一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分布式電源系統(tǒng)防孤島保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源的快速發(fā)展，分布式電源在電網(wǎng)中所占的比例越來越高，分布式發(fā)電有著巨大的發(fā)展前景。但是，分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運行時處于孤島狀態(tài)會對設(shè)備造成損壞，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，嚴(yán)重時甚至可能威脅到線路檢修人員的人身安全，因此，研宄適用于分布式系統(tǒng)的孤島檢測技術(shù)具有重要意義。
[0003]以雙饋風(fēng)機作為電源的分布式系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，正常運行時，開關(guān)1，開關(guān)2和開關(guān)3均閉合，雙饋風(fēng)機定子直接掛接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子經(jīng)過交-直-交變流器與電網(wǎng)相連。當(dāng)開關(guān)I斷開時，失去了與電網(wǎng)的聯(lián)系，雙饋風(fēng)機與本地負(fù)荷形成了孤島運行，虛線框中所示為開關(guān)I斷開時形成的孤島系統(tǒng)。常規(guī)的基于逆變器端的孤島檢測法適用于通過逆變器與電網(wǎng)直接相接的分布式電源，孤島保護(hù)裝置均配置在逆變器中，一般是通過檢測逆變器輸出端電壓的幅值和頻率來判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)，一旦檢測到電網(wǎng)電壓、頻率超過正常的范圍時，即判斷為孤島發(fā)生，保護(hù)電路就將并網(wǎng)逆變器切離電網(wǎng)，也就同時切除了分布式電源。與逆變器型分布式電源直接通過逆變器與電網(wǎng)相連不同，雙饋風(fēng)機轉(zhuǎn)子與定子均接電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子是經(jīng)變流器與電網(wǎng)相連，而定子直接與電網(wǎng)相連，且變流器的主要作用是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的，若也在雙饋風(fēng)機的變流器中配置孤島保護(hù)，當(dāng)檢測到逆變器輸出電壓的幅值、頻率超過正常的范圍時，保護(hù)電路能將并網(wǎng)變流器切離電網(wǎng)卻不能真正將雙饋風(fēng)機切除，雙饋風(fēng)機定子仍與電網(wǎng)相連，孤島系統(tǒng)依然存在，安全問題得不到解決。
[0004]常規(guī)的逆變器式孤島檢測方法并不適用于以雙饋風(fēng)機作為電源的分布式系統(tǒng)；由于目前雙饋風(fēng)機為一種主流分布式電源，應(yīng)用十分廣泛，所以亟需探宄能夠適用于以雙饋風(fēng)機做為電源的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)的孤島檢測方法；因此，本發(fā)明提出一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]I)在以雙饋風(fēng)機為電源的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)中，檢測雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率f -
丄 pcc，
[0007]2)判斷檢測到的雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。是否為工頻f，若雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。為工頻f或者近似工頻f時，進(jìn)行步驟3);否則，進(jìn)行步驟4);
[0008]3)檢測并網(wǎng)點電流突變量Δ I與閾值1^1?滿足Λ I彡kl n，In為額定負(fù)荷電流，k=0.05?0.1時，通過軟開關(guān)啟動轉(zhuǎn)子側(cè)控制策略的切換，將雙閉環(huán)控制中的轉(zhuǎn)差角速度ws設(shè)為固定值，改變勵磁電流頻率f s，進(jìn)行步驟4);若Δ KkIn，返回步驟I)；
[0009]4)延時0.5s后，重新檢測雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。，持續(xù)檢測ls，判斷檢測到的雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。是否為一個固定不變的非工頻值，如果是，進(jìn)行步驟5);否則，對于同步速運行的情況，需先恢復(fù)轉(zhuǎn)子側(cè)控制策略再返回步驟I);對于非同步速運行的情況，則直接返回步驟I);
[0010]5)孤島保護(hù)動作，保證孤島能在2s內(nèi)順利切除。
[0011]所述雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。的檢測裝置為單獨配置，不再集成于逆變器中，根據(jù)本地電氣量信息進(jìn)行孤島檢測。
[0012]本發(fā)明的有益效果是針對常規(guī)的逆變器式孤島檢測方法不適用于以雙饋風(fēng)機作為電源的分布式系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法，通過獨立的孤島檢測裝置檢測并網(wǎng)點電壓的頻率，一旦發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)點電壓頻率變?yōu)橐粋€固定不變的非工頻值時就可以判斷發(fā)生了孤島，且通過增加并網(wǎng)點電流突變量輔助判據(jù)啟動轉(zhuǎn)子側(cè)控制策略的切換，改變勵磁電流頻率，有效消除了雙饋風(fēng)機在同步速運行時的檢測盲區(qū)，不會受到負(fù)荷波動或短路故障的影響，魯棒性好，可以實現(xiàn)快速有效的孤島檢測功能，具有工程實際意義。
【附圖說明】
[0013]圖1為基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法流程圖。
[0014]圖2為以雙饋風(fēng)機作為電源的分布式系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3為雙饋風(fēng)機在非同步速運行時孤島前后的并網(wǎng)點電壓頻率仿真結(jié)果。
[0016]圖4為雙饋風(fēng)機在同步速運行時負(fù)荷波動前后和孤島前后的并網(wǎng)點電壓頻率仿真結(jié)果。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明提出一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0018]圖1所示為基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法流程圖，包括如下步驟:
[0019]I)在以雙饋風(fēng)機為電源的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)中，檢測雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率f.丄 pcc，
[0020]2)判斷檢測到的雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。是否為工頻f，若雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。為工頻f或者近似工頻f時，進(jìn)行步驟3);否則，進(jìn)行步驟4);
[0021]3)檢測并網(wǎng)點電流突變量Δ I與閾值1^滿足Λ I彡kl n，In為額定負(fù)荷電流，k=0.05?0.1時，通過軟開關(guān)啟動轉(zhuǎn)子側(cè)控制策略的切換，將雙閉環(huán)控制中的轉(zhuǎn)差角速度ws設(shè)為固定值，改變勵磁電流頻率f s，進(jìn)行步驟4);若Δ KkIn，返回步驟I)；
[0022]4)延時0.5s后，重新檢測雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。，持續(xù)檢測ls，判斷檢測到的雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。是否為一個固定不變的非工頻值，如果是，進(jìn)行步驟5);否則，對于同步速運行的情況，需先恢復(fù)轉(zhuǎn)子側(cè)控制策略再返回步驟I);對于非同步速運行的情況，則直接返回步驟I);
[0023]5)孤島保護(hù)動作，保證孤島能在2s內(nèi)順利切除。
[0024]其中，雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓的頻率fp。。的檢測裝置為單獨配置，不再集成于逆變器中，根據(jù)本地電氣量信息進(jìn)行孤島檢測。
[0025]雙饋風(fēng)機并網(wǎng)方式與光伏、直驅(qū)風(fēng)機通過逆變器直接并網(wǎng)方式不同，采用的是定子直接并網(wǎng)，轉(zhuǎn)子經(jīng)交-直-交變頻并網(wǎng)，利用常規(guī)的逆變器式孤島檢測方法，在發(fā)生孤島時不能將雙饋風(fēng)機可靠切除；為了實現(xiàn)在發(fā)生孤島時能將雙饋風(fēng)機正確切除，本發(fā)明提出一種基于并網(wǎng)點電壓特征頻率的孤島檢測方法，該方法的孤島檢測裝置不裝在逆變器里，而是一套獨立的裝置用于并網(wǎng)點電壓頻率的檢測。當(dāng)雙饋風(fēng)機并網(wǎng)運行時，雙饋風(fēng)機利用變流器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流頻率實現(xiàn)變速恒頻，使定子輸向電網(wǎng)的電壓、電流保持與電網(wǎng)三相交流電壓、電流同頻，雙饋風(fēng)機并網(wǎng)點電壓、電流也是工頻。若雙饋風(fēng)機與本地負(fù)荷形成孤島運行，由于沒有了電網(wǎng)的鉗制作用，定子輸出沒有與電網(wǎng)同步的要求，定子輸出頻率將不再跟隨電網(wǎng)保持工頻，而由發(fā)電機當(dāng)前的運行狀態(tài)決定，與發(fā)電機轉(zhuǎn)速同步，頻率為轉(zhuǎn)速頻率。由于失去與電網(wǎng)的連接，轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)失去了能量交換，發(fā)電機輸出的功率(即定子輸出功率)除了供給負(fù)荷消耗外，還有一小部分將輸向轉(zhuǎn)子，提供勵磁所需，由于定子電壓、電流為轉(zhuǎn)速頻率，那么流向負(fù)荷和網(wǎng)側(cè)變頻器的電壓、電流也是轉(zhuǎn)速頻率，轉(zhuǎn)速頻率的電流經(jīng)過變頻器的控制作用耦合到轉(zhuǎn)子，給轉(zhuǎn)子持續(xù)提供直流勵磁，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)處于同步機運行狀態(tài)。雙饋風(fēng)機若不切除，雙饋式感應(yīng)發(fā)電機將一直持續(xù)保持同步機的運行狀態(tài)，輸向負(fù)荷的電壓、電流也將一直保持轉(zhuǎn)速頻率，即檢測到圖2中并網(wǎng)點電壓、電流的頻率為轉(zhuǎn)速頻率。根據(jù)以雙饋風(fēng)機作為電源的分布式并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生孤島時并網(wǎng)點電壓、電流頻率由工頻變?yōu)檗D(zhuǎn)速頻率的這一特點，考慮到電壓測量比電流測量易于實現(xiàn)，實時測量并網(wǎng)點電壓頻率來進(jìn)行孤島檢測。常規(guī)的逆變器式頻率檢測法是檢測孤島后逆變器輸出電壓的頻率是否超過了頻率閾值；而本發(fā)明檢測到的頻率均是特征頻率，頻率大小由雙饋風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速決定。正常運行時，無論轉(zhuǎn)速多少，并網(wǎng)點電壓頻率始終為工頻，一旦發(fā)生孤島，并網(wǎng)點電壓的頻率會在短時間內(nèi)變?yōu)楹愣ú蛔兊霓D(zhuǎn)速頻率，檢測裝置通過這一特征判斷孤島