電力網(wǎng)絡(luò)中的孤島狀況的檢測(cè)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及三相電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島狀況的檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]連接至公共電力網(wǎng)絡(luò)的分布式能源單元(如太陽能電池或風(fēng)輪機(jī))在該電力網(wǎng)絡(luò)中提供孤島，即，公共電力網(wǎng)絡(luò)的一部分，其中孤島設(shè)置有其自身的發(fā)電設(shè)備。單相孤島狀況為部分電網(wǎng)缺失(partial loss-of-mains)的情形，在該情形下，合并有發(fā)電設(shè)備的電力網(wǎng)絡(luò)的單相失去與公共電力網(wǎng)絡(luò)的其余部分的連接。檢測(cè)單相孤島狀況很重要，因?yàn)槠湓谂c所述公共電力網(wǎng)絡(luò)部分分離的電力網(wǎng)絡(luò)內(nèi)引起安全隱患。
[0003]存在用于三相電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島檢測(cè)的若干已知方法。用于單相孤島檢測(cè)的已知方法包括將低頻激勵(lì)參考信號(hào)添加到向電力網(wǎng)絡(luò)供電的頻率轉(zhuǎn)換器的無功電流參考中，并將網(wǎng)絡(luò)頻率的變化率與變化率的正常值進(jìn)行比較，其中單相孤島狀況增加了網(wǎng)絡(luò)頻率的變化率。
[0004]用于單相孤島檢測(cè)的已知方法增加了電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波失真以及/或者緩慢地檢測(cè)單相孤島狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用以減輕上述缺點(diǎn)的方法和用于實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)。本發(fā)明的目的由在下文中所描述的方法和系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明基于下述構(gòu)思:將激勵(lì)信號(hào)添加到電力網(wǎng)絡(luò)的電量的正序分量中，該正序電量為電流、功率或其導(dǎo)出量；以及基于電力網(wǎng)絡(luò)的電壓的負(fù)序分量的指示元素(indicative element)的幅值和/或變化率來檢測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島狀況，指示元素的頻域包括與激勵(lì)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻率。僅在電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗不對(duì)稱的情況下，才能夠在電力網(wǎng)絡(luò)的電壓的負(fù)序分量中檢測(cè)到提供到電力網(wǎng)絡(luò)的正序電量中的激勵(lì)信號(hào)。因此，根據(jù)本發(fā)明的單相孤島狀況的檢測(cè)原則上基于監(jiān)視電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗的對(duì)稱的改變。
[0007]本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以快速地檢測(cè)單相孤島狀況，而不增加電力網(wǎng)絡(luò)中的諧波失真。換言之，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)使得能夠檢測(cè)單相孤島狀況而對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的電力質(zhì)量沒有不利影響。
【附圖說明】
[0008]在下文中，將參照附圖、借助于優(yōu)選實(shí)施例來更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中:
[0009]圖1示出了三相電力網(wǎng)絡(luò)的單相孤島狀況；以及
[0010]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于三相電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島檢測(cè)的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖1示出了具有單相孤島狀況的三相電力網(wǎng)絡(luò)EN。存在通過電源組件PSA連接至電力網(wǎng)絡(luò)EN的至少一個(gè)分布式能源單元(未示出)。電力網(wǎng)絡(luò)EN具有網(wǎng)絡(luò)電壓并且包括連接至電力網(wǎng)絡(luò)的相U1、U2和U3的負(fù)載
[0012]通常，電力網(wǎng)絡(luò)EN是公共電力網(wǎng)絡(luò)GRD的一部分，該公共電力網(wǎng)絡(luò)GRD的線路阻抗用Ze來表示。在圖1的單相孤島狀況下，電力網(wǎng)絡(luò)EN的相Ul已失去與公共電力網(wǎng)絡(luò)GRD的其余部分中的對(duì)應(yīng)相的連接。因此，從電源組件PSA的輸出端子OTl看到的阻抗已改變。
[0013]圖1的電力網(wǎng)絡(luò)EN設(shè)置有中性導(dǎo)體NC。然而，本發(fā)明也可以用在不具有中性導(dǎo)體的電力網(wǎng)絡(luò)中。
[0014]圖2示出了用于檢測(cè)圖1的三相電力網(wǎng)絡(luò)EN中的單相孤島狀況的示意圖。由示意圖所示的方法包括:由電源組件PSA向三相電力網(wǎng)絡(luò)EN提供電力；將激勵(lì)信號(hào)提供到電力網(wǎng)絡(luò)的正序無功功率中；監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)電壓的負(fù)序分量的指示元素的幅值；以及在指示元素的幅值超過預(yù)定限值的情況下，檢測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)EN中的單相孤島狀況。
[0015]指示元素的頻域包括與激勵(lì)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻率。根據(jù)所使用的分析方法，與激勵(lì)信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻率可以等于提供到電力網(wǎng)絡(luò)的正序電量中的激勵(lì)信號(hào)的原始頻率或者與該原始頻率不同，如在下面所說明的那樣。
[0016]在圖2的方法中所使用的激勵(lì)信號(hào)包括矩形波。替選地，例如，可以使用不同的波形，諸如正弦波形、三角波形或鋸齒波形?？梢韵喈?dāng)自由地選擇激勵(lì)信號(hào)的頻率fstim。在具有50Hz或60Hz的基頻的典型電力網(wǎng)絡(luò)中，激勵(lì)信號(hào)的頻率可以是例如IHz到30Hz。頻率顯著低于電力網(wǎng)絡(luò)的頻率的激勵(lì)信號(hào)使得能夠避免諧波失真。在技術(shù)上，很可能使用頻率與電力網(wǎng)絡(luò)的頻率幾乎一樣高或者甚至比電力網(wǎng)絡(luò)的頻率高的激勵(lì)信號(hào)。
[0017]在電氣工程領(lǐng)域中，對(duì)稱分量方法是公知的，在本文中未描述。正序分量有時(shí)被稱為正分量(direct component)，而負(fù)序分量有時(shí)被稱為逆分量。
[0018]在圖2的實(shí)施例中，電源組件PSA包括頻率轉(zhuǎn)換器，并且通過將激勵(lì)參考信號(hào)qstim,rrf與頻率轉(zhuǎn)換器的正序無功功率相加qlp,Mf來將激勵(lì)信號(hào)提供到電力網(wǎng)絡(luò)EN中。正序無功功率參考(^，…是適于指示頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生電力網(wǎng)絡(luò)EN所需的無功功率的參考信號(hào)?？赏ㄟ^等式qMf= q獲得的和信號(hào)q 被用作用于控制頻率轉(zhuǎn)換器的正序無功功率參考信號(hào)。利用參考信號(hào)控制頻率轉(zhuǎn)換器在本領(lǐng)域是公知的，因此，在本文中未對(duì)其進(jìn)行討論。
[0019]可以將激勵(lì)信號(hào)提供到電力網(wǎng)絡(luò)的正序電量中，正序電量為電流、功率或其導(dǎo)出量。因此，可以將激勵(lì)信號(hào)提供到電力網(wǎng)絡(luò)的正序有功功率中而不是正序無功功率中。還可以將激勵(lì)信號(hào)提供到正序無功電流或正序有功電流中。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，影響正序電流不可避免地影響了正序功率，反之亦然。
[0020]在電力網(wǎng)絡(luò)EN的正常工作狀況下，基于由電源組件PSA提供到電力網(wǎng)絡(luò)EN中的正序有功電流ipmUp的幅值來控制激勵(lì)信號(hào)的幅度。激勵(lì)信號(hào)的幅度是正序有功電流ipmUp的幅值的函數(shù)。激勵(lì)信號(hào)的幅度可以在電源組件的額定電流的0.1%至10%的范圍內(nèi)。該幅度越大，就越快檢測(cè)單相孤島狀況。另一方面，不期望使過多的無功電流存在于電力網(wǎng)絡(luò)中。
[0021]在實(shí)施例中，將正序有功電流ipmUp的絕對(duì)值乘以系數(shù)。在替選實(shí)施例中，激勵(lì)信號(hào)的幅度另外具有不依賴于正序有功電流的幅度的恒定部分。該恒定部分使得:即使在電力網(wǎng)絡(luò)不具有負(fù)載或者電力網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載較小的情況下也能夠檢測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島狀況。在另一替選實(shí)施例中，激勵(lì)信號(hào)的幅度是恒定的。
[0022]如果滿足預(yù)定條件，則將電力網(wǎng)絡(luò)EN轉(zhuǎn)變成潛在的單相孤島狀況，在該潛在的單相孤島狀況下，激勵(lì)信號(hào)的幅度被分配了與在正常工作狀況下相比較高的值。在潛在的單相孤島狀況下，激勵(lì)信號(hào)的幅度可以是正序有功電流的幅度的10%或者甚至更高。
[0023]在潛在的單相孤島狀況下，存在假定電力網(wǎng)絡(luò)中可能存在單相孤島狀況的一些理由，而在正常工作狀況下，不存在對(duì)孤島狀況的初步懷疑。潛在的單相孤島狀況的目的在于加速檢測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)中的單相孤島狀況。
[0024]潛在的單相孤島狀況為暫時(shí)狀況。如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)在潛在的單相孤島狀況期間未檢測(cè)到單相孤島狀況，則電力網(wǎng)絡(luò)返回到正常工作狀況。在實(shí)施例中，預(yù)定時(shí)間為約I秒。在替選實(shí)施例中，預(yù)定時(shí)間可以是例如0.3秒到3秒。
[0025]用于使電力網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成潛在的單相孤島狀況的預(yù)定條件包括表明電力網(wǎng)絡(luò)中可能存在單相孤島狀況的一個(gè)或多個(gè)條件。在實(shí)施例中，預(yù)定條件包括檢測(cè)到所述指示元素的幅值的增加。所述增加可以較小；在許多實(shí)施例中，能夠由儀器檢測(cè)到的任何增加足以指示潛在的單相孤島狀況。
[0026]與電力網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的電網(wǎng)準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)通常不容許任何類型的單相孤島狀況。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施的一種方法包括作為檢測(cè)到單相孤島狀況的響應(yīng)而停止由電源組件向電力網(wǎng)絡(luò)提供電力。替選地，可以作為檢測(cè)到的單相孤島狀況的響應(yīng)而改變電力網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，向電力網(wǎng)絡(luò)的操作人員提供警報(bào)，使得操作人員可以使電源組件停止向電力網(wǎng)絡(luò)提供電力，或者改變電力網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)以將單相孤島狀況納入考慮。
[0027]可以通過斷開電源組件與電力網(wǎng)絡(luò)之間的開關(guān)來停止由電源組件向電力網(wǎng)絡(luò)提供