基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分布式電源并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]孤島效應(yīng)是指在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)供電因故障事故或者停電維修而跳閘時，各個用戶端的分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)從而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)，最終形成由分布電站并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和其相連的負載組成了一個自給供電的孤島發(fā)電系統(tǒng)。
[0003]孤島效應(yīng)使電壓及頻率失去控制，如果分布式發(fā)電系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)電壓和頻率的能力，且沒有電壓和頻率保護繼電器來限制電壓和頻率的偏移，那么孤島系統(tǒng)中的電壓和頻率必然發(fā)生較大的波動，從而對電網(wǎng)和用戶設(shè)備造成危害。
[0004]在由孤島運行變?yōu)椴⒕W(wǎng)運行時，由于重合閘系統(tǒng)中的分布式發(fā)電裝置可能與電網(wǎng)不同步導(dǎo)致電路斷路器裝置收到損壞，還可能產(chǎn)生較高的沖擊電流，從而危害孤島系統(tǒng)中的裝置，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)重新跳閘。
[0005]孤島效應(yīng)可能會導(dǎo)致故障不能切除，從而導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備的損害，并且干擾電網(wǎng)正常供電系統(tǒng)的自動或者手動恢復(fù)。
[0006]孤島效應(yīng)使得一些被認為已經(jīng)與所有電源斷開的線路帶點，這會給電網(wǎng)維修人員或者用戶帶來電擊的危險。因此，快速有效地檢測出孤島效應(yīng)并將故障切除是很有必要的。
[0007]目前，孤島檢測方法主要可以分為兩類，即基于通信的孤島檢測方法和局部孤島檢測方法。第一類基于通信的孤島檢測方法主要是利用無線電通信來檢測孤島效應(yīng)，該方法能夠減小檢測盲區(qū)，但設(shè)計復(fù)雜，未能得到廣泛應(yīng)用。
[0008]第二類局部孤島檢測方法是通過監(jiān)控并網(wǎng)發(fā)電裝置的端電壓以及電流信號實現(xiàn)的。局部孤島檢測方法又可以進一步分為被動式和主動式兩種:被動式方法僅根據(jù)并網(wǎng)逆變器輸出的電壓或頻率的異常來判斷孤島的發(fā)生，通常被動式方法存在相對較大的檢測盲區(qū)；而主動式方法則通過向電網(wǎng)注入擾動，并利用該擾動信號引起的系統(tǒng)電壓、頻率以及阻抗等的相應(yīng)變化來判斷孤島的發(fā)生，該方法雖然能夠有效地減少檢測盲區(qū)，但是會對電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對上述【背景技術(shù)】中所提到的目前孤島檢測方法的優(yōu)劣，本發(fā)明提出了一種基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，該方法在不影響系統(tǒng)電能質(zhì)量的前提下，能夠快速有效地檢測出孤島效應(yīng)。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0011 ]基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:利用滑動數(shù)據(jù)窗計算并網(wǎng)逆變器端電壓特定次諧波突變量的絕對值I Δ U31、I Δ Us 1、I Δ U7 1:
[0013]步驟2:根據(jù)絕對值IΔ U31、I Δ U51、I Δ U71來判斷是否發(fā)生孤島;
[0014]當(dāng)IAU31、AU51、AU7I分別小于或等于整定值Usetl、Uset2、Uset3時，則未發(fā)生孤島;
[0015]當(dāng)I Δ U31 >Usetii^ I Δ U51 >Uset2或| Δ U71 >Uset3且持續(xù)時間超過40毫秒時，則孤島發(fā)生。
[0016]所述滑動數(shù)據(jù)窗的長度為20毫秒。
[0017]所述整定值的計算公式為:
[0018]AU3|>Useti = 0.001Ui
[0019]AU5|>Uset2 = 0.0012Ui
[0020]AU7|>Uset3 = 0.0005Ui
[0021]其中:
[0022]山為基波相電壓有效值；
[0023]U3為3次諧波相電壓有效值；
[0024]1]5為5次諧波相電壓有效值；
[0025]U7為7次諧波相電壓有效值；
[0026]UsetlS3次諧波相電壓整定值；
[0027]Uset2為5次諧波相電壓整定值；
[0028]Uset3為7次諧波相電壓整定值。
[0029]本發(fā)明基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，主要有以下優(yōu)點:
[0030](I)能夠在IEEE Std.1547.1標(biāo)準(zhǔn)中所定義的孤島最嚴(yán)重的情況下快速有效地檢測出孤島效應(yīng)；
[0031](2)不會影響并網(wǎng)逆變器輸出電能的質(zhì)量，也不會干擾系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)；
[0032](3)不僅適用于三相斷路的孤島檢測情況，對于單相以及兩相斷路情況同樣適用；
[0033](4)對采樣頻率要求低，易于硬件實現(xiàn)。
[0034]該方法原理簡單，適用范圍較廣，在各種斷路以及孤島最嚴(yán)重的情況下能夠快速有效地檢測出孤島。
【附圖說明】
[0035]圖1為分布式發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)示意圖；
[0036]圖2為孤島效應(yīng)保護邏輯圖；
[0037]圖3為500kW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型主電路；
[0038I圖4為500kW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運行參數(shù)圖；
[0039]圖4(a)為逆變器輸出電壓波形圖；
[0040]圖4(b)為逆變器輸出電流波形圖；
[0041]圖5為三相斷路對稱故障下發(fā)生孤島，應(yīng)用本發(fā)明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0042]圖5(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0043]圖5(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0044]圖5(c)為350Hz電壓故障分量波形圖；
[0045]圖6為單相斷路故障情況下，應(yīng)用本發(fā)明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0046]圖6(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0047]圖6(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0048]圖6(c)為350Hz電壓故障分量波形圖；
[0049]圖7為兩相斷路故障情況下，應(yīng)用本發(fā)明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0050]圖7(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0051 ]圖7(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0052]圖7(c)為350Hz電壓故障分量波形圖。
【具體實施方式】
[0053]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0054]當(dāng)電網(wǎng)與分布式電源相連時，電網(wǎng)可以看作是一個容量很大的電壓源，并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的諧波電流將流入較低阻抗的電網(wǎng)中，這些很小的諧波電流與較低的電網(wǎng)阻抗在并網(wǎng)逆變器輸出端點的電壓響應(yīng)113只含有少量的諧波，即電壓畸變率接近于零。
[0055]當(dāng)電網(wǎng)斷開后，將有兩個因素使得Ua中諧波的含量增加:
[0056]諧波電流流入阻抗遠高于電網(wǎng)阻抗的負載中，使得Ua產(chǎn)生較大的失真。
[0057]若切離電網(wǎng)的開關(guān)位于變壓器的原邊側(cè)，并網(wǎng)逆變器輸出的電流將流過變壓器的副邊，由于變壓