適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法
【專利說明】適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)微電網(wǎng)保護(hù)與控制領(lǐng)域，針對可能出現(xiàn)的微電網(wǎng)非計劃孤島 問題，提出了一種適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)非計劃孤島運(yùn)行的發(fā)生具有偶然性和不確定性。當(dāng)由于誤操作、系統(tǒng)發(fā)生 故障等原因引起公共禪合點(diǎn)或其上游斷路器跳閩時，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源可能無法及時檢 測到微電網(wǎng)已經(jīng)與系統(tǒng)斷開而繼續(xù)保持運(yùn)行。此時，微電網(wǎng)的非計劃孤島運(yùn)行可能會給電 力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列問題，比如重合閩失敗、備自投時間延長甚至失敗、孤島 系統(tǒng)內(nèi)電能質(zhì)量惡化等，同時也會危害運(yùn)維人員的人身安全。為了保證供電的可靠性和穩(wěn) 定性，美國電氣電子工程師協(xié)會（16?。┫嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)、我國國家標(biāo)準(zhǔn)W及電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要 求分布式電源值G)具有反孤島保護(hù)的功能，即DG能夠檢測到非計劃孤島運(yùn)行狀態(tài)并退出 運(yùn)行。
[0003] 現(xiàn)有的孤島檢測方法包括開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測法、被動檢測法和主動檢測法=大類。其 中，開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測法是基于通訊技術(shù)將配電網(wǎng)側(cè)斷路器的開合狀態(tài)發(fā)送給DG來判斷微電 網(wǎng)的運(yùn)行模式，該方法不存在檢測盲區(qū)，也不影響電能質(zhì)量，但是實現(xiàn)較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性差。 被動檢測法通過檢測電壓、相位、頻率及其變化率等基本電氣量是否在允許變化范圍之內(nèi) 來判定孤島，該方法不會對系統(tǒng)電能質(zhì)量造成影響，但是存在較大檢測盲區(qū)，通常與主動檢 測法結(jié)合運(yùn)用。主動檢測法通過在DG的控制信號中引入擾動信號來判定孤島，該方法能夠 減小甚至消除檢測盲區(qū)，但同時也對電能質(zhì)量造成了一定影響。另外，由于多個DG中的擾 動信號無法保證同步，從而大大降低了孤島檢測的可靠性。
[0004] 目前，接入到低壓電網(wǎng)中的分布式電源主要是光伏發(fā)電系統(tǒng)、永磁直驅(qū)式風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)W及微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)等逆變型分布式電源（I抓G)。本發(fā)明通過在IBDG的無 功輸出上附加分段式自適應(yīng)擾動，提出了一種適用于含多個IBDG微電網(wǎng)的孤島檢測方法。 該方法沒有檢測盲區(qū)，并通過分段式無功擾動來減小無功擾動量。另外，當(dāng)微電網(wǎng)中含有多 個IBDG時，各個IBDG僅根據(jù)本地信息就能保證無功擾動的同步性，從而保證了孤島檢測的 可靠性和有效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于分段式無功擾動的、適 用于含多個IBDG微電網(wǎng)的孤島檢測方法。該方法通過對IBDG無功輸出附加能夠自適應(yīng)調(diào) 整無功擾動幅值的分段無功擾動，減小了系統(tǒng)正常并網(wǎng)運(yùn)行時的無功擾動，并能夠根據(jù)系 統(tǒng)頻率的變化實現(xiàn)各個IBDG無功擾動的同步性，無需通信，簡單易行。本發(fā)明的技術(shù)方案 如下：
[0006] 1. 一種適用于含多個IBDG微電網(wǎng)的孤島檢測方法，包括下面的步驟：
[0007] 第一步：進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括；分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻 率分界值w及分段式無功擾動切換時的啟動判據(jù)，其中；分段式無功擾動共包括兩段，根據(jù) 擾動幅值、持續(xù)時間W及設(shè)計目標(biāo)的不同，分別定義為第一段無功擾動和第二段無功擾動， 第一段無功擾動為擾動幅值較小的周期性擾動，能夠減小正常運(yùn)行時的擾動并在孤島發(fā)生 后打破功率平衡，為轉(zhuǎn)換到第二段無功擾動提供啟動條件，第二段無功擾動為擾動幅值較 大、持續(xù)時間較長的擾動，能夠保證同步性并在孤島發(fā)生后使得系統(tǒng)頻率偏移出口檻值；設(shè) 置49. 7化和50. 3化分別為[49. 3Hz，50Hz)和[50Hz，50. 5Hz]兩個頻率區(qū)間內(nèi)分段無功擾 動的分界值；根據(jù)孤島發(fā)生后在第一段無功擾動的作用下可能產(chǎn)生的系統(tǒng)頻率變化特征， 設(shè)置3個由第一段無功擾動切換為第二段無功擾動的啟動判據(jù)：
[000引根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設(shè)置的啟動判據(jù)1 ;與前的系 統(tǒng)頻率f相比，當(dāng)前時刻的f發(fā)生變化，滿足f > 50. 3化或者f《49. 7化，并且滿足該條件 的持續(xù)時間不小于t%其中，為持續(xù)時間整定值，t ft為鎖相環(huán)中頻率由某一穩(wěn)態(tài)值變化到 另一穩(wěn)態(tài)值所需要的時間；
[0009] 根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設(shè)置的啟動判據(jù)2 : 設(shè)在ttM時間段內(nèi)的頻率偏移量的絕對值的總和為A FtM，其相鄰的兩個最大值之間的時間 差等于擾動周期T，其中，AFtM如下式所示：
[0010]
【主權(quán)項】
1. 一種適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法，包括下面的步驟： 第一步：進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括：分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻率分 界值以及分段式無功擾動切換時的啟動判據(jù)，其中：分段式無功擾動共包括兩段，根據(jù)擾 動幅值、持續(xù)時間以及設(shè)計目標(biāo)的不同，分別定義為第一段無功擾動和第二段無功擾動，第 一段無功擾動為擾動幅值較小的周期性擾動，能夠減小正常運(yùn)行時的擾動并在孤島發(fā)生后 打破功率平衡，為轉(zhuǎn)換到第二段無功擾動提供啟動條件，第二段無功擾動為擾動幅值較大、 持續(xù)時間較長的擾動，能夠保證同步性并在孤島發(fā)生后使得系統(tǒng)頻率偏移出門檻值；設(shè)置 49. 7Hz和50. 3Hz分別為[49. 3Hz，50Hz)和[50Hz，50. 5Hz]兩個頻率區(qū)間內(nèi)分段無功擾動 的分界值；根據(jù)孤島發(fā)生后在第一段無功擾動的作用下可能產(chǎn)生的系統(tǒng)頻率變化特征，設(shè) 置3個由第一段無功擾動切換為第二段無功擾動的啟動判據(jù)： 根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設(shè)置的啟動判據(jù)1 :與t#+t#前的系統(tǒng)頻 率f?相比，當(dāng)前時刻的f?發(fā)生變化，滿足f?多50. 3Hz或者f< 49. 7Hz，并且滿足該條件的持 續(xù)時間不小于t%其中，為持續(xù)時間整定值，t#為鎖相環(huán)中頻率由某一穩(wěn)態(tài)值變化到另一 穩(wěn)態(tài)值所需要的時間； 根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設(shè)置的啟動判據(jù)2 :設(shè)在ttot時間段內(nèi)的頻率偏移量的絕對值的總和為△Ft(rt，其相鄰的兩個最大值之間的時間差等 于擾動周期T，其中，AFtot如下式所示：
式中，Afn為移動數(shù)據(jù)窗tt(rt內(nèi)第n個頻率瞬時值和額定值之間的頻率偏移值，AF為由當(dāng)前時刻計起之前tt()t時間內(nèi)頻率偏移值的絕對值的和，Ts為采樣時間，N為tt(rt內(nèi)頻 率值的個數(shù)。另外，tt(rt的取值大于的取值。 根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的并且不存在重疊而設(shè)置的啟動判據(jù)3 :當(dāng) 前時刻頻率瞬時值和額定值之間的頻率偏移值的絕對值|Af|大于零，并且滿足下式：
式中，AFtotjPAFt(rtl分別為當(dāng)前時刻和當(dāng)前時刻之前At時的頻率偏移量的絕對值 的總和，|Aftot21和|Aft(rt」|分別為當(dāng)前時刻和當(dāng)前時刻之前At時的頻率偏移量的絕 對值。 第二步：檢測系統(tǒng)頻率以及是否滿足上述的3個啟動判據(jù)，并根據(jù)檢測結(jié)果施加無功 擾動：當(dāng)3個啟動判據(jù)均不滿足時，在IBDG無功輸出的參考值上附加第一段無功擾動；當(dāng) 滿足任何一個第二段無功擾動的啟動判據(jù)時，在IBDG無功輸出的參考值上附加第二段無 功擾動，并在第二段無功擾動結(jié)束后，直接切換為第一段無功擾動，直到再次滿足啟動判據(jù) 時，才會再次啟動第二段無功擾動。 第三步：檢測是否滿足判定孤島的判據(jù)，若滿足判定孤島的判據(jù)，則判定為孤島運(yùn)行狀 態(tài)，IBDG停止運(yùn)行；否則返回至第二步，重復(fù)上述檢測過程，其中， 若IBDG整功率因數(shù)運(yùn)行，判定孤島的判據(jù)為： 系統(tǒng)頻率超出門檻值，并且持續(xù)時間達(dá)到時間整定值t% 若IBDG非整功率因數(shù)運(yùn)行，判定孤島的判據(jù)有兩個，只要滿足下面的任何一個孤島判 據(jù)，即可判定為孤島運(yùn)行狀態(tài)： 孤島判據(jù)1 :系統(tǒng)頻率超出門檻值，并且持續(xù)時間達(dá)到時間整定值t#; 孤島判據(jù)2 :第二段無功擾動啟動后，后部分矩形無功擾動結(jié)束前^時的頻率偏移量 的絕對值是前部分矩形無功擾動結(jié)束前時頻率偏差絕對值的3倍以上，并且該狀態(tài)的持 續(xù)時間達(dá)到時間整定值f。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法，其 特征在于， 第一段無功擾動共包括三部分，即持續(xù)時間相同但擾動幅值相差一倍的連續(xù)的兩部分 矩形無功擾動和擾動幅值為零的一部分，設(shè)A〇"81和A〇_2分別為這兩部分矩形無功擾動 的幅值，At為擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的持續(xù)時間，T為無功擾動周期，則 一個完整擾動周期內(nèi)的第一段無功擾動為：
八Q腸81和八Qmag2的取值與IBDG運(yùn)行方式、IBDG有功輸出以及第一段無功擾動開始時 刻的系統(tǒng)頻率有關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于含多個逆變型分布式電源微電網(wǎng)的孤島檢測方法，其 特征在于，設(shè)f為第一段無功擾動開始時刻的系統(tǒng)頻率，若在并網(wǎng)模式下IBDG為整功率因 數(shù)運(yùn)行，則第一段無功擾動中擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的幅值分別為：
若在并網(wǎng)模式下IBDG為本地負(fù)載提供無功而非整功率因數(shù)運(yùn)行，則第一段無功擾動 中擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的幅值分別為：
式中，PDe為IBDG輸出有功值，〇{為負(fù)載品質(zhì)因數(shù)，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)其值取為2. 5 ; 另外，第一段無功擾動的擾動周期T，單位為s，應(yīng)滿足如下式所示條件：
第二段無功擾動為無功擾動幅值不為零的矩形無功擾動，其幅值和持續(xù)時間根據(jù)IBDG運(yùn)行方式的不同而不同；若IBDG整功率因數(shù)運(yùn)行，則其持續(xù)時間為1. 5At，設(shè)矩形無功擾 動的幅值為AQmag3，則可用下式表示：
若IBDG非整功率因數(shù)運(yùn)行，則第二段無功擾動為持續(xù)時間均為1. 5At但擾動幅值不 同的連續(xù)的兩部分矩形無功擾動，設(shè)兩部分矩形無功擾動的幅值分別為△(LgjP ，則 可用下面兩式表示：
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于含逆變型DG配電網(wǎng)的自適應(yīng)正序電流速斷保護(hù)方法，包括：適用于含多個IBDG微電網(wǎng)的孤島檢測方法，包括：初始化設(shè)置，設(shè)置分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻率分界值以及分段式無功擾動切換時的啟動判據(jù)；根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設(shè)置的啟動判據(jù)1；根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設(shè)置的啟動判據(jù)2；根據(jù)不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的并且不存在重疊而設(shè)置的啟動判據(jù)3；檢測系統(tǒng)頻率以及是否滿足上述的3個啟動判據(jù)，并根據(jù)檢測結(jié)果施加無功擾動；檢測是否滿足判定孤島的判據(jù)。發(fā)明減小系統(tǒng)正常并網(wǎng)運(yùn)行時的無功擾動。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104569690
【申請?zhí)枴緾N201510032742
【發(fā)明人】李永麗, 陳曉龍
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月22日