电力分配网络中孤岛化检测可靠性的改进的制作方法

电力分配网络中孤岛化检测可靠性的改进的制作方法
【专利摘要】一种用于检测电力分配网络中的孤岛化状况的设备。所述设备包括：用于同时监控所述电力分配网络中的孤岛化状况和网络事件状况的装置；用于检测功率系统网络中的孤岛化状况的装置；以及用于基于是否存在与所检测的孤岛化状况关联的网络事件而确定所述孤岛化状况的检测的有效性的装置。
【专利说明】电力分配网络中孤岛化检测可靠性的改进

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力分配网络中的孤岛化检测。

【背景技术】
[0002]连接至分配网络的分布式能源(DER)单元具有如下潜力:降低对分配和传输网络容量的要求、降低损失并且还增加对用户的电力供应的可靠性。而且，分布式发电(DG)的互联IED应该实现如下功能:支持未来分配网络的主动式管理并支持环境友好、能量高效以及可靠的电力分配系统(即，智能电网)的远景的实现。DG互联IED所需要的功能中的一个是可靠的孤岛化检测，也被称为解列(LOM)或反孤岛化保护。
[0003]为了孤岛化检测而提出的技术可总体上分为两类:基于通信的方法以及基于局部检测的方法。局部检测方法包括所谓的主动方法，其中，测量点向网络发送某些测试信号。在EP1764894中公开了这种方法的示例。局部检测方法还包括被动方法,其中，侧量点在网络中寻找瞬变事件。
[0004]基于通信的LOM保护的益处是在功率平衡情况附近不存在非检测区域(NDZ)以及不存在不想要的DG跳闸(S卩，由于其他网络事件引起的有害跳闸)。然而，基于通信的LOM检测需要高速操作。基于通信的远方跳闸LOM方案的主要挑战在于高速通信的可用性和成本以及网络拓扑结构变化的灵活性。然而，如果基于通信的方法不可用，或者通信失败或不足够高速，则在未来仍需要基于局部检测的可靠LOM方法，但其必须克服传统LOM方法的主要缺陷。
[0005]主动局部方法在某些情况下是有问题的，这是因为他们将干扰引入到分配网络中，当未来DG单元的数量增加时，这可变为严重的问题。
[0006]近年来，主要聚焦在基于通信的方法以及主动方法，并且由于相信被动方法不能实现在速度、可靠性以及避免不必要的跳闸判定方面的要求，所以已经减少了被动方法的研究。
[0007]被动方法基于局部监控一个或多个系统参数并且在不直接与网络交互的情况下做出跳闸判定。已知的被动LOM检测方法包括监控频率(f )、监控频率变化比(R0C0F/df/dt)、监控矢量移位(VS)、监控相位跃变或监控电压(U)。这些已知的现有方法的主要问题在于无法检测功率平衡附近的孤岛化以及DG的有害跳闸。
[0008]ROCOF是最普遍采用的被动LOM检测技术。然而，ROCOF继电器的安全性不断被怀疑，这是因为其对网络干扰敏感，从而导致有害跳闸。
[0009]借助于图5中的仿真结果突出了这种方法。X轴示出了以秒为单位的时间，并且y轴示出了频率参数的变化率。该轴还示出了一些网络事件。在时刻0.6-0.9s时刻,孤岛化状况发生并且在2.3s处，电容器切换在HV/MV变电站处发生。还示出了三个故障。在3.0-3.15s处存在另一馈线的I相接地故障，在3.9-4.05s处存在相同馈线的I相接地故障，并且在4.8-4.95s处存在另一馈线的3相接地故障。
[0010]如果假设阈值设定处于6Hz/s，则ROCOF将引起另外四个事件中的跳闸，但处于孤岛化事件中的所期望的事件不发生跳闸。
[0011]总体上，在基于ROCOF的保护中，必须在继电器的安全性与可靠性之间做出折衷。减小跳闸阈值可减小非检测区域，也就是说，检测到网络中的更多事件。但是，这个方法可能使继电器过于敏感，从而导致更多有害跳闸。然而，如图5所示，找到合适的阈值实际上是不可能的。
[0012]因为难以选择将在大多数情况中工作的单一准则，所以提出了一些多准则方法。在US2010/0286838中公开了一个多准则方法，其使用ROCOF和频率为参数。然而所提出的方法主要遭受与单一 ROCOF相同的缺陷，也就是说，难以找到阈值的正确设定以使得操作将足够敏感，但将避免有害跳闸。
[0013]因此，仍然需要不具有DG单元的有害跳闸以及NDZ的、基于局部测量的孤岛检测算法，并且需要对当前的被动方法的改进。


【发明内容】

[0014]本发明的目的在于提供一种电力分配网络设备和方法，从而减轻上述缺点。这个目的利用在独立权利要求中限定的发明实现。在从属权利要求中公开了一些实施例。
[0015]在本发明中，连同孤岛化检测一起，检查是否存在关联的干扰，诸如故障或事件。如果孤岛化状况和故障/事件状况这两者基本同时发生或在预定时间范围内发生，则认为存在这两个状况的关联性。在这种情况下，孤岛化状况的实现可能是故障状况，并且可能由网络故障/事件引起。
[0016]网络故障在这里指的是一相和两相接地故障、两相和三相短路故障。网络事件包括网络中的上级电压等级中(诸如在高压网络中)的电压下降情况，并且还包括引起电压短期变化的耦合操作。这种耦合操作包括例如在网络中的变电站或其他位置处的电容器的耦合、负载或变压器至网络的耦合、网络拓扑变化或馈线的重新配置。
[0017]在下文中，当讨论网络干扰而不是孤岛化/LOM时，两个术语“网络事件”和“网络故障”都被使用。然而，广义上讲，术语“网络事件”覆盖“网络事件”和“网络故障”两者。
[0018]当检测孤岛化状况或网络干扰的存在时，使用不同集合的准则。也即是说，形成检测基础的参数集合至少在某种程度上是相互不同的。
[0019]本发明的网络指的是中压或低压网络。
[0020]通过利用具有故障检测块的故障检测信息，可实质上改进孤岛化检测可靠性和解列(LOM)保护的选择性操作。故障检测可用于孤岛化检测以及任何被动孤岛化检测方法。这个被动孤岛化检测方法可单独用于LOM保护，或者用作所谓的混合方法的部分，该混合方法包括来自一些被动方法和主动方法的特征)。被动孤岛化检测方法可例如基于一个或多个以下参数的测量:
-频率或频率变化
-频率变化比(ROCOF / df/dt)或df/dt的变化
-矢量移位/矢量波动/相位跃变或矢量移位变化/矢量波动变化/相位跃变变化 -包括相对地和相间电压值的电压或电压变化 -电压变化比或电压变化比的变化 -有功功率或有功功率变化 -无功功率或无功功率变化 -有功功率变化比(dP/dt)或dP/dt的变化 -无功功率变化比(dQ/dt)或dQ/dt的变化
-频率变化与输出功率变化的比率(.f/.P)或频率变化与输出功率变化的比率(.f/.P)的变化
-功率因数(cos (phi))或功率因数变化 -阻抗或阻抗变化 -电压不平衡或电压不平衡的变化 -一个特定电压谐波或一个特殊电压谐波的变化 -一个特定电流谐波或一个特定电流谐波的变化
-多于一个电压谐波(电压总谐波失真，U_THD)或多于一个电压谐波(U_THD)中的变化 -多于一个电流谐波(电流总谐波失真，I_THD)或多于一个电流谐波(I_THD)中的变化 -局部延迟电压角度信号 -从df/dt的局部值计算的角度 -频率外推
-累计的相角漂移(PAD)
-基于小波变换的参数 -相变化比 -滑动变化比
通过使用与这些孤岛化检测参数相关的事件检测，可获得对孤岛化检测的实质改进，并且可避免与被动孤岛化方法关联的传统缺陷。
[0021]在一实施例中，可使用不对网络事件作出反应而仅对网络故障作出反应的被动孤岛化方法。在这个实施例中，仅需要监控真实故障情况。
[0022]当孤岛化状况的判定基于测量电压总谐波失真(THD)中的变化和电压不平衡的变化时，获得这些优点。
[0023]针对多个谐波分量(例如其可为15个)测量电压THD。分量的数量不限于15个，而可例如为10个、25个或30个。针对三相信号中的每相分量(a、b、c)确定THD。
[0024]使用电压THD的原因在于负载的数量和配置的变化可导致网络中不同的谐波电流，尤其当系统具有基于转换器的DG时。在本发明中，通过在形成孤岛之前和之后监控DG处的终端电压的电压总谐波失真(THD)的变化来检测孤岛化。该监控基于预定的阈值，也就是说，THD的变化用作判定准则。需要的是，可以在信号的全部相分量中看到该变化。
[0025]在判定作出中应用变化(Λ)参数是特别有利的。电压THD将具有如下缺点:由于其他网络事件和干扰而无法避免有害跳闸。也就是说，不能充分执行将提供满意性能的适当限制值的设定。
[0026]此外，在确定跳闸状况中应用多个谐波分量替代一个特定的谐波(比如例如第三谐波)是有利的。在具有不同数量的架空线和电缆或DG单元、并且基于不同种类的转换器和/或发电机的不同的电力分配网络中通过使用多个谐波分量，当与一个特定谐波的使用相比较时，可以确保正确的检测。
[0027]利用电压THD的原理在于，在一般操作中，分配网络充当刚性(低阻抗)电压源，从而在DG单元终端上维持低失真电压(THD ^ O)。当孤岛发生时，预期两种机制引起电压THD增加。第一，因为低阻抗分配网络断开并仅保留局部负载，所以在DG单元终端处的阻抗变化。因此，DG单元输出电流中的电流谐波将引起终端电压中电压谐波水平增加。第二，将通过DG单元的输出电流激励孤岛内的非线性负载(特别是分配降低变压器)。非线性负载对电流激励的电压响应可被高度地失真。
[0028]电压THD是非常敏感的准则，并因此将注意到许多网络干扰。可通过设定足够长的阈值限制来避免有害跳闸，从而使得不是由LOM状况引起的故障指示将能够消失。
[0029]使用电压THD的变化具有另一优点，在于:当局部负载与DG输出功率匹配时(也就是说，在负载平衡情况中)，其不具有NDZ。
[0030]电压THD是LOM检测中在电流THD之上的上级准则，因为在基于转换器的DG单元具有好滤波器的情况下，可存在针对电流THD的非检测区域。电流THD还取决于电流量值，并且当例如光伏板或风力涡轮机的产物快速变化时，电流THD也变化。所以为基于电流THD的LOM算法设定检测限制可能无法确保满意的选择性LOM检测。
[0031]本发明中检测LOM的另一准则是电压不平衡。由于分配网络总体上包括单相负载，所以很有可能的是，在孤岛化之后，由于网络状况的变化(即，从刚性转变至弱电网和)而将发生电压不平衡。
[0032]电压不平衡准则是有利的，这是因为其快速提供孤岛化情况的指示，但其不受许多网络干扰的影响。有利的是，还作为变化参数替代电压不平衡阈值来使用电压不平衡，因为在变化的网络结构中设定固定的阈值是困难的。
[0033]两个准则(全部相分量的电压THD和电压不平衡)彼此互补，这是因为他们两者都依赖于系统在从强电网变化至弱电网时的自然响应。例如在将电容器组合连接至HV/MV变电站的情况下或在其他MV馈线上非对称电压下降或非对称故障的情况下，通过确认另一参数的LOM检测并通过改进选择性，一起使用这些参数使得LOM检测更快速且更可靠。因此，将使功率平衡情况中的非检测区域最小化。
[0034]技术人员还未注意到电压THD的变化和电压不平衡的变化的组合使用是因为缺乏关于详细网络行为的知识和缺乏足够真实的仿真模型以及缺乏现场测量。在针对LOM检测做出的许多早前的建议中，已经做出了具有与网络类型、负载和DG单元有关的许多简化的更简化的模型或实验室设置，其并不足以响应现实。还通常的是，试图寻找用于LOM检测的仅一个单一参数。然而，在使有害跳闸的数量和非检测区域最小化方面，这个任务已经被证明是非常困难的。而且，近年来的趋势已经是研究更多通信以及主动或混合LOM方法，由此，关注点已从被动方法移开。
[0035]本发明连同被动/混合孤岛化检测一起使用对网络事件的事件检测，孤岛化检测的性能可被显著改进，这是因为可以避免几个所指示的解列情况。利用传统的被动孤岛化方法(诸如例如R0C0F)获得特别的优点，由于跳闸阈值设定方面的问题，被动孤岛化方法被证明难以使用。通过本发明，可以验证由孤岛化方法给出的孤岛化指示。

【专利附图】

【附图说明】
[0036]在下文中，将参考附图借助于一些实施例而更详细地描述本发明，附图中图1示出了电力分配网络的实施例； 图2示出了方法的实施例；
图3示出了方法的另一实施例；
图4示出了电力分配网络设备的实施例；
图5示出了当使用ROCOF时的仿真结果；以及图6示出了使用电压不平衡的仿真结果；
图7A示出了电压总谐波失真的第一相的仿真结果；
图7B示出了电压总谐波失真的第二相的仿真结果；以及图7C示出了电压总谐波失真的第三相的仿真结果。

【具体实施方式】
[0037]图1示出了(在高层级上)其中可应用本发明的网络拓扑结构的一个实施例。在随后的图中所讨论的仿真结果基于图1中的拓扑结构。
[0038]在图1中，馈线网络100图示了高压/中压(HV/MV)变电站，该高压/中压变电站例如具有三个外出中压线120、122、124，每个外出中压线均被提供有对应的断路器。在下文中更详细地讨论沿着第二线122的网络元件。
[0039]图1示出了连接至MV网络的三个分布式发电机DGl、DG2、DG3。DG单元(B卩，发电机)可为直接连接的同步发电机(DGl) 102、直接连接的感应发电机(DG2) 104或功率转换器接口 DG 单元(DG3) 106。
[0040]该网络包括在网络中检测各种事件的LOM检测单元108，在仿真图中也示出了该各种事件。一个这种事件为第二 MV馈线122的断路器开路，其导致检测LOM单元中的解列状况。其他事件是第二馈线或相邻馈线(即第一馈线120或第三馈线124)中的I相接地故障、2相接地故障或3相接地故障。另外的仿真网络事件包括在第二馈线的起始处负载的突然增加、在来自DG的馈线附近的突然负载增加、在HV/MV变电站处的电容器切换、在HV/MV变电站处的并联电压器的断开以及HV网络中的突然电压降。
[0041]由方块10描绘网络中的负载。
[0042]图2示出了方法的一个实施例。该方法可在包括一个或多个分布式发电机的功率网络中实施。具体地，该方法可在保护继电器或某种其他保护性网络元件中实施或者在DG单元功率转换器内部实施。
[0043]在200中，测量网络信号。
[0044]在202中，根据测量信号确定电压总谐波失真的变化。优选地，针对信号的每个相(a、b、c)确定电压总谐波失真中的变化。可以存在被考虑的预定数量的谐波分量。在这个示例中，针对每个相分量(U_THD15_a, U_THD15_b, U_THD15_c )的15个谐波分量被用于计算，但可选择一些其他数量的谐波，诸如10个、25个或30个。
[0045]针对全部相对地电压(U_a，U_b, U_c)的AU_THD的相对变化的确定可被计算如下。任务时间可为2.5ms并且可使用超过1ms的移动平均数。
[0046]例如，可以执行谐波含量的与30ms在先测量值的比较。在时刻“0”，与在时刻“-30ms”处的值进行比较，也就是说，UjHDis-BjrujHDlSj^trUjHDlSjjc1 与 30ms 早前的测量值 U_THD15_a_t_3(l、U_THD15_b_t_3(l、U_THD15_c_t_30 进行比较。每 1ms 执行一次这种比较，以计算相对变化Δ U_THD15a、A U_THD15b、A U_THD15c。
[0047]在206中，变化值与相应的阈值进行比较。阈值设定可例如为百分比。也就是说，阈值设定可为2%，由此，如果以30ms的间隔测量的各个值之间的变化大于或等于2%，则给出基于当前准则的跳闸指示。
[0048]针对不同相分量的阈值可以是相同的。当所有相分量的比较都超过阈值时，如果步骤204中的电压不平衡计算也超过其中的阈值，则该方法继续到步骤210。
[0049]在步骤204中，确定电压不平衡变化参数。因此，进行当前值与早前值(诸如30ms之前测量的值)的比较，并且如果变化率超过阈值，则给出触发。该比较可为百分比比较，或者两个测量时刻的绝对值可彼此进行比较。204中的电压不平衡确定可与谐波计算202同时实施。可替换地，这些计算可彼此依赖。在这种情况下，仅当指示器中的一个超过设定阈值时，计算另一个参数。
[0050]当206的谐波比较和208的电压不平衡比较两者都指示超过其阈值时，该方法继续至210，其中，开始计时器。计时器的目的是确保网络中不期望的状况持续足够的时间段。例如，设定的时间段可为80ms。这是确保参数不会给出故障指示的足够时间段。这两个参数可给出各个网络干扰中的短峰值，但该峰值可利用足够的计时器被过滤掉。虽然这里建议的计时器值是大约80ms，但是各实施例不限制于此。计时器值可从40至120ms的范围内选择，以提供期望的优点。
[0051]在图2中，如果计时器期满且对于整个时间段而言两个参数已经超过其相应的阈值，该方法继续到214，其中，确认LOM已发生。如果在计时器时段期间一个或两个参数变为低于其阈值，则该方法可被重置并重新开始。
[0052]尽管图2公开了使用THD的变化和电压不平衡的变化作为孤岛化检测参数，但是可以通过使用一个或多个其它被动孤岛化检测准则来实施孤岛化检测。
[0053]解列指示可导致采取不同的动作。在实施例中，分布式发电机从馈线网络切断。在另一实施例中，允许分布式发电机向干线网络持续功率馈送。在图3中讨论了这些不同的动作。
[0054]图3示出了一方法的实施例，其中，在保护性网络元件(诸如，保护性继电器)中实施两个单独的功能。该网络元件包括用于监控解列状况的单独功能以及用于监控故障检测情况的功能，以进一步使由于故障引起的DG单元LOM检测的有害跳闸的数量最小化。
[0055]在300中，测量电力分配网络信号。
[0056]在302中，测量解列状况。例如，可使用图2的方法实施解列状况的检测。
[0057]在304中，其提供故障和事件检测功能。故障检测可基于相接地电压或基于相间欠压检测。用于故障检测的其他可能性包括来自其他保护功能(诸如，剩余/零电压、Δ U_0或U_0、不同的接地故障以及过流功能或不同电压功能(诸如，欠压))的信号/信息。
[0058]在该方法中，评估检测到的孤岛化状况是否与网络故障状况关联并由网络故障状况引起，由此，该孤岛化状况的检测将是故障检测。
[0059]某种网络故障情况可引起孤岛化检测参数满足其触发条件，并且在这个方法中，这些情况优选地被过滤掉诸如以进一步改进孤岛化检测功能的性能。
[0060]在实施例中，通过评估两个事件是否在时间上彼此接近地发生来确定这两个事件之间的关联、孤岛化状况的检测以及网络故障状况。
[0061]在实施例中，每个功能具有相应的计时器。如果检测到解列，则如通过步骤306所指示的那样开始计时器_1。如果检测到另一网络故障，则如通过步骤308所指示的那样开始计时器_2。
[0062]在310中，检查计时器中的哪一个首先开始。例如，需要计时器_2比计时器_1大多于预定阈值，诸如例如50ms。这个步骤的目的是找出网络故障/事件是否与解列检测有关。如果在解列检测之前例如80ms (大于阈值50ms)已发生故障,贝U这指示在故障之后已经存在孤岛化。这意味着在相同的馈线中已经发生故障，该馈线通过馈线断路器的操作而被孤岛化。如果在孤岛化之前检测到这个故障，则这意味着该孤岛是故障。在这种情况下，该方法继续到步骤312，以引起立即操作/触发，也就是说，把孤岛与其余网络断开。
[0063]在另一方面，如果步骤310指示例如，在LOM检测的阈值50ms之前已经发生故障，贝U该功能得出这样的结论:该故障引起错误LOM检测，并且避免由于错误LOM检测而引起的有害跳闸，该方法继续到步骤314，其中，功能被重置并且重新开始解列状况和故障状况的评估。
[0064]除了图3的使用之外，还存在其他使用情况。在一个这种情况中，如果解列功能指示存在解列状况，但根据故障检测功能不存在故障，则可推断该问题是健康孤岛。可存在单独的功能用于确定在这种情况下做什么。如果在网络中甚至不能允许健康孤岛，则该孤岛与其余网络断开。另外，可允许健康孤岛将持续向网络馈送功率。
[0065]当检测到解列时，可提供功能用于确定解列状况何时被移除。在实施例中，解列状况的移除基本以相反的方式利用与解列检测中类似的参数。可监控电压不平衡参数和电压总谐波失真参数是否快速下降，以及这种下降是否持续预定的时间，从而推断解列状况已移除。
[0066]图4示出了网络设备400的一个实施例。单元402至412涉及孤岛化检测或解列状况检测，单元420至426涉及解列之外的故障和事件检测状况，单元430至432涉及基于解列检测及事件检测的判定做出功能，并且单元440和442描绘了设备的通用部分。该设备可以是保护性继电器或电力分配网络的某种其他保护性设备。
[0067]该设备经由输入/输出单元442输入网络信号。单元402从输入信号测量输入信号中的第一相分量(a)的15个谐波分量的电压总谐波失真的变化，并将测量结果与预定触发条件进行比较。触发条件可包括阈值设定值，也就是说，如果电压THD变化超过预定值，则认为满足触发条件。
[0068]单兀404和406对于其它两个相分量(b)和(C)执行相同的功能。单兀408测量电压不平衡变化参数，该电压不平衡变化参数是与一个或多个在先测量值相比较的变化值。如图所示，在这些方框之间存在AND-条件，也就是说，方框402至408中的每个均要指示解列，否则不给出解列检测的指示。
[0069]如果全部方框402至408都指示检测到解列，则开始计时器412。LOM协调单元410然后观察计时器的期满，并且各个测量参数402至408保持在其相应的阈值之上。最后，如果情况是这样，则给出解列指示。解列指示可被引导到解列验证单元430，或者该指示可提供给输出单元442，以使DG单元从干线网络断开。
[0070]注意到，该实施例还可以在不具有计时器的情况下起作用，以使得当所测量的参数超过其阈值限制时，立即给出解列指示。不同的参数具有不同的计时器也是可能的。例如，总谐波失真、电压不平衡、频率变化和矢量偏移中的每一个均可具有自己的计时器。
[0071]除了孤岛化状况/解列之外，在电力分配网络中还可发生其他故障。这些故障由单元420至426监控。在图4中的实施例中，如果方框420 (接地故障指示)或422 (各相之一的电压降)之一给出故障指示，则给出故障指示。当方框420或422中的至少一个给出这种指示时，故障检测协调单元424开始计时器426。故障检测协调单元426监控计时器的期满以及在420、422中测量的参数是否保持在其相应的阈值水平之上。作为输出，方框424给出网络故障的指示或者不指示故障。
[0072]其还提供了一组方框430至434，其基于最终解列和/或故障检测状况而做出判定。解列验证单元430接收来自解列和故障检测协调单元410、424的输入，并监控来自这两者的故障指示是否为基本同时的。这个目的在于过滤掉来自解列检测的其他网络故障的效应。
[0073]在一实施例中，单元430对在方框412和426中运行的计时器进行比较，并给出基于该比较的输出。例如，如果在孤岛化状况之前很久检测到网络故障，则可推断，网络孤岛是故障孤岛并需要立即断开。
[0074]另外，如果注意到计时器_2比计时器_1大小于50ms，则可推断，由方框402至408给出的解列指示可能是不正确的。在这种情况下，解列指示(也就是说，超过阈值(THD、VU))可例如由于网络故障(诸如相邻的馈线上的故障)而发生。
[0075]单元430还可监控在实现LOM状况之前已经移除网络故障大于预定时间段(例如50ms)。这是由于如下情况:当相邻的馈线例如由于3相故障而断开时，这可引起暂时超过LOM准则。以这种方式，可避免例如给出错误的“健康孤岛”指示，这归因于其他馈线上的故障消除，也就是说，当不存在网络故障但存在短瞬间的LOM状况时。另外，其他馈线上的故障消除能够有可能导致有害跳闸，特别是在需要或优选非常快的LOM检测(例如小于10ms的LOM检测)的情况下。
[0076]故障检测功能连同LOM功能的实施方式提供重要优点，在于:可进一步改进LOM功能的性能并且进一步确保选择性操作以及避免有害跳闸。也就是说，可避免实际上不表示LOM状况的一些LOM指示。
[0077]在图4中，单元440描绘设备的通用控制器单元。例如，该控制器单元可被实施在设备的处理器上。
[0078]在下面的图5至图7中，讨论了一些仿真结果。在X轴上示出的时间标度与图中的事件是相同的。该仿真网络在粗糙水平上是在图1中呈现的那个。
[0079]图5至图7中的仿真序列如下:
-(0.6-0.9s)处的孤岛化处于几乎完美的功率平衡(在MV馈线的开始处进入的Λ P和Λ Q为零，即，从公用电网至MV馈线的功率流几乎为零)
-不应该导致LOM检测的跳闸(S卩，有害跳闸)判定的事件或干扰:
1.在馈线的开始处突然负载增加，被动平衡负载(1.4s)
?.在MV馈线DG单元的PCC附近突加负载增加，被动平衡负载(1.6s)
ii1.在HV/MV变电站处的有载分接变换器的操作，(1.8s)
iv.在HV/MV变电站处的电容器切换，0.4MVAr (2.3s)
v.在HV/MV变电站处并联变压器的断开(2.6s)
v1.在邻近的MV馈线的末端处的I相接地(A-G)故障150ms(故障电阻Rf=750欧姆)(3.0-3.15s)
vi1.在邻近的MV馈线的开始处的I相接地(B-G)故障150ms(故障电阻Rf=10欧姆)(3.45-3.6s)
vii1.在相同MV馈线的中间的I相接地(A-G)故障150ms(故障电阻Rf=100欧姆)(3.9-4.05s)
ix.在邻近的MV馈线的中间的2相(A-B)故障150ms(故障电阻Rf=5欧姆)(4.35-4.5s)
x.在邻近的MV馈线的开始处的3相(A-B-C)故障150ms(故障电阻Rf=I欧姆)(4.8-4.95s)
x1.在HV网络中3相30%电压下降。
[0080]图5图示了检测布置的结果，其中，测量基于使用频率变化比(ROCOF)的频率。
[0081]当使用ROCOF检测孤岛化状况时，在发生在0.6至0.9秒的几乎完美的功率平衡情况中，注意到，在水平相当大的下降之后的地方，该方法产生第一峰值。时间段0.7至0.9是有问题的，因为该方法应该仍然把这个水平的信号看作实现孤岛化状况。因此，阈值水平应该设定得足够低。
[0082]其他所指示的网络事件也产生高峰值，诸如在邻近馈线上的故障和故障消除。因此，尤其当需要高速LOM检测时，有害跳闸是非常有可能的。如图5所示，为基于ROCOF的LOM检测找到适当的阈值实际上是不可能的。
[0083]然而，当网络事件监控与检测关联时，基于ROCOF的孤岛检测的性能可被显著改进。通过提供网络事件监控，可以避免错误孤岛化指示。可以监视事件监控是否检测到网络事件，该网络事件时间上足够接近孤岛化检测。如果存在这样的事件，可以推断孤岛化指示可能是故障指示，其将被验证。由此可以重新开始孤岛化状况的测量。如果孤岛化状况重复，并且故障状况已移除，则孤岛化检测被接受。
[0084]在图6中呈现了仿真序列期间的电压不平衡(VU)或VU值的变化。从图6可看到，电压不平衡自己不是针对孤岛检测的完全足够的准则，这是因为例如邻近馈线处的2相故障将导致不想要的DG单元跳闸。
[0085]在图7A至图7C中，示出了电压THD (%)值，其包括在仿真序列期间来自相A、B和C的高达第15次谐波的谐波。可看到，如果来自全部相电压A、B和C的多个谐波中的变化单独用于高速孤岛化检测，则存在如下风险:例如在HV/MV变电站处的电容器切换(2.3s)或邻近馈线上的故障消除可能引起有害跳闸。只要来自一个相电压的多个谐波将用于LOM检测，有害跳闸的数量就将被甚至进一步增加。因此，优选的是，利用来自全部相电压的多个谐波作为LOM检测的部分。
[0086]由于上文提及的原因，来自全部相的电压THD值中的变化参数与用于LOM检测的电压不平衡的变化参数一起使用极大地改进了选择性并减少了 LOM检测的有害跳闸。
[0087]通过利用故障检测信息，可甚至进一步确保和改进LOM算法的选择性操作。在邻近的MV馈线中间的150ms 2相(A-B)故障(故障电阻Rf=5欧姆)(4.35_4.5s)的情况中，可通过应用基于相接地或相间电压欠压(例如0.95pu)准则中的一个的故障检测来防止LOM检测，如由图6和图7图示的。可用于防止LOM检测的其他可能性在剩余的健康相(C)中的电压THD (当与两个故障相B和C相比时(见图7A至7C))或者LOM检测防止(当超过电压不平衡上限(例如10%)时)之间是不同的。
[0088]另一方面，为了例如在其他馈线(4.8-4.95s)上的3相故障消除之后避免错误的“健康孤岛检测”，当需要高速LOM检测时，在用于LOM检测的计时器_1的开始时间I之前故障检测状态可以是“无故障”达例如50ms。根据示例性实施例(诸如图4)，保护继电器可包括处理器，该处理器可为配置成执行明确地记录在非暂时性计算机可读记录介质(例如，ROM、硬盘驱动器、光学存储器或闪存)上的计算机程序的通用处理器。在这种情况下，通用处理器可被配置成通过执行记录在非暂时性计算机可读记录介质上的计算机程序而实施本文描述的操作功能。根据示例性实施例，处理器可为专用处理器，其被特别地配置成实施本文描述的操作功能。非暂时性计算机可读记录介质可为驻留在保护性继电器中和/或与保护性继电器以通信方式连接的存储器。
[0089]对于本领域的技术人员将显而易见的是，随着技术进步，本发明原理可以按各种方式实施。本发明及其实施例不限于上文描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。
【权利要求】
1.一种用于检测电力分配网络中的孤岛化状况的设备，其特征在于，所述设备包括: 用于同时监控所述电力分配网络中的孤岛化状况和网络事件状况的装置； 用于检测功率系统网络中的孤岛化状况的装置；以及 用于基于是否存在与所检测的孤岛化状况关联的网络事件而确定所述孤岛化状况的检测的有效性的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于如果不存在关联的网络事件则给出孤岛化指示的装置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于如果不存在关联的网络事件则将所述孤岛化状况的检测接受为有效检测的装置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于如果存在关联的网络事件则重新开始所述孤岛化状况的检测的装置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于如果在预定时间范围内检测到所述孤岛化状况和所述网络事件状况这两者则推断所述孤岛化检测与网络事件关联的装置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于监控所检测的孤岛化状况的消失的装置，与所述孤岛化状况的检测相比，监控所检测的孤岛化状况消失使用基本上相反的准则。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括:用于基于电压不平衡参数和一个或多个电压总谐波阈值参数监控所述孤岛化状况的装置。
8.—种检测电力分配网络中的孤岛状况的方法，其特征在于: 同时监控所述电力分配网络中的孤岛化状况和网络事件状况； 检测功率系统网络中的孤岛化状况；以及 基于是否存在与所检测的孤岛化状况关联的网络事件而确定是否给出所述孤岛化状况的指示。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，如果不存在关联的网络事件则给出孤岛化指示。
10.根据前述权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，如果存在关联的网络事件则重新评估所述孤岛化状况的检测。
11.根据前述权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，如果存在关联的网络事件则重新开始所述孤岛化状况的检测。
12.根据前述权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，如果在预定时间范围内检测到所述孤岛状况和所述网络事件状况这两者，则推断所述孤岛化检测与网络事件关联。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，监控所检测的孤岛化状况的消失，与所述孤岛化状况的检测相比，监控所检测的孤岛化状况消失使用基本上相反的准则。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于电压不平衡参数和一个或多个电压总谐波阈值参数而监控所述孤岛化状况。
15.一种计算机程序产品，被配置成当在计算机上运行时执行根据前述权利要求8至14中任一项所述的方法。
【文档编号】H02J3/38GK104335441SQ201380027868
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】H.拉亚克索恩 申请人:Abb 技术有限公司