分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法。本发明专利技术采用电压相位突变检测法与改进型主动电流扰动法相结合进行检测；所述的两种方法分别作为独立的检测模块，电压相位突变检测法主要针对本地负载呈电抗性的情况，改进型主动电流扰动法检测负载呈纯阻性或负载阻抗角|φ|<3.6°时的孤岛情况；所述的改进型主动电流扰动法，其在加周期性的扰动之前，首先判断输出电压的变化情况，然后施加与电压变化方向相同的扰动，使电流扰动不会存在孤岛检测中失效的情况。本发明专利技术在电网失压时能够有效的检测出孤岛的发生，避免了孤岛效应给系统设备和相关人员带来的安全隐患。

Operation detection method of anti islanding in grid connected mode of distributed generation

【技术实现步骤摘要】
分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法
本专利技术属于分布式电源运行检测
，涉及一种分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法。
技术介绍
如今能源危机正在加剧，人们对电能需求量的增大以及对电能质量要求的提高，分布式发电系统(DG)应运而生。当分布式发电系统与电网并网运行时，其本身以及整个系统的结构和运行方式都将发生重大变化。当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛现象，这种现象叫做DG的孤岛效应。孤岛一旦产生，将会带来很多问题：电能质量下降，孤岛小系统内功率不平衡，频率和电压都发生变化，很难保证电能质量；危及电网输电线路上维修人员的安全，因为一般认为主电网断开后系统将不会带电；影响自动重合闸，形成孤岛运行后，分布式电源可能仍对跳闸线路的另一端供电，造成检无压重合闸失败，或因孤岛与主系统失步，检同期合闸失败，从而引起不必要的停电。因此，当孤岛效应发生的时候，需要对其进行检测并采取保护措施，检测出孤岛的发生并对孤岛运行状态进行控制，使危害降低为最小，再根据具体情况控制计划孤岛运行或断开分布式发电装置阻止非计划孤岛的运行。孤岛效应与孤岛检测方法的研究是保证新式电力系统安全稳定可靠运行的关键问题，因此也就成为分布式发电技术的一个重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，其在分析逆变器端被动式检测方法中电压相位突变监测方法的基础上，提供一种基于电压相位突变检测与改进型主动电流扰动法相结合的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法。为此，本专利技术采用如下的技术方案：分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其采用电压相位突变检测法与改进型主动电流扰动法相结合进行检测；所述的两种方法分别作为独立的检测模块，电压相位突变检测法主要针对本地负载呈电抗性的情况，改进型主动电流扰动法检测负载呈纯阻性或负载阻抗角时的孤岛情况；所述的改进型主动电流扰动法，其在加周期性的扰动之前，首先判断输出电压的变化情况，然后施加与电压变化方向相同的扰动，使电流扰动不会存在孤岛检测中失效的情况。电压相位突变检测法具有检测速度快、不影响系统输出的电能质量，但存在检测盲区，改进型主动电流检测法只有在扰动周期到来的情况下才能检测出孤岛，二者组合式检测法理论上兼顾了两者优点，克服了各自的不足。进一步地，所述的改进型主动电流扰动法，在不加扰动时，输出电流跟随给定电流ig，即与电网同频同相的正弦信号，则逆变器输出电流io＝ig，添加扰动信号igd之后，逆变器输出电流为：io＝ig+igd＝(Ig+Id)sinwt，式中：Ig为电流给定幅值；Id为周期性扰动信号的幅值；w为电网角频率；t为时间；式中：UO(k)为本周期逆变器输出电压最大幅值；UO(k-1)为上一个周期逆变器输出最大幅值；设检测阀值范围为(0.88-1.10)Un，Un为电网额定电压幅值。进一步地，所述的电压相位突变检测法，只需要检测逆变器输出电流和端电压的相位误差，若超过相位阈值则关断逆变器，不影响电能质量和系统的暂态响应。缺点是电压相位突变检测法很能难提供可靠的孤岛检测阀值。进一步地，所述的电压相位突变检测法中，设定的相位阀值为3.6°。进一步地，按检测位置分为电网侧的远程检测法和逆变器端检测法。进一步地，发生孤岛时，若逆变器输出功率与本地负荷功率不匹配，则逆变器端输出电压和频率会发生很大变化，当超过检测阈值时，电压/频率继电器保护动作检测出孤岛。进一步地，发生孤岛时，当逆变器的输出功率与本地负荷功率相匹配时，其断网时输出电压和频率与并网工作时几乎相同，导致电压/频率继电器保护失败，进入检测盲区。进一步地，在Matlab仿真环境下对该组合式检测法进行仿真分析，分别在负载电阻呈电抗性和在负载呈纯阻性或负载阻抗角时进行孤岛检测分析；当负载电阻呈电抗性，运用电压相位突变检测法分别做出感性与容性两种情况下的仿真波形；负载呈纯阻性或负载阻抗角时，用改进型主动电流扰动法做出仿真波形。仿真结果表明，在负载电阻呈电抗性时，电压相位突变检测能快速地检测孤岛的发生；而当负载呈电阻性时，则利用改进型主动电流扰动法检测出孤岛现象，在多个并网发电系统并联运行的情况下也能实现无盲区检测。进一步地，所述的电压相位突变检测法，当电压的相位差大于3.6°或者小于-3.6°时，直接检测到孤岛发生，判断系统出现了孤岛情况。进一步地，所述的改进型主动电流扰动法，首先进行公共连接点A的电压判断，设置的检测阀值为(0.88-1.10)Um，其中Um为电网额定电压幅值，当A点电压在0.88Um<UA<1.1Um范围时，判断U0(k)>U0(k-1)情况，即当本周期逆变器输出电压最大幅值大于上一个周期逆变器输出电压最大幅值时，开始施加电流扰动；当施加扰动电流Iref＝Ig+Id后，电压超出阀值检测范围出现UA>1.1Um时或者当施加扰动电流Iref＝Ig-Id后，电压出现UA<0.88Um时，判断为孤岛发生。本专利技术在电网失压时能够有效的检测出孤岛的发生，避免了孤岛效应给系统设备和相关人员带来的安全隐患。附图说明图1为现有分布式电源孤岛检测方法的分类图；图2为现有孤岛效应监测原理图(即基于逆变器侧的孤岛检测电路图)；图3为现有电压相位突变检测原理图；图4为现有主动电流扰动法控制原理图；图5为本专利技术组合式孤岛检测方法的流程图；图6为本专利技术感性负载情况下的仿真波形图；图7为本专利技术容性负载情况下的仿真波形图；图8为本专利技术P>PL时的仿真波形图；图9为本专利技术P<PL时的仿真波形图。具体实施方式本实施例提供一种基于电压相位突变检测与改进型主动电流扰动法相结合的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法。下面对本专利技术方法的形成过程作如下说明。(1)分布式电源孤岛的检测方法孤岛检测方法按检测位置可分为两类：电网侧的远程检测法和逆变器端检测法，逆变器端检测法又可分为被动式检测法和主动式检测法，具体见图1。被动式检测方法是指通过直接测量分布式发电系统的输出功率的变化或PCC处电压或频率的变化来判断孤岛情况的，这类方法实现简单，不会影响电能质量，但是存在较大的检测盲区。主动式检测方法是通过对分布式发电系统的输出产生一个小的扰动，当分布式发电系统与电网正常并网运行时，小扰动对系统不足以产生影响；当孤岛产生时,主动产生的小扰动将会造成孤岛状态大的变化。即使在分布式发电系统输出功率与负载需求功率完全匹配的情况下,也会通过外部施加的扰动破坏系统平衡，造成系统电压、频率明显变动，从而检测出“孤岛”的存在，这类方法减小了检测盲区，但需要向并网电流注入扰动，可能会降低输出电能质量。(2)孤岛效应的检测原理图2为基于逆变器侧的孤岛检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，采用电压相位突变检测法与改进型主动电流扰动法相结合进行检测；/n所述的两种方法分别作为独立的检测模块，电压相位突变检测法主要针对本地负载呈电抗性的情况，改进型主动电流扰动法检测负载呈纯阻性或负载阻抗角|φ|<3.6°时的孤岛情况；/n所述的改进型主动电流扰动法，其在加周期性的扰动之前，首先判断输出电压的变化情况，然后施加与电压变化方向相同的扰动，使电流扰动不会存在孤岛检测中失效的情况。/n

【技术特征摘要】
1.分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，采用电压相位突变检测法与改进型主动电流扰动法相结合进行检测；
所述的两种方法分别作为独立的检测模块，电压相位突变检测法主要针对本地负载呈电抗性的情况，改进型主动电流扰动法检测负载呈纯阻性或负载阻抗角|φ|<3.6°时的孤岛情况；
所述的改进型主动电流扰动法，其在加周期性的扰动之前，首先判断输出电压的变化情况，然后施加与电压变化方向相同的扰动，使电流扰动不会存在孤岛检测中失效的情况。


2.根据权利要求1所述的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，所述的改进型主动电流扰动法，在不加扰动时，输出电流跟随给定电流ig，即与电网同频同相的正弦信号，则逆变器输出电流io＝ig，添加扰动信号igd之后，逆变器输出电流为：
io＝ig+igd＝(Ig+Id)sinwt，
式中：Ig为电流给定幅值；Id为周期性扰动信号的幅值；w为电网角频率；t为时间；



式中：UO(k)为本周期逆变器输出电压最大幅值；UO(k-1)为上一个周期逆变器输出最大幅值；设检测阀值范围为(0.88-1.10)Un，Un为电网额定电压幅值。


3.根据权利要求1或2所述的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，所述的电压相位突变检测法，只需要检测逆变器输出电流和端电压的相位误差，若超过相位阈值则关断逆变器。


4.根据权利要求3所述的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，所述的电压相位突变检测法中，设定的相位阀值为3.6°。


5.根据权利要求1或2所述的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测方法，其特征在于，按检测位置分为电网侧的远程检测法和逆变器端检测法。


6.根据权利要求1或2所述的分布式电源并网模式下防孤岛的运行检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：许烽，陆翌，王朝亮，丁超，郑眉，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33