一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种解决光 伏电站及其并网变电站防孤岛保护问题的方法。
【背景技术】
[0002] 随着光伏发电的发展，越来越多的大容量光伏电源通过集中送出线接入变电站。 光伏电源接入变电站后，一旦变电站主供电源断开或者集中送出线路断开，都可能使电网 出现非计划孤岛。一般而言，非计划孤岛包括两种情况，即光伏电站独立运行的小孤岛和光 伏电站带变电站母线共同运行的大孤岛。
[0003] 如果仅光伏送出线路断开，则光伏电站将独立形成孤岛系统，此时即为光伏电站 独立运行的小孤岛情况，如图2所示的两种类型。如果变电站主供电源断开，则将形成包括 光伏系统和变电站在内的大范围孤岛，此时即光伏电站带变电站母线共同运行的大孤岛情 况，如图3所示的两种类型。前者将直接威胁到光伏电站运行检修人员和设备的安全，后者 则将可能进一步引起变电站内重合闸和备自投装置拒动，从而引起更大停电事故。因此，如 何迅速地在检测出孤岛状态并切除相应光伏电站并网开关成为急需要解决的问题。
[0004] 目前，电网端孤岛检测的主要方法有：基于频率、电压偏移的被动法、基于负荷投 切的主动法以及基于载波或者非特征信号的信号注入法。其中基于频率、电压偏移的被动 检测法在功率平衡时存在死区较大、检测灵敏度不高等问题；负荷投切法需要增加一次设 备且对电网存在一定扰动；信号注入法需要额外信号注入装置和信号接收装置，投资较大。
[0005] 从电网实际运行来看，电网内要形成非计划孤岛，一般是由故障导致元件开断或 者元件无故障开断引起。因此，可以从元件开断前后电气信息变化特征出发，设计一种简 单、可靠的孤岛检测方法。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是：针对现有技术中光伏电站孤岛检测方法的不足，提供一种新型 的光伏电站被动式防孤岛保护方法，该方法基于工频故障阻抗检测和基于功率因数变化检 测，简单、可靠，能够灵活适用于光伏电站及其接入的变电站对于防孤岛保护的要求。
[0007] 具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤： 1) 实时采集本地电气量信息，所述本地电气量信息包括光伏电站送出线路的三相电流 以及所接变电站母线的三相电压，根据采集的信息实时计算光伏电站送出线路的功率因数 cos 〇以及电流突变量； 2) 判断是否接收到远方的跳闸命令，如果接收到跳闸命令则进入步骤5)，否则进入步 骤3); 3) 进行工频故障阻抗判据的判断： 如步骤1)计算的电流突变量大于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续一段时间都大 于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频故障阻抗Z，否则进入步骤4); 如计算出的工频故障阻抗Z大于整定阻抗Zset，则经过一定延时后判断光伏电站送出 线路电流是否小于有流定值II，如光伏电站送出线路电流小于有流定值II，则认为发生光 伏电站独立运行的小孤岛、进入步骤5)，如光伏电站送出线路电流不小于有流定值II或者 如计算出的工频故障阻抗Z不大于整定阻抗Zset，则进入步骤4); 4) 进行功率因数判据的判断： 当步骤1)计算的功率因数cos①的绝对值I cos? I小于功率因数定值cos? ls，且光 伏电站送出线路的电流大于等于有流定值II以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压 定值U1，且经过一定延时功率因数判据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母 线形成的大孤岛、进入步骤5)，否则返回步骤1); 5) 根据接收的跳闸命令或者发生的小孤岛或大孤岛的情况，将相应光伏电站内并网馈 线开关跳闸，完成保护。
[0008] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，当满足以下三式任意之一时，闭 锁功率因数判据： dv/dt 多 dv/dt_vb (1) cos〇 | ^ cosObl (2) df/dt df/dt_fb (3) 上述式（1)为电压滑差判断，式（2)为功率因数过低闭锁判据，式（3)为频率滑差判断， 其中dv/dt、df/dt为检测到的电压、频率滑差值，dv/dt_vb、df/dt_fb为电压、频率滑差闭 锁定值，cosObl为低功率因数闭锁定值。
[0009] 上述技术方案的进一步特征在于，所述dv/dt_vb的取值为80%_90%Un/s，Un为额 定电压，df/dt_fb的取值为4-6Hz/s，cosObl的取值为正常运行功率因数的50%-60%。
[0010] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，根据光伏电站所接变电站母线 功率的流入方向，选择是否闭锁功率因数判据。
[0011] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，电流启动阈值Izqs的取值为 0. 05-0. lln，In为正常运行时的额定负荷电流，整定阻抗Zset的取值为0. 8-0. 9Z1，Z1为 光伏电站在最大运行方式下送出线路背侧的等值阻抗。
[0012] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，如步骤1)计算的电流突变量大 于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续5ms都大于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频 故障阻抗Z。
[0013] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，如计算出的工频故障阻抗Z大 于整定阻抗Zset，则经过0.5s后判断光伏电站送出线路电流是否小于有流定值II。
[0014] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)和步骤4)中的有流定值II的取值 为额定值的5%_10%，步骤4)中的有压定值U1的取值为额定值的5%_10%，步骤4)中的功率 因数定值cos〇 Is要求低于光伏电站正常输出功率因数控制值的90%_95%。
[0015] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，当步骤1)计算的功率因数 cos?的绝对值| cos? |小于功率因数定值cos? ls，且光伏电站送出线路的电流大于等于 电流定值II以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压定值U1，且经过0. 5s功率因数判 据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母线形成的大孤岛、进入步骤5)，否则返 回步骤1)。
[0016] 上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，工频故障阻抗Z的计算方法如 下： 3-1)采用相邻间隔为2周期瞬时值计算故障附加分量 电流故障附加分量：A i =厶-电压故障附加分量：A w 其中，厶、y廣示刷刻电流、电压瞬时值，厶表示泛前两周期的电流、电压瞬 时值，沒/一个周期时间，按照上面两式子可求得时长为两个周期的电流故障附加分量的电 流序列Ai以及电压故障附加分量的电压序列△ ?; 3-2)对求得的电压和电流序列，采用离散傅里叶方法计算基波幅值，对于任意一个正 弦电气量有： 则基波幅值X= % a: +b:
其中，4、A为基波向量的实部和虚部，A为离散傅里叶方法计算采用的点数，表示第 奸1个序列点；若^为电压量，则求出的X为工频电压故障分量△ K如^为电流量，则求出 的X为工频电流故障分量A J; 3-3)根据步骤3-2)计算得到的工频电压故障分量△讲P工频电流故障分量△/，计算 工频故障阻抗Z : Z =M/ /M〇
[0017] 本发明的有益效果如下：本发明基于工频故障阻抗检测和基于功率因数变化检 测，较传统的频率、电压偏移法具有更高的灵敏度，同时简单、可靠，能够同时检测送出线路 断开引起的小范围孤岛和变电站及其上级开关断开引起的大范围孤岛，有效解决光伏电站 独立发生孤岛和光伏电站带变电站母线一起发生孤岛两种情况下的孤岛保护问题，灵活适 用于光伏电站及其接入的变电站对于防孤岛保护的要求，具有较大的适应范围。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例的防孤岛保护装置的功能单元关系图。
[0019] 图2是小孤岛不意图。
[0020] 图3是大孤岛示意图。
[0021] 图4是进行工频故障阻抗判据判断的流程图。
[0022] 图5是进行功率因数判据判断的逻辑实现图。
[0023] 图6是电流故障分量计算示意图。
[0024] 图7是本发明实施例的防孤岛保护装置的配置及接线示意图。
[0025] 图8是本发明方法的主要流程图。
【具体实施方式】
[0026] 下面参照附图并结合实例对