一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法，属于光伏发电系统技术领域。本发明专利技术在孤岛后谐波电压升高和频率发生一定的偏移二者均满足动作条件时判出孤岛。本发明专利技术能够避免误判，而且因结合了谐波电压，频率判据不易误判，可以设定相对较小的频率动作阈值，从而提升灵敏度，缩小检测盲区，避免了过\欠频检测及谐波类检测方法单独使用时存在的问题。

A method of island detection based on multi band harmonic voltage and frequency

The invention discloses an island detection method based on multi band harmonic voltage and frequency, and belongs to the technical field of photovoltaic power generation system. In this invention, when the harmonic voltage rises and the frequency has a certain offset after the island, the island is judged when all of the two are satisfied with the action conditions. The invention can avoid misjudgment, but due to a combination of harmonic voltage and frequency criterion is not easy misjudgment, can set a frequency threshold of action is relatively small, so as to enhance the sensitivity, narrow the detection zone, to avoid the existence, frequency detection and harmonic detection method under such problems when used alone.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法
本专利技术属于光伏发电系统
，更准确地说本专利技术涉及一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法。
技术介绍
孤岛效应是指并网运行的光伏发电系统因电网故障或检修而与电网断开，形成一个光伏发电系统自给向负载供电的孤岛，如图1所示。孤岛的发生会带来一系列危害，若孤岛系统没有电压和频率的调节能力，孤岛系统中的电压和频率可能会发生较大的波动，对设备造成损坏；孤岛系统重新接入电网时，光伏发电系统的发电装置可能与电网不同步，可能产生很高的冲击电流，损害断路器和发电装置，甚至导致电网重新跳闸；孤岛发生后，备自投不能正确动作，可能导致小面积停电事故，影响部分地区供电可靠性和安全性；孤岛效应使得一些被认为与所有电源断开的线路带电，这给相关人员带来触电的危险。因此光伏发电系统应具备良好的孤岛检测能力，以安全可靠地输送高质量的电能。常见的孤岛检测方法中，过\欠频、过\欠压孤岛检测方法检测盲区较大，无法及时有效地检测出孤岛，当主电网跳闸时，光伏发电系统的非计划运行可能会对用户以及配电设备造成严重损害，此外，系统低频时，防孤岛过\欠频判据容易误动切除光伏，此时电网最需要电源的功率支撑，大量采用此种判据的防孤岛装置误动使电网雪上加霜，甚至导致大面积停电事故；谐波类孤岛检测方法检测盲区小，但随着电力电子设备在电力系统中的应用越来越广泛，以及电网中的非线性负荷，导致电网中谐波污染较大，不能忽视电网背景谐波的存在，这会使谐波类孤岛检测方法误动，随着光伏并网容量的大规模增加，并网光伏发电系统脱网问题对电网的安全稳定运行产生较大威胁，应尽量避免孤岛检测方法误动切除光伏发电系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
中所提到的孤岛效应的危害和过\欠频孤岛检测方法以及谐波类孤岛检测方法存在的问题，提出一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法。具体地说，本专利技术具体采用以下技术方案，包括以下步骤：1)设逆变器开关频率为fC，调制频率fS为50Hz，采集计算并网点5、7、11、13次谐波电压及fC±2fS特定频率处谐波电压和电网频率f的值，其中谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样；2)按以下公式计算谐波电压的变化率：其中，集合其元素分别对应并网点5、7、11、13次谐波及fC-2fS和fC+2fS特定频率处谐波，i为集合A中的第i个元素的序号，Ui为当前时刻第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，Ui_t秒前为t秒前第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，若任一dUi/dt大于设定的阈值，且持续时间大于Tqd，则谐波突变启动；3)谐波突变启动后，计算A中所有元素对应的特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数：其中，Ui_qd前为谐波突变启动前第i个特定次数或特定频率的谐波电压，U1为谐波突变启动前基波电压，ε为谐波电压含有率的测量精度；Ki为第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数；判断算得的各Ki是否超出变化倍数的设定阈值，并将超出的个数记为N：N＝card{Ki|Ki≥Ki_set,i∈A}其中，Ki_set为第i个特定次数谐波或特定频率处谐波电压的变化倍数的设定阈值；如N为0，则结束孤岛判断，否则根据N选择相应的频率偏移阈值Δf：其中，Δf1＜Δf2＜Δf3；4)如频率偏移量|f-50|大于选取的阈值Δf，即|f-50|＞Δf，且满足持续时间Tdz，则判断孤岛发生。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中，若谐波含量小于某一设定值，采用过零点算法测频，大于此设定值则采用傅里叶算法测频。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，谐波电压含有率的测量精度ε为0.2％。上述技术方案的进一步特征在于，t的取值为0.06秒至0.2秒，Tqd为0.06秒至0.1秒，Tdz为0.5秒至1秒。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术方法属于被动式孤岛检测方法，没有在光伏发电系统中加入扰动信号，从而不影响光伏发电系统的电能质量，不具有破坏性；(2)本专利技术谐波测量采用高速变频跟踪采用，保障了测量的速度和精度，频率的测量在谐波含量较低时采用受电压波动影响小的过零点算法，谐波含量大时采用受谐波影响小的傅里叶算法，保障测频的精度。(3)本专利技术结合多频段特定次谐波电压和频率的变化，不易误判，且因结合了谐波电压，频率判据不易误判，可以设定相对较小的频率动作阈值，从而提升灵敏度，缩小检测盲区。(4)本专利技术原理简单，不破坏电能质量，检测盲区较小，且不易误判，具有良好的工程实用性。附图说明图1为光伏发电系统孤岛效应示意图；图2为孤岛效应保护逻辑图；图3为孤岛前后并网点5次谐波电压波形图；图4为孤岛前后并网点7次谐波电压波形图；图5为孤岛前后频率波形图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：本实施例结合谐波电压与频率在孤岛前后的变化构成孤岛检测方法，其孤岛保护的实现逻辑如图2所示，即孤岛后谐波电压升高和频率发生一定的偏移二者均满足动作条件时判出孤岛。由于电网背景谐波较大时频率并未改变，从而避免误判。而且因结合了谐波电压，频率判据不易误判，可以设定相对较小的频率动作阈值，从而提升灵敏度，缩小检测盲区，避免了过\欠频检测及谐波类检测方法单独使用时存在的问题。具体步骤如下：步骤1：设逆变器开关频率为fC，调制频率fS为50Hz，采集计算并网点5、7、11、13次谐波电压及fC±2fS特定频率处谐波电压和电网频率f的值，谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样，保障测量的速度和精度，若谐波含量较小时(如谐波含量小于20％)可采用受电压波动影响小的过零点算法测频，较大时(如谐波含量不小于20％)可采用受谐波影响小的傅里叶算法测频，保障测频的精度。步骤2：分别计算谐波电压的变化率：其中，集合其元素分别对应并网点5、7、11、13次谐波及fC-2fS和fC+2fS特定频率处谐波，i为集合A中的第i个元素的序号，Ui为当前时刻第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，Ui_t秒前为t秒前第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，t的取值为0.06秒至0.2秒，若任一dUi/dt大于设定的阈值，且持续时间大于Tqd，则谐波突变启动；该设定的阈值表明谐波电压的变化快慢的关注程度，具体可根据工程实际情况进行整定；Tqd一般为3至5个周波，即0.06秒至0.1秒，如可取0.06秒。步骤3：谐波突变启动后，计算A中所有元素对应的特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数：其中，Ui_qd前为谐波突变启动前第i个特定次数或特定频率的谐波电压，U1为谐波突变启动前基波电压，ε为谐波电压含有率的测量精度，可取0.2％；Ki为第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数；判断算得的各Ki是否超出变化倍数的设定阈值，并将超出的个数记为N，即：N＝card{Ki|Ki≥Ki_set,i∈A}其中，Ki_set为第i个特定次数谐波或特定频率处谐波电压的变化倍数的设定阈值；如N为0，则结束孤岛判断，否则根据N选择相应的频率偏移阈值Δf：其中，Δf1＜Δf2＜Δf3，表明对频率偏移的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设逆变器开关频率为fC，调制频率fS为50Hz，采集计算并网点5、7、11、13次谐波电压及fC±2fS特定频率处谐波电压和电网频率f的值，其中谐波的测量采用17920‑38400Hz高速变频跟踪采样；2)按以下公式计算谐波电压的变化率：

【技术特征摘要】
1.一种基于多频段谐波电压与频率的孤岛检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设逆变器开关频率为fC，调制频率fS为50Hz，采集计算并网点5、7、11、13次谐波电压及fC±2fS特定频率处谐波电压和电网频率f的值，其中谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样；2)按以下公式计算谐波电压的变化率：其中，集合其元素分别对应并网点5、7、11、13次谐波及fC-2fS和fC+2fS特定频率处谐波，i为集合A中的第i个元素的序号，Ui为当前时刻第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，Ui_t秒前为t秒前第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，若任一dUi/dt大于设定的阈值，且持续时间大于Tqd，则谐波突变启动；3)谐波突变启动后，计算A中所有元素对应的特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数：其中，Ui_qd前为谐波突变启动前第i个特定次数或特定频率的谐波电压，U1为谐波突变启动前基波电压，ε为谐波电压含有率的测量精度；Ki为第i个特定次数谐波电压或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永华，王森，唐冠军，陈汹，李雪明，许士光，薛峰，罗剑波，陈勇，周汝勇，邹亚平，凌超，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32