储能变流器孤岛检测方法、保护方法及相关装置与流程

本技术属于孤岛检测，具体涉及一种储能变流器孤岛检测方法、保护方法及相关装置。

背景技术：

1、在储能系统中，交流侧通过储能变流器与电网、本地负载侧相连。当电网发生故障，或者人为原因导致储能变流器脱网，在一些工况下，储能变流器会与本地负载发生孤岛效应。孤岛效应会导致用电设备损坏，电网恢复合闸失败，危害电网维护人员人身安全等。因此，针对孤岛效应对应提出了一些应对措施，例如，一些标准中提出了储能变流器应在脱网后2s内提供保护。

2、现有的孤岛检测方法主要包括被动检测和主动检测：被动检测包括过/欠压检测法、过/欠频检测法、电压谐波检测法和电压相位突变检测法，优点是简单快速，不会对电网产生影响；缺点是不能覆盖全部工况，存在较大的非检测区域。主动检测包括频率偏移检测法、滑膜频漂检测法、周期电流干扰检测法，以及有功/无功扰动检测法。其中，频率偏移检测法、滑膜频漂检测法、周期电流干扰检测法都是不断向储能变流器的输出上增加扰动，会降低电网质量，且随着负载品质因数增加，孤岛检测失败的可能性变大。且有功扰动检测法会影响设备效率，一般不被采用。因此，主动检测中大多采用的是无功扰动检测法。但是，传统的无功扰动检测法中，需要连续的对电网增加较大的无功量，影响电网质量；一些改进算法里面也难以准确的判断出频率扰动的方向，增加了判断时间，并降低了判断的准确度。

3、基于上述问题，已有一些研究提出了无功扰动检测法的改进方法，例如：公开号为cn102185291a的中国发明专利公开了一种孤岛检测方法和孤岛检测系统，其中提出了通过判断正常工作状态频率大小，确定扰动方向，若频率小于50hz则为负向扰动，若频率大于50hz，则为正向扰动。在扰动过程中记录频率变化值，若变化值大于阈值，则进行相反方向扰动，接着判断该方向下的频率变化值，若变化值依然大于阈值，则认为孤岛效应已发生；若第一次扰动中或者第二次扰动中频率变化值不大于阈值，则认为孤岛效应没有发生，回到正常工作状态，等待下次检测。但是，为了不影响电网质量，大部分通过无功扰动后与50hz的频率差确定扰动方向，导致适应的电网范围频率过窄，仅在波动±0.5hz的电网中有效，不符合实际情况，在电网频率波动较大的区域容易误检测。公开号为cn103606907a的中国发明专利申请公开了一种防孤岛检测方法，提出通过给设备输出注入无功，检测任意两相之间的相位差是否超出阈值，来判断是否发生孤岛。但是该方法的注入无功较大，会影响电网质量。周林等人在《太阳能学报》上发表的“一种新型的无功功率扰动孤岛检测方法”中，提出了周期性双向无功扰动的方法，就是周期性的不扰动、正向扰动、负向扰动，当孤岛发生后，扰动量转换判据，根据本地负载性质，实现单向大扰动，使电网频率保护，故而实现孤岛保护。但是，当电网本身频率在50hz以下，负载谐振点在50hz以上时，若以谐振频率与基频差作为扰动方向，在孤岛时很难将频率扰动出频率范围，反之亦然。

技术实现思路

1、本技术针对采用无功扰动检测法检测孤岛效应时，会影响电网质量，以及难以准确判断出频率扰动的方向，增加了判断时间，降低了判断准确度的技术问题，提供一种储能变流器孤岛检测方法、保护方法及相关装置。

2、为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本技术提出一种储能变流器孤岛检测方法，包括：

4、s1，按照停止扰动、感性扰动和容性扰动的顺序，对电网进行周期性无功扰动，分别记作停止态、感性扰动态和容性扰动态，且停止态、感性扰动态和容性扰动态的持续时间相同，均为t；

5、s2，在感性扰动态和容性扰动态下，判断靠近或靠近，若靠近，则执行步骤s3和步骤s4，若靠近，则执行步骤s5；其中，为间隔时间t内电网频率的平均值，为储能变流器的输出频率上限，为储能变流器的输出频率下限；

6、s3，判断储能变流器的感性扰动输出频率变化量是否大于预设阈值，若是，则未发生孤岛效应，并跳转至停止态；否则，执行步骤s4；

7、s4，判断是否为首次检测到孤岛效应，若是，则跳转至停止态；否则，根据储能变流器的扰动输出频率变化量判断孤岛发生方向，若扰动方向为感性，则检测到一次孤岛效应，否则，孤岛效应发生方向为非感性，执行步骤s5；

8、s5，判断储能变流器的感性扰动输出频率变化量和容性扰动输出频率变化量是否均大于预设阈值，若是，则未发生孤岛效应，并跳转至停止态；否则，在容性扰动态下发生孤岛效应，并判断是否为首次检测到孤岛效应，若是，则跳转至停止态，否则，根据储能变流器的输出频率变化量判断孤岛发生方向。

9、进一步地，所述感性扰动态下，对电网进行周期性无功扰动时，向电网注入的无功扰动量，包括：

10、

11、所述容性扰动态下，对电网进行周期性无功扰动时，向电网注入的无功扰动量，包括：

12、

13、其中，为扰动系数，为储能变流器输出功率；

14、所述感性扰动态下和所述容性扰动态下，均不为零。

15、进一步地，步骤s2中，所述间隔时间t内电网频率的平均值，包括：

16、

17、

18、

19、其中，为间隔时间t内电网频率的累计值，为计算的周期时间。

20、进一步地，步骤s3中，所述感性扰动输出频率变化量，包括：

21、

22、其中，为感性扰动态下电网频率的平均值；

23、步骤s5中，所述容性扰动输出频率变化量，包括：

24、

25、其中，为容性扰动态下电网频率的平均值。

26、进一步地，步骤s3中，所述并跳转至停止态之前，还包括：

27、使扰动系数等于；其中，为让谐振频率发生0.2hz偏移的无功扰动量的扰动系数；

28、步骤s4中，所述则跳转至停止态之前，还包括：

29、使扰动系数等于，并使用于表征是否为首次检测到孤岛效应的首次扰动标志等于1；

30、步骤s4中，所述执行步骤s5之前，还包括：

31、使扰动系数等于。

32、进一步地，步骤s5中，所述若是，则未发生孤岛效应，并跳转至停止态中，所述并跳转至停止态之前，还包括：

33、使扰动系数等于；

34、所述并判断是否为首次检测到孤岛效应，若是，则跳转至停止态中，所述跳转至停止态之前，还包括：

35、使扰动系数等于，并使首次扰动标志等于1。

36、第二方面，本技术提出一种储能变流器孤岛保护方法，包括：

37、采用上述储能变流器孤岛检测方法检测是否发生孤岛效应；

38、步骤s4中所述则检测到一次孤岛效应，步骤s5中所述根据储能变流器的输出频率变化量判断孤岛发生方向之后，均跳转至孤岛态；所述孤岛态中的执行方法包括：

39、（1）使扰动系数等于，根据扰动方向计算向电网注入的无功扰动量；其中，在感性扰动时，为扰动到的系数，在容性扰动时，为扰动到的系数；

40、（2）将计算得到的向电网注入的无功扰动量叠加到储能变流器的无功给定上，得到电网频率累计；

41、（3）延时间隔时间t，并在间隔时间t内计算平均值，判断扰动方向；

42、（4）根据扰动方向计算对应的输出频率变化量，记作二次输出频率变化量；

43、（5）在扰动方向为感性扰动时，比较二次输出频率变化量和感性扰动输出频率变化量的大小；或者，在扰动方向为容性扰动时，比较二次输出频率变化量和容性扰动输出频率变化量的大小；若二次输出频率变化量小，则进行孤岛保护，否则，跳转至停止态。

44、进一步地，所述根据扰动方向计算对应的输出频率变化量，包括：

45、若扰动方向为感性扰动，则感性扰动的二次输出频率变化量包括：

46、

47、其中，为感性扰动的电网频率平均值；

48、若扰动方向为容性扰动，则容性扰动的二次输出频率变化量包括：

49、

50、其中，为容性扰动的电网频率平均值。

51、第三方面，本技术提出一种电子设备，包括：

52、存储器，用于存储计算机程序；

53、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述储能变流器孤岛保护方法的步骤。

54、第四方面，本技术提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述储能变流器孤岛保护方法的步骤。

55、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

56、本技术提出一种储能变流器孤岛检测方法，按照停止扰动、感性扰动和容性扰动的顺序，对电网进行周期性无功扰动，能够减少对电网的影响。以储能变流器的输出频率上限和储能变流器的输出频率下限作为判断扰动方向的依据，相较当前以发生孤岛前的电网频率或以理想电网频率作为基准，能够避免电网频率偏移导致扰动方向判断错误。在感性扰动态和容性扰动态下检测孤岛效应时，根据是否首次检测到孤岛效应，且在加了周期性无功扰动以后，计算间隔时间t内电网频率的平均值时都是进行了一个完整的周期，能够防止在不同时段由于发生了孤岛，导致平均值计算不准确，进而使孤岛方向检测失败，造成孤岛检测失败。因此，本技术的检测方法会减少对电网质量造成的影响，能够准确判断出频率扰动的方向，且检测效率更高。

57、本技术还提出了一种储能变流器孤岛保护方法，采用上述储能变流器孤岛检测方法检测孤岛效应，具备上述检测方法的全部优势。另外，在检测到孤岛效应后，跳转至孤岛态进行处理，通过加大扰动量，使孤岛保护的频率范围加宽，同时，若电网为闪断闪恢复，在孤岛态下加大扰动的再次判断，可以恢复到正常，减少误保护，适用于电网频率波动大的场合，可满足波动±5hz的电网，能够在检测到孤岛效应后进行及时准确的处理。

58、另外，本技术还提出了一种电子设备，以及一种计算机可读存储介质，通过不同的硬件形式运行上述储能变流器孤岛保护方法，便于推广应用，具备上述储能变流器孤岛保护方法的全部优势。