一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法技术

本发明专利技术公开了一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明专利技术通过计算工频故障阻抗和功率因数变化，经阻抗判据和功率因数判据，综合判断是否出现光伏电站单独带负荷运行的小孤岛以及光伏电站和变电站一起带负荷运行的大孤岛，一旦检测出孤岛立即跳开相应并网开关，以保护运行检修人员及设备的安全。本发明专利技术适用于大规模光伏电站集中并入电网变电站的模式，能够有效解决光伏电站独立发生孤岛和光伏电站带变电站母线一起发生孤岛两种情况下的孤岛保护问题。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法
本专利技术属于电力系统及其自动化
，更准确地说，本专利技术涉及一种解决光伏电站及其并网变电站防孤岛保护问题的方法。
技术介绍
随着光伏发电的发展，越来越多的大容量光伏电源通过集中送出线接入变电站。光伏电源接入变电站后，一旦变电站主供电源断开或者集中送出线路断开，都可能使电网出现非计划孤岛。一般而言，非计划孤岛包括两种情况，即光伏电站独立运行的小孤岛和光伏电站带变电站母线共同运行的大孤岛。如果仅光伏送出线路断开，则光伏电站将独立形成孤岛系统，此时即为光伏电站独立运行的小孤岛情况，如图2所示的两种类型。如果变电站主供电源断开，则将形成包括光伏系统和变电站在内的大范围孤岛，此时即光伏电站带变电站母线共同运行的大孤岛情况，如图3所示的两种类型。前者将直接威胁到光伏电站运行检修人员和设备的安全，后者则将可能进一步引起变电站内重合闸和备自投装置拒动，从而引起更大停电事故。因此，如何迅速地在检测出孤岛状态并切除相应光伏电站并网开关成为急需要解决的问题。目前，电网端孤岛检测的主要方法有：基于频率、电压偏移的被动法、基于负荷投切的主动法以及基于载波或者非特征信号的信号注入法。其中基于频率、电压偏移的被动检测法在功率平衡时存在死区较大、检测灵敏度不高等问题；负荷投切法需要增加一次设备且对电网存在一定扰动；信号注入法需要额外信号注入装置和信号接收装置，投资较大。从电网实际运行来看，电网内要形成非计划孤岛，一般是由故障导致元件开断或者元件无故障开断引起。因此，可以从元件开断前后电气信息变化特征出发，设计一种简单、可靠的孤岛检测方法。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中光伏电站孤岛检测方法的不足，提供一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，该方法基于工频故障阻抗检测和基于功率因数变化检测，简单、可靠，能够灵活适用于光伏电站及其接入的变电站对于防孤岛保护的要求。具体地说，本专利技术是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：1)实时采集本地电气量信息，所述本地电气量信息包括光伏电站送出线路的三相电流以及所接变电站母线的三相电压，根据采集的信息实时计算光伏电站送出线路的功率因数cosΦ以及电流突变量；2)判断是否接收到远方的跳闸命令，如果接收到跳闸命令则进入步骤5)，否则进入步骤3)；3)进行工频故障阻抗判据的判断：如步骤1)计算的电流突变量大于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续一段时间都大于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频故障阻抗Z，否则进入步骤4)；如计算出的工频故障阻抗Z大于整定阻抗Zset，则经过一定延时后判断光伏电站送出线路电流是否小于有流定值I1，如光伏电站送出线路电流小于有流定值I1，则认为发生光伏电站独立运行的小孤岛、进入步骤5)，如光伏电站送出线路电流不小于有流定值I1或者如计算出的工频故障阻抗Z不大于整定阻抗Zset，则进入步骤4)；4)进行功率因数判据的判断：当步骤1)计算的功率因数cosΦ的绝对值|cosΦ|小于功率因数定值cosΦls，且光伏电站送出线路的电流大于等于有流定值I1以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压定值U1，且经过一定延时功率因数判据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母线形成的大孤岛、进入步骤5)，否则返回步骤1)；5)根据接收的跳闸命令或者发生的小孤岛或大孤岛的情况，将相应光伏电站内并网馈线开关跳闸，完成保护。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，当满足以下三式任意之一时，闭锁功率因数判据：dv/dt≥dv/dt_vb(1)|cosΦ|≤cosΦb1(2)df/dt≥df/dt_fb(3)上述式(1)为电压滑差判断，式(2)为功率因数过低闭锁判据，式(3)为频率滑差判断，其中dv/dt、df/dt为检测到的电压、频率滑差值，dv/dt_vb、df/dt_fb为电压、频率滑差闭锁定值，cosΦb1为低功率因数闭锁定值。上述技术方案的进一步特征在于，所述dv/dt_vb的取值为80％-90％Un/s，Un为额定电压，df/dt_fb的取值为4-6Hz/s，cosΦb1的取值为正常运行功率因数的50％-60％。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，根据光伏电站所接变电站母线功率的流入方向，选择是否闭锁功率因数判据。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，电流启动阈值Izqs的取值为0.05-0.1In，In为正常运行时的额定负荷电流，整定阻抗Zset的取值为0.8-0.9Z1，Z1为光伏电站在最大运行方式下送出线路背侧的等值阻抗。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，如步骤1)计算的电流突变量大于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续5ms都大于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频故障阻抗Z。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，如计算出的工频故障阻抗Z大于整定阻抗Zset，则经过0.5s后判断光伏电站送出线路电流是否小于有流定值I1。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)和步骤4)中的有流定值I1的取值为额定值的5％-10％，步骤4)中的有压定值U1的取值为额定值的5％-10％，步骤4)中的功率因数定值cosΦls要求低于光伏电站正常输出功率因数控制值的90％-95％。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，当步骤1)计算的功率因数cosΦ的绝对值|cosΦ|小于功率因数定值cosΦls，且光伏电站送出线路的电流大于等于电流定值I1以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压定值U1，且经过0.5s功率因数判据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母线形成的大孤岛、进入步骤5)，否则返回步骤1)。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，工频故障阻抗Z的计算方法如下：3-1)采用相邻间隔为2周期瞬时值计算故障附加分量电流故障附加分量：Δi＝ik-ik-2T电压故障附加分量：Δu＝uk-uk-2T其中，ik、uk表示k时刻电流、电压瞬时值，ik-2T、uk-2T表示k之前两周期的电流、电压瞬时值，T为一个周期时间，按照上面两式子可求得时长为两个周期的电流故障附加分量的电流序列Δi以及电压故障附加分量的电压序列Δu；3-2)对求得的电压和电流序列，采用离散傅里叶方法计算基波幅值，对于任意一个正弦电气量有：则基波幅值其中，a1、b1为基波向量的实部和虚部，N为离散傅里叶方法计算采用的点数，xn表示第n+1个序列点；若xn为电压量，则求出的X为工频电压故障分量ΔU，如xn为电流量，则求出的X为工频电流故障分量ΔI；3-3)根据步骤3-2)计算得到的工频电压故障分量ΔU和工频电流故障分量ΔI，计算工频故障阻抗Z：Z＝ΔU/ΔI。本专利技术的有益效果如下：本专利技术基于工频故障阻抗检测和基于功率因数变化检测，较传统的频率、电压偏移法具有更高的灵敏度，同时简单、可靠，能够同时检测送出线路断开引起的小范围孤岛和变电站及其上级开关断开引起的大范围孤岛，有效解决光伏电站独立发生孤岛和光伏电站带变电站母线一起发生孤岛两种情况下的孤岛保护问题，灵活适用于光伏电站及其接入的变电站对于防孤岛保护的要求，具有较大的适应范围。附图说明图1是本专利技术实施例的防孤岛保护装置的功能单元关系图。图2是小孤岛示意图。图3是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，包括如下步骤：1）实时采集本地电气量信息，所述本地电气量信息包括光伏电站送出线路的三相电流以及所接变电站母线的三相电压，根据采集的信息实时计算光伏电站送出线路的功率因数cosΦ以及电流突变量；2）判断是否接收到远方的跳闸命令，如果接收到跳闸命令则进入步骤5），否则进入步骤3）；3）进行工频故障阻抗判据的判断：如步骤1）计算的电流突变量大于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续一段时间都大于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频故障阻抗Z，否则进入步骤4）；如计算出的工频故障阻抗Z大于整定阻抗Zset，则经过一定延时后判断光伏电站送出线路电流是否小于有流定值I1，如光伏电站送出线路电流小于有流定值I1，则认为发生光伏电站独立运行的小孤岛、进入步骤5），如光伏电站送出线路电流不小于有流定值I1或者如计算出的工频故障阻抗Z不大于整定阻抗Zset，则进入步骤4）；4）进行功率因数判据的判断：当步骤1）计算的功率因数cosΦ的绝对值|cosΦ|小于功率因数定值cosΦls，且光伏电站送出线路的电流大于等于有流定值I1以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压定值U1，且经过一定延时功率因数判据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母线形成的大孤岛、进入步骤5），否则返回步骤1）；5）根据接收的跳闸命令或者发生的小孤岛或大孤岛的情况，将相应光伏电站内并网馈线开关跳闸，完成保护。...

【技术特征摘要】
1.一种新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，包括如下步骤：1)实时采集本地电气量信息，所述本地电气量信息包括光伏电站送出线路的三相电流以及所接变电站母线的三相电压，根据采集的信息实时计算光伏电站送出线路的功率因数cosΦ以及电流突变量；2)判断是否接收到远方的跳闸命令，如果接收到跳闸命令则进入步骤5)，否则进入步骤3)；3)进行工频故障阻抗判据的判断：如步骤1)计算的电流突变量大于等于电流启动阈值Izqs，且确认连续一段时间都大于等于电流启动阈值Izqs后，则计算工频故障阻抗Z，否则进入步骤4)；如计算出的工频故障阻抗Z大于整定阻抗Zset，则经过一定延时后判断光伏电站送出线路电流是否小于有流定值I1，如光伏电站送出线路电流小于有流定值I1，则认为发生光伏电站独立运行的小孤岛、进入步骤5)，如光伏电站送出线路电流不小于有流定值I1或者如计算出的工频故障阻抗Z不大于整定阻抗Zset，则进入步骤4)；4)进行功率因数判据的判断：当步骤1)计算的功率因数cosΦ的绝对值|cosΦ|小于功率因数定值cosΦls，且光伏电站送出线路的电流大于等于有流定值I1以及光伏电站送出线路的电压大于等于有压定值U1，且经过一定延时功率因数判据没有被闭锁时，认为发生光伏电站和所接变电站母线形成的大孤岛、进入步骤5)，否则返回步骤1)；5)根据接收的跳闸命令或者发生的小孤岛或大孤岛的情况，将相应光伏电站内并网馈线开关跳闸，完成保护。2.根据权利要求1所述的新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤4)中，当满足以下三式任意之一时，闭锁功率因数判据：dv/dt≥dv/dt_vb(1)|cosΦ|≤cosΦb1(2)df/dt≥df/dt_fb(3)上述式(1)为电压滑差判断，式(2)为功率因数过低闭锁判据，式(3)为频率滑差判断，其中dv/dt、df/dt为检测到的电压、频率滑差值，dv/dt_vb、df/dt_fb为电压、频率滑差闭锁定值，cosΦb1为低功率因数闭锁定值。3.根据权利要求2所述的新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，所述dv/dt_vb的取值为80％-90％Un/s，Un为额定电压，df/dt_fb的取值为4-6Hz/s，cosΦb1的取值为正常运行功率因数的50％-60％。4.根据权利要求1所述的新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤4)中，根据光伏电站所接变电站母线功率的流入方向，选择是否闭锁功率因数判据。5.根据权利要求1～4任一所述的新型的光伏电站被动式防孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤3)中，电流启动阈值Izqs的取值为0.05-0.1In，In为正常运行时的额定负荷电流，整定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小立，唐冠军，刘志远，陈永华，王辉，徐海波，寿海宁，薛峰，许士光，罗剑波，李雪明，方勇杰，
申请(专利权)人：国网宁夏电力公司，国电南瑞科技股份有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64