以下思想：使用刺激信号在电网的正常运行状态期间干扰电源组件的 频率基准信号，该刺激信号是电源组件的有功输出电流的函数。
[0007] 本发明的方法和系统的优点是：可以快速检测三相孤岛状态而没有过分地增加电 网中的谐波失真。
【附图说明】
[0008] 下面将参考附图借助于优选实施例更加详细地描述本发明，在附图中：
[0009] 图1示出了图示根据本发明的实施例的用于检测三相孤岛状态的方法的框图；以 及
[0010] 图2示出了关于图1的框图的更多详细信息。
【具体实施方式】
[0011] 图1示出了图示用于检测三相电网中的三相孤岛状态的方法的框图。图1还示出 了三相电网EN和公共电网GRD，公共电网GRD的一部分三相电网EN处于正常运行状态中 (亦即当在电网EN中不存在孤岛状态时）。电网EN处在三相孤岛状态中，这通过电网EN 与公共电网GRD之间的开启三相开关来图示。这里，公共电网是比本方法正在检测其孤岛 状态的三相电网更大的电网。
[0012] 电网EN包括负载4，其连接到电网EN的相。公共电网GRD的线路阻抗用Zs来指 示。在图1的三相孤岛状态中，电网EN已丧失了与公共电网GRD的连接，因此从电源组件 PSA的输出来看的阻抗已经改变。
[0013] 图1的电网EN提供有中性导线NC。然而，也可以在没有中性导线的电网中利用本 发明。
[0014] 用于检测电网EN中的三相孤岛状态的方法包括：由具有输出频率coPSA的电源组 件PSA向电网EN中供电；通过频率基准信号控制电源组件PSA的输出频率ω PSA，频 率基准信号适用于使电源组件PSA的输出频率ω PSA与电网频率ω g"d偏离，电网频率 ?g"d表示公共电网GRD的频率，公共电网GRD的一部分三相电网EN处在正常运行状态；监 视可从电源组件的输出频率ω ΡΜ获得的频率量的量值；以及如果频率量的量值退出容许 的值范围，则在模块b3中检测三相孤岛状态。通常容许的值范围由电网代码设置。例如， 在标称频率为50Hz的电网中，容许的值范围可以是从47Hz至52Hz。
[0015] 当不存在孤岛状态时，电源组件PSA的输出频率coPSA跟随公共电网GRD的实际频 率，而与频率基准信号无关。这起因于如下事实：与电网EN相比，公共电网GRD是十 分刚硬的电网。频率基准信号只能够在三相孤岛状态期间使电源组件PSA的输出频 率 WpsA与电网频率ω 扁离。
[0016] 在实施例中，频率量是电源组件的输出的角频率。在代替的实施例中，频率量是电 源组件的输出的频率。本领域的技术人员理解的是，尽管图1和图2中用于频率术语的附 图标记涉及角频率值，但是用时间频率值来进行计算自然是可能的。
[0017] 频率基准信号《。&1的形成包括：根据以下方程使电源组件的输出频率ω PSA和刺 激信号Wai stin相加。
[0018] Wctrl= ω PSA+ω ai, Stim
[0019] 在模块匕中形成刺激信号ω ai stin，模块bi的输入信息包括电网EN的相电流i a，、 ib和i。、电网EN的相电压ua，、ub和u。、电源组件的输出频率co PSA以及电网频率ω g"d。相 电流ia，、ib和i。以及相电压u a、叫和u。可以包括由电源组件PSA的控制装置提供的测量 值或估计。
[0020] 模块b2使用适当的已知方法基于相电压u 3、叫和u。确定电源组件的输出频率 ?PSA。在代替的实施例中，使用锁相环获得电源组件的输出频率。电网频率％ id是模块b2 中存储的电源组件的输出频率《PSA的长期平均值。因为在正常运行状态中三相电网EN是 公共电网GRD的一部分，所以输出频率co PSA的长期平均值实际上等于公共电网GRD的平均 频率。在代替的实施例中，电网频率是针对电源组件PSA与三相电网EN的同步而确定的频 率。在另一个代替的实施例中，电网频率是基于在公共电网GRD中进行的测量的值。
[0021] 图2示出了关于图1的框图的模块匕的更详细的信息。根据下面的方程，通过使 电源组件的输出频率w PSA和电网频率ω ffid之间的差与刺激系数kal相乘，在模块Id1中形 成刺激信号《 ai stin。
[0022] Waistin= kal( coPSA-cogrid)
[0023] 电网EN具有正常运行状态和潜在的孤岛状态。如果满足预定的第一条件，则电网 EN从正常运行状态转变到潜在的孤岛状态。在模块b16中检查第一条件的满足。如果预定 的第一条件不再满足，则电网EN从潜在的孤岛状态转变回正常运行状态。
[0024]用于使电网转变到潜在的孤岛状态的预定的第一条件包括下面的条件：
[0026] 其中，Xtj是从电源组件PSA的输出来看的电抗。电源组件PSA的输出频率的变化 影响所述电抗监视电抗X J勺倒数的时间导数使得能够针对电网EN的正常运行状态 中的刺激系数kal使用小的值。用于使电网转变到潜在的孤岛状态的预定的第一条件还包 括下面的条件：
[0028] 其中，coPSA是电源组件PSA的输出频率，并且ω g"d是电网频率。
[0029] 在图2的实施例中，如果以上不等式中的至少一个成立，那么就满足预定的第一 条件。如果以上不等式中的至少一个成立，那么模块b 16的输出为真，并且潜在的孤岛状态 存在。在潜在的孤岛状态中，模块bls为刺激系数k al分配值kalidui。如果以上不等式中没有 一个成立，则模块b16的输出为假，并且电网EN被允许保持正常运行状态。在正常运行状态 中，模块b 16为刺激系数k al分配值k aliM1。
[0030] 以上不等式中的每一个包括将绝对值与零比较。本领域的技术人员理解的是，在 一些实施例中将绝对值与大于零的有限值比较是有用的。在这样的实施例中，以上不等式 可以修改成以下形式：
[0033] 其中，Q1是第一有限值，并且α 2是第二有限值。用于使电网转变到潜在的孤岛 状态的预定的第一条件可以包括这些修改的不等式中的一个或两个。第一有限值Ct 1和第 二有限值α2的量值可以具有实施例专用的值。
[0034] 刺激系数Ical^cil是电源组件PSA的有功输出电流的函数。换言之，刺激系数k 取决于电源组件PSA的有功输出电流。在模块b17中计算刺激系数kaliM1。电源组件的有功 输出电流是电源组件PSA供给电网EN的有功输出电流。如果电源组件PSA从电网EN中取 得有功电流，那么有功输出电流带负号。
[0035] 这里，如果刺激系数是电源组件的有功功率的函数，那么刺激系数被认为是电源 组件的有功输出电流的函数。毕竟，电压通常是大致不变的，因此有功功率的变化实质上与 电源组件的有功输出电流的变化相关。所以，只有当刺激系数独立于电源组件的有功输出 电流时，刺激系数才不被认为是电源组件的有功输出电流的函数。
[0036] 如以下解释的那样，在模块b17中，刺激系数k aliM1被计算作为电源组件PSA的电 网频率有功电流的函数。在电网中仅有很少扰动的实施例中，可以使用电源组件的有 功输出电流的未滤波值。
[0037] 在实施例中，通过根据以下方程从第一常数kal，_stl中减去电源组件的电网频率 有功电流iPi u的绝对值，刺激系数k aliM1是可获得的。
[0038] kal，nol= kal, constl-|ip, J
[0039] 当使用标幺值系统时，第一常数kali_stl例如可以具有3的值。在标幺值系统中， 当电源组件PSA以其标称值将有功电流供应到电网EN中时，电源组件PSA的电网频率有功 电流具有Ipu(标幺值）的值。
[0040] 与在正常运行状态期间相比，刺激系数kal在潜在的孤岛状态期间具有更高的绝 对值。在实施例中，通过根据以下方程使第二常数k al_st2和刺激系数的先前值k al，p_相 加，刺激系数kai, dui是可获