本發(fā)明屬于集中式大型光伏電站技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及大型光伏電站孤島運(yùn)行的檢測(cè)方法。（本文所述集中式大型光伏電站指總裝機(jī)容量大于20mw）。

背景技術(shù)：

光伏電站孤島運(yùn)行是指當(dāng)光伏電站與電力系統(tǒng)主網(wǎng)斷開(kāi)后，光伏電站形成一個(gè)孤島并能維持功率或電壓輸出運(yùn)行的一種現(xiàn)象。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（gb50797-2012）9.3.4條規(guī)定：對(duì)于大型光伏電站，公用電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置必須保障公用電網(wǎng)故障時(shí)切除光伏電站，光伏電站可不設(shè)置防孤島保護(hù)。

國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》(q/gdw617-2011)8.2.2條規(guī)定：對(duì)于大型光伏電站，公用電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置必須保障公用電網(wǎng)故障時(shí)切除光伏電站，光伏電站可不設(shè)置防孤島保護(hù)。

光伏逆變器廠家均承諾逆變器可以有效地防止孤島運(yùn)行的發(fā)生。但是，當(dāng)光伏電站并聯(lián)逆變器支路較多時(shí)，其孤島運(yùn)行情況仍然存在。

目前，光伏電站的孤島防范作用是靠逆變器自身孤島防范功能實(shí)現(xiàn)的。逆變器防范功能是通過(guò)電力逆變器定時(shí)產(chǎn)生干擾信號(hào)，觀察電網(wǎng)是否受到影響作為判斷依據(jù)。

現(xiàn)階段光伏逆變器孤島保護(hù)功能是針對(duì)單一逆變器單元設(shè)計(jì)的，在單一逆變器單元運(yùn)行情況下具有防范孤島運(yùn)行作用。

在實(shí)際運(yùn)行中光伏電站與電力系統(tǒng)主網(wǎng)斷開(kāi)后（圖1中開(kāi)關(guān)k1或k2斷開(kāi)），光伏電站便進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)。

孤島運(yùn)行時(shí)逆變器輸出電壓及頻率出現(xiàn)異常，用電設(shè)備因電壓、頻率突然升高而造成損毀。（甘肅金昌某光伏電站2014年就因?yàn)楣聧u運(yùn)行使得所用電壓不穩(wěn)而將控制室后臺(tái)電腦燒毀的實(shí)例。其孤島運(yùn)行電壓波形見(jiàn)圖2，圖3）

現(xiàn)有逆變器自身孤島檢測(cè)方法存在局限性，無(wú)法檢測(cè)出多支路并網(wǎng)逆變器的孤島運(yùn)行狀態(tài)。

當(dāng)光伏電站和主電網(wǎng)斷開(kāi)后，單個(gè)逆變器的孤島防范功能將無(wú)法起到電站的孤島保護(hù)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出基于電壓、頻率、過(guò)激磁電氣量異常的一種有效檢測(cè)方法，在多饋線并網(wǎng)線路斷開(kāi)情況下發(fā)生孤島運(yùn)行情況均能夠有效檢測(cè)出孤島運(yùn)行并通過(guò)邏輯判據(jù)跳閘，及時(shí)消除孤島現(xiàn)象。

本發(fā)明成果實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案如下：

一種集中式光伏電站孤島運(yùn)行檢測(cè)方法，選取有共性的電壓、頻率、過(guò)激磁三個(gè)電氣量作為判別異常的一種檢測(cè)方法，具體通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1：選定電壓和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)位置信號(hào)作為輸入量；

步驟2：當(dāng)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)算電壓幅值、頻率、過(guò)激磁；

判別公式如下：

（1）；

（2）；

（3）

其中：為電壓有效值，為頻率有效值，為額定電壓，為額定頻率，為電壓整定值，為頻率整定值，為過(guò)激磁倍數(shù)，為電壓標(biāo)幺值，為頻率標(biāo)幺值。

步驟3：判別公式（1）、（2）、（3），其中任何一個(gè)判別公式成立，則可判定孤島運(yùn)行情況發(fā)生。

將所述步驟3中判別公式（1）、（2）、（3）擴(kuò)展至保護(hù)跳閘邏輯中，延時(shí)0.1s，發(fā)出跳閘命令，開(kāi)關(guān)跳閘，孤島運(yùn)行現(xiàn)象消除。

本發(fā)明立足電氣量異常的孤島檢測(cè)治理方法，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

檢測(cè)多個(gè)電氣量，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；

判據(jù)邏輯計(jì)算簡(jiǎn)易，易于實(shí)現(xiàn)；

在光伏電站孤島運(yùn)行時(shí)快速跳閘，防范孤島運(yùn)行。

本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，適用范圍較廣。在多饋線并網(wǎng)線路斷開(kāi)情況下發(fā)生孤島運(yùn)行情況均能夠有效檢測(cè)出孤島運(yùn)行并通過(guò)邏輯判據(jù)跳閘，及時(shí)消除孤島現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

圖1為集中式大型光伏電站電氣主接線圖；

圖2為光伏電站孤島運(yùn)行電壓及電流波形圖；

圖3為光伏電站孤島運(yùn)行電壓波形圖；

圖4為50mw并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型主電路圖；

圖5為50mw并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島運(yùn)行等效電路圖；

圖6為matlab仿真光伏電站孤島運(yùn)行箱變電流波形圖；

圖7為matlab仿真光伏電站孤島運(yùn)行箱變電壓波形圖；

圖8為孤島運(yùn)行保護(hù)邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

光伏電站逆變器支路經(jīng)箱變升壓至35kv交流電后匯接到35kv母線上，經(jīng)35kv線路或主變壓器升壓至110kv送入電力系統(tǒng)主網(wǎng)并網(wǎng)。并網(wǎng)線路發(fā)生故障，開(kāi)關(guān)k1或k2跳閘，短時(shí)間內(nèi)，各條逆變器支路不能迅速斷開(kāi)，35kv光伏饋線上的逆變器支路斷續(xù)運(yùn)行并輸出電能，通過(guò)35kv母線彼此往返充放電，形成孤島效應(yīng)。具體并網(wǎng)接線方式見(jiàn)圖1。

圖1中開(kāi)關(guān)k1或開(kāi)關(guān)k2斷開(kāi)后，35kv光伏饋線之間相互充放電，導(dǎo)致電壓、頻率、過(guò)激磁等電氣量突變。

根據(jù)電氣量判別公式檢測(cè)出孤島運(yùn)行情況。

將孤島運(yùn)行情況的邏輯公式擴(kuò)展至保護(hù)跳閘邏輯中，在檢測(cè)到孤島運(yùn)行時(shí)迅速跳閘，實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行的抑制作用。孤島運(yùn)行保護(hù)邏輯圖見(jiàn)圖8。

具體步驟如下：

首先，利用測(cè)控裝置檢測(cè)到的電壓、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)k1或k2的位置信號(hào)作為輸入變量。

計(jì)算35kv母線0.1s內(nèi)變化的、、。

設(shè)定整定值、、分別為、、（為過(guò)激磁倍數(shù)整定值）。

根據(jù)計(jì)算出的電氣量、、大小判斷孤島是否發(fā)生，判據(jù)如下：

（1）

（2）

（3）

當(dāng)公式（1）、（2）、（3）中任一個(gè)成立，則孤島發(fā)生。

當(dāng)孤島發(fā)生且持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.1s，發(fā)出跳閘命令，開(kāi)關(guān)跳閘，孤島運(yùn)行現(xiàn)象消除。

圖2和圖3是調(diào)研運(yùn)行50mw光伏電站110kv并網(wǎng)線路故障后采集的電壓和電流錄波圖。由圖2和圖3可見(jiàn)，發(fā)生孤島時(shí)，電壓波形發(fā)生畸變，電壓幅值突變，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

其中，孤島故障發(fā)生在t=0s時(shí)刻，持續(xù)時(shí)間t>3s（故障錄波一次僅能記錄3s時(shí)長(zhǎng)）。

50mw并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型如圖4所示。該模型按圖1集中式大型光伏電站電氣接線圖所搭建，圖中光伏廠區(qū)發(fā)電系統(tǒng)逆變模塊選用與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作原理完全相同的igbt三相全橋逆變電路，輸出電壓為270v（線電壓），輸出功率為500kw。本地負(fù)載采用三角形接法的rlc并聯(lián)電路。經(jīng)箱變升壓至35kv后經(jīng)變壓器升壓至110kv輸送至電網(wǎng)。該模型參數(shù)完全按50mw光伏電站匯流支路實(shí)際參數(shù)配置。

圖5為光伏電站孤島運(yùn)行時(shí)的等效電路圖。并網(wǎng)線路發(fā)生故障，開(kāi)關(guān)k1或k2跳閘，短時(shí)間內(nèi)，各條逆變器支路不能迅速斷開(kāi)，35kv光伏饋線上的逆變器支路斷續(xù)運(yùn)行并輸出電能，通過(guò)35kv母線彼此往返充放電，形成孤島效應(yīng)。

圖6為光伏電站孤島運(yùn)行時(shí)箱變高壓側(cè)電流波形，箱變高壓側(cè)與35kv母線連接，多個(gè)箱變高壓側(cè)電流之和為母線電流，由圖可見(jiàn)兩者電流波形變化情況一致。

圖7為光伏電站孤島運(yùn)行時(shí)箱變高壓側(cè)電壓波形，箱變高壓側(cè)與35kv母線連接，箱變高壓側(cè)電壓即為母線電壓，由圖可見(jiàn)電壓波形發(fā)生畸變，電壓幅值突變，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

從波形圖可以看出，在并網(wǎng)線路斷開(kāi)后，電壓在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)突變，頻率激增，孤島運(yùn)行現(xiàn)象發(fā)生。且與通過(guò)設(shè)定的判別條件判定一致。

通過(guò)多次分析現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障時(shí)的錄波波形與仿真結(jié)果，得出的結(jié)論一致。表明所述的檢測(cè)方法準(zhǔn)確有效。

圖8為孤島運(yùn)行保護(hù)邏輯圖。將判據(jù)結(jié)果輸入跳閘邏輯，完成孤島保護(hù)跳閘作用，起到防范孤島作用。