适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法
【专利摘要】本发明公开了属于大规模新能源场站集中并网的防孤岛保护领域的适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法，其步骤为：1)实时检测PCC点断路器开关状态；2)若断开，执行3)，否则返回1)；3)进行延时，若在1秒的延时内开关保持断开状态，执行4)，否则返回1)；4)注入非特征谐波电流，开始计时，设为t；5)测量非特征谐波阻抗Z；6)如果Z大于Zset，判定为孤岛，执行8)；否则执行7)；7)若t大于等于1秒，执行8)；否则返回5)；8)停止注入非特征谐波电流。本方法只在出现孤岛时注入谐波，不影响DG系统并网运行时电能质量；不用逆变器进行注入，避免了注入谐波之间的相互干扰，从而避免误判和盲区。
【专利说明】适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大规模新能源集中并网的防孤岛保护领域，特别涉及一种适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法。
【背景技术】
[0002]孤岛是当分布式系统(DG系统)与主网断开后，分布式发电系统仍向所带的本地负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给自足的供电网络。孤岛分为计划性孤岛和非计划性孤岛，计划性孤岛是指在电网规划之初就已经预测到，并且已经为其安全稳定运行预先采取了相应措施的孤岛，非计划性孤岛是指在电网规划时未预料到的孤岛，当非计划孤岛发生时，会给电力系统的安全稳定运行带来一些严重的问题。孤岛检测的主要作用在于当分布式系统与主网脱离时，及时检测出孤岛状态，防止非计划孤岛运行。目前常用的孤岛检测方法可分为开关状态检测法、被动法、主动法三大类。开关状态检测法依靠通信方法，当分布式系统送出线与电网相连的公共I禹合点(Point of Common Coupling,PCC)的开关断开时，向分布式电源发出通信信号，分布式电源接收到信号后，退出运行，这种方法的优点是检测效率较高，但是缺点在于成本过高；被动法根据发生孤岛时DG系统内的电气量的变化进行孤岛检测，这类方法的优点在于正常运行时对于电网无影响，但是在功率近似匹配的时候无法有效检测出孤岛；主动法是指利用逆变器向系统注入扰动，测量PCC点所产生的变化，在DG系统并网运行时，注入扰动被电网所稀释，PCC点的电气量不受影响，孤岛运行时扰动在PCC点产生较大影响，根据这一差异，进行孤岛检测。主动法主要有主动频率偏移法(Active Frequency Drift, AFD),滑模频率偏移法(Slip-Mode FrequencyShift, SMS), Sandia 频率偏移法(Sandia Frequency Shift, SFS),有功 / 无功功率扰动法，这类方法的优点在于检测盲区较小，缺点在于正常运行时会对电能质量产生影响。
[0003]基于阻抗法的孤岛检测方法是一种常用的主动式孤岛检测法，阻抗法是根据孤岛发生前后PCC点的等值阻抗不同这一差异进行孤岛检测的。如图1(a)和1(b)所示分别为并网运行与发生孤岛时的系统等值图，在并网运行时，PCC点的等值阻抗为大电网的等值阻抗与DG系统的等值阻抗的并联值，发生孤岛后，PCC点的等值阻抗为DG的等值阻抗，由于大电网的等值阻抗较DG系统的等值阻抗小得多，因此在并网与孤岛两种状态下，PCC点的等值阻抗相差较大。阻抗法利用逆变器发出非特征谐波，然后测量PCC点的等值非特征谐波阻抗，根据等值非特征谐波阻抗是否超过预设阈值判断是否发生孤岛。相对于其它的主动法，阻抗法具有很多优点:其一，无论功率匹配与否，当孤岛发生的时候，PCC点的等值阻抗是一定会变的量，因此，就不会像SFS法和AFD法一样，当初始的频率变化为零的时候，会产生盲区；其二，SFS法和AFD法需要对扰动量进行控制，如果扰动量太小，可能无法使频率发生快速偏移，如果太大，又会在正常运行的情况下影响电能质量，而阻抗法不用考虑注入扰动量的问题，因为注入谐波电流的大小跟测量的谐波阻抗大小无关，只需注入能够准确测量的谐波电流即可；其三，孤岛发生后PCC点等值阻抗会瞬间产生变化，孤岛检测可以很快完成。[0004]阻抗法在应用于单台逆变器的时候具有良好的检测性能，但是当其应用于多台逆变器并联的时候，将会出现一些问题。第一，由于传统的阻抗法控制逆变器持续不断地向电网注入非特征谐波，在电网正常运行情况下会产生谐波污染，影响电能质量，当少量逆变器并联运行的时候，对于大电网来说，谐波污染可以忽略不计，但是当光伏发电的规模越来越大，大量逆变器并联运行，并且这些逆变器注入的谐波可以相互叠加的时候，会对大电网的电能质量产生影响;第二，由于非特征谐波电流是持续注入电网的，而研究显示电力系统中发生孤岛的时间是非常短的，这样就造成了浪费；第三，由于扰动需要通过逆变器注入，随着分布式发电规模的扩大，会有越来越多的逆变器并联运行，当这些逆变器并联运行的时候，它们所发出的谐波会互相干扰，可能会使谐波幅值增加，在这种情况下，将会出现误判，当谐波之间互相减损的时候，可能会使检测出现盲区。
[0005]多逆变器并联运行时的等值测量图如图2所示，对于第m台逆变器，当采用基于阻抗测量的孤岛检测方案的时候，其测量原理如式(I)所示:
【权利要求】
1.适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法，其特征在于，该孤岛检测方法的具体步骤为: 步骤一:实时检测公共耦合点PCC的断路器开关状态； 步骤二:如果断路器开关断开，执行步骤三；否则返回步骤一； 步骤三:进行I秒的延时，如果在I秒的延时内断路器开关保持断开状态，执行步骤四；否则，返回步骤一； 步骤四:开放谐波发生装置，向公共耦合点PCC处注入非特征谐波电流，开始计时，设时间为t; 步骤五:利用逆变器测量此时公共耦合点PCC处的非特征谐波阻抗Z ； 步骤六:如果非特征谐波阻抗Z大于阈值Zsrt，判定为孤岛，执行步骤八；否则执行步骤七； 步骤七:如果t大于等于I秒，执行步骤八；否则返回步骤五； 步骤八:闭锁谐波发生装置，停止注入非特征谐波电流。
2.根据权利要求1所述的适用于多逆变器并联运行的基于阻抗测量的孤岛检测方法，其特征在于，所述Zsrt = 1.5Zmax，其中，Zfflax为分布式系统并网运行时最大的等值谐波阻抗。
【文档编号】G01R31/00GK103983873SQ201410210384
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】温靖华, 罗美玲, 郑涛, 袁飞, 王燕萍, 王增平 申请人:国网宁夏电力公司, 华北电力大学