适用于多机集群的外部集中扰动式阻抗测量孤岛检测法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统分析技术领域，特别是涉及一种适用于多机集群的外部集中 扰动式阻抗测量孤岛检测法。
【背景技术】
[0002] 能源高效利用的需求与电力电子技术的发展促使大量的光伏和风电等新能源分 布式电源并网，对就近负荷供电。分布式电源（DistributedGenerator，DG)入网后，由于 主网故障以及开关误动作等造成DG与就近负荷的非计划性孤岛运行，会危及电网线路维 护人员和用户的生命安全；影响孤岛系统内设备正常运行以及重合闸动作。所以分布式并 网发电系统须具备孤岛检测能力。
[0003] 孤岛检测方法根据是否依赖通信分为远程方法与本地方法。其中本地方法根据工 作原理又分为主动式与被动式：被动检测法分析孤岛后由于DG出力与就近负荷不匹配造 成保护安装处的电气量变化，有过/欠电压、过/欠频率检测法、相位跳变检测法、电压谐波 检测法等，这类方法实现简单，但在分布式电源出力与就近负荷近似匹配时存在检测盲区； 主动检测法通常利用逆变器向系统注入扰动，测量系统孤岛前后响应变化，有阻抗测量法、 频率偏移法、Sandia频率偏移法和滑模频率偏移法等，主动检测法能减小或消除检测盲区， 但会影响系统电能质量甚至造成故障范围扩大。
[0004] 传统的基于单机逆变器机端扰动的阻抗测量法孤岛检测，依据PCC注入处孤岛前 后系统阻抗变化判别孤岛运行状态。在含有分布式电源的系统中，由于容量差别，主电网的 等效阻抗通常比负荷的等效阻抗小得多，使得孤岛状态前后在PCC点测得的系统阻抗将发 生显著变化，便于准确识别。然而这类方法无法用于多机时存在的扰动相互影响问题，也因 其依赖于逆变器扰动控制从而受限于电源类型。
[0005] 目前经逆变器入网分布式电源孤岛检测的主要研究方向是主动式检测法，以减小 或消除检测盲区。然而，随着系统向多逆变器、多电源类型并网发展，主动法扰动信号能被 放大破坏系统稳定和电能质量，也能相互抵消导致孤岛检测失败，存在多机间扰动相互干 扰现象，其孤岛检测有效性面临新的挑战，因此需要研究适用于多类型电源、多台并网逆变 器集群系统的孤岛检测技术。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于外部集中扰动方 式的阻抗测量孤岛检测法，利用孤岛前后系统公共耦合点（PCC)处测量阻抗特征的差异， 采用了含丰富连续频率成分的暂态量短脉冲小电流扰动、间歇性过零点注入控制、宽频域 高频电抗计算方法，避免了多机扰动信号相互干扰而失效，提高了检测灵敏度和检测精度， 并降低了主动法对系统电能质量的影响。在系统PCC处装设独立的集中扰动发生装置、本 地监测和注入控制系统、电压电流数据采集装置及相应的数据处理计算系统，并由此测算 系统测量阻抗特征量并检测判断孤岛运行状态。
[0007] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下：
[0008] -种适用于多机集群的外部集中扰动式阻抗测量孤岛检测法，其特征在于，所述 方法包括以下步骤：
[0009] 步骤一：利用独立外部集中扰动发生装置，生成扰动电流信号iIn];
[0010] 步骤二：监测系统公共耦合点处电压uPrc，进行间歇性过零点注入控制，在注入过 程中同时测量并采集系统公共耦合点处电压扰动电流信号iIn]的数据；
[0011] 步骤三：将采集到的系统公共耦合点处电压1^和扰动电流信号iIn]经过数据处 理后进行测量阻抗特征量计算；
[0012] 步骤四：根据特征量变化判别孤岛状态；
[0013] 所述步骤A中的扰动发生装置是独立于系统的唯一的扰动发生源，扰动的生成和 注入不依赖于逆变器，装置出口端接于系统公共耦合点处。
[0014] 所述步骤一中的扰动发生装置由一个耦合电感L。和一个并网控制开关串联后接 入单相全桥逆变电路的并联电路间，负载侧连接一个直流电压源组成；耦合电感L。的取值 由直流电压VAIE的大小和所需扰动电流信号iIn]的大小决定，并网控制开关控制扰动发生 装置与系统的通断，单项全桥逆变电路采用全控型器件IGBT。
[0015] 所述步骤一中的扰动电流信号iIn]为含丰富连续频率成分的短脉冲三角电流波， 其为通过控制扰动发生装置中的桥臂中IGBT的通断，产生的阶跃电压波形经耦合电感L。 后形成的脉冲三角电流波；通过控制扰动发生装置中的桥臂中IGBT的通断组合能控制扰 动电流信号iInj的脉冲宽度，通过控制直流电压VAIE和耦合电感L。的取值能控制扰动电流 信号iInj的峰值大小。
[0016] 所述步骤二中的间歇性过零点注入控制，其方法为：通过监测系统公共耦合点处 电压uPrc的过零点，在u^的过零点处闭合并网控制开关，控制桥臂中IGBT的通断来生成 并注入扰动电流信号iIn]，扰动电流信号W主入结束后，断开并网开关；在注入扰动电流 信号^的过程中，系统公共耦合点处电压ura的过零点监测闭锁，避开因注入引起的系统 公共耦合点处电压的变化，注入结束后闭锁解除；根据电能质量和检测速动性要求，灵 活选择在每个或相邻几个过零点处向系统注入扰动电流信号iIn_];在注入扰动电流信号iIn] 的过程中同时测量采集系统公共耦合点处电压uPrc和扰动电流信号iIn]的数据；通过在系 统公共耦合点电压过零点处的时段注入扰动电流信号，使采集到的系统公共耦合点处 电压ura中原系统电压成分最小化，而有效成分即扰动的电压响应成分最大化，以提高信噪 比和阻抗计算精度，同时减小所需的扰动注入量级；扰动发生装置的直流电压VAIE高于并 网控制开关闭合期间的系统公共耦合点处电压的最高值。
[0017] 所述步骤三中测量阻抗特征量的计算方法为将高频电抗X作为判断孤岛的特征 量，利用ΔΧ=ω·AL中高频ω放大孤岛前后的特征量差异，高频下容抗被极大弱化，使 得；T= 4Υ=从=2;r/，/，其中ΔX为高频电抗的变化量，ΔL为系统等值电感 rot 的变化量，f为频率，L为系统等值电感，C为电容，从而在高频段范围内实现良好频域电抗 线性关系，在此基础上，取该高频段线性部分的数据，进行宽频域等值电抗计算，然后并非 直接取某单频点计算，而是归算至某频点下，将该频域内所有频点的计算结果取平均值作 为测量阻抗特征量。
[0018] 所述步骤四中根据特征量变化判别孤岛状态的方法为将高频电抗X作为孤岛判 别特征量，设置特征量阈值和时限，当在线计算特征量的值高于所设特征量阈值，并在所设 时限内连续高于阈值，则判定为孤岛运行状态。
[0019] 通过采用本发明的适用于多机集群的外部集中扰动式阻抗测量孤岛检测法，能够 获得有益效果如下：
[0020] (1)系统只存在一个扰动源，避免了多扰动信号相互影响问题，适用于含多逆变器 分布式电源系统；
[0021] (2)因采用了独立注入装置，该方法中扰动信号产生不依赖逆变器，不受电源类型 局限，也适用于不含逆变器的电源；
[0022] (3)通过注入控制，提高了阻抗测算准确度，并降低了主动法对系统扰动，保证了 良好的电能质量，同时降低了对注入装置直流电压等级的要求，保证了实用性；