一种微网孤岛状态的检测方法技术

根据微网的自身特点，本发明专利技术公开了一种微网孤岛状态的检测方法。该方法步骤如下：①检测微网运行中电气特征量；②判断负荷端电压是否在定值之上，若成立则进入步骤③，否则，认为微网未进入孤岛状态；③判断频率变化率是否大于定值上限，若成立则发送跳闸信号后结束，否则进入步骤④；④检测判断频率变化率是否大于定值下限时，如果是再判断相位差是否大于相位差整定值，若成立则亦结束检测，发送跳闸信号；否则进入步骤⑤；⑤延时一段时间后，再判断相位差是否大于相位差整定值，如果是，则也发送跳闸信号；否则，认为微网未进入孤岛状态。本发明专利技术与已有的检测方法相比，具备快速检测和可靠检测的特点，同时还保证了相当高的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微网技术，具体涉及一种微网孤岛状态检测的方法，该方法是一种基于频率变化率和相位变化量协调判断的综合方法。
技术介绍
随着社会对供电可靠性要求的提高和可再生清洁能源发电技术的飞速发展，微网作为一种新的电网形式得到了越来越多的重视，但微网的应用还面临一系列需要解决的科学技术问题。其中，由于故障或扰动引起的微网孤岛效应就是一个巨大挑战。在目前孤岛效应利用技术不是很成熟的前提下冒然形成孤岛，将对用户造成巨大的冲击，同时也违背了电力系统安全性最高准则。因此，微网中必须配置孤岛检测方案，在检测到非计划孤岛发生时，需要快速、及时地断开微网中分布式发电机，以确保电力系统的安全。目前的微网孤岛检测方法主要分为基于通讯的孤岛检测方法和局部孤岛检测方法。其中基于通讯的孤岛检测方法又可分为联锁跳闸法和电力线载波通讯法；而局部孤岛检测方法主要分为被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法。 在基于通信的孤岛检测方法中，联锁跳闸法对有着固定拓扑结构的馈线来说简单 并且有效，但如果系统中有多个自动开关且馈线拓扑变化时，联锁跳闸方法可能变得相当 复杂；电力线载波通讯法使用电力线作为信号的传送工具，不必考虑拓扑结构的改变，实行 容易，但需要使用信号发生器和降压变压器，造成检测成本高、代价大。 主动式孤岛检测方法通过向电网注入扰动，根据相应的系统响应来检测孤岛效 应。但在微网中，由于多台分布式发电机需要注入多个干扰，这些注入的干扰相互影响，势 必影响系统的响应，从而降低了检测的可靠性。 被动式孤岛检测方法是通过检测不同的系统参数来判断孤岛产生与否，这种方法 无需对系统运行施加影响，所以对电网无干扰，对电能质量无影响。其原理是当微网和大电 网并网运行时，由于大电网的支持，系统的电压幅值、相位和频率恒定不变；当由于微电网 和大电网断开即孤岛发生时，微网中分布式发电机提供的功率和负荷消耗的功率不相等， 使得系统中电压幅值、相位和频率发生变化。因此通过检测电压幅值、相位和频率就可以判 读是否发生了孤岛。 常用的被动式孤岛检测有两种方法，一种是频率变化率法，该方法的原理是当微 网孤岛发生时，分布式电源提供的功率和负荷消耗的功率存在着功率不平衡，分布式发电 机的输出功率变化导致微网频率的变化。频率变化率与功率不平衡量之间的关系，可由式 (1)表示:「 。， # d。人 m 其中，f为微网的实际频率，t为系统的时间，为负荷消耗的功率，PDe为分布式 发电机的输出功率，fn为系统的额定频率，H为分布式发电机的惯性时间常数，Pffl为分布式 发电机的额定功率。3 如果给定频率变化率整定值f' w，可得到频率变化率孤岛检测方法如下2 a:, (2) 当式(2)满足条件时，即可判断微网进入孤岛状态。该方法检测盲区小、灵敏度 高，但是在有功功率差额非常小时，有可能会进入检测死区，并且在系统经历大扰动的情况 下容易产生误判。 另一种是相位变化法，该方法的原理是当微网孤岛发生时，由于发电机电动势和 机端电压存在电压降及相位差，分布式发电系统所负担的负荷增加或减少，将相应的引起 机端电压和电动势的相位差增大或减小。利用这种相位差的变化可得到如下判据 A 9 > a set (3) 当式(3)成立时，认为微网进入孤岛状态。A 9为负荷端电压相位变化量；a^ 为负荷端电压相位变化量的整定值。该方法在有功功率差额较小时仍能检测出孤岛状态， 不受系统扰动影响，但是该方法在有功功率差额较大时，检测时间慢，不能满足快速检测的 要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该检测方法快速、灵敏，并 且可以有效地防止在系统干扰时的误判。 本专利技术提供的，其特征在于，该方法包括下述步 骤 (1)微网运行中，实时测量负荷的端电压V、微网的运行频率f和频率变化率^ ; (2)判断V是否大于预先设定的负荷端电压的门槛值V^it，如果是，则转入步骤 (3)，否则令跳闸信号trip = O，转入步骤(6); (3)判断频率变化率f是否大于频率变化率的整定值上限f' ^，如果是则令跳 闸信号trip = l，并转入步骤(6)，否则转入步骤(4); (4)判断频率变化率f是否大于频率变化率的整定值下限f' min，如果是则转入 步骤(5)，否则延时t后，转入步骤(5); (5)判断负荷端电压相位变化量A 9是否超过相位变化继电器的阈值a ^，如果 是则令跳闸信号trip = l，转入步骤(6);否则，令跳闸信号trip = O，转入步骤(6); (6)当trip = 0时，则认为微网没有发生孤岛，发出闭锁信号；当trip = 1时，表 示微网孤岛发生，发出跳闸信号；转入步骤(7); (7)结束检测。 本方法采用判断频率变化率和相位变化量相结合的方法，在有功功率差额较大时 频率变化率法灵敏快速，而在有功功率差额较小时相位变化量法灵敏快速。这种相结合的 方法在任意情况下，可以快速、灵敏地检测出微网孤岛状态，并且可以有效地防止在系统干 扰时的误判。附图说明 图1是本专利技术方法的流程图； 图2是实例的仿真电路图； 图3是实例孤岛后的频率变化率仿真图； 图4是实例孤岛后的相位变化量仿真图。具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细的说明。图l是本专利技术方法的流程图，图中，V为负荷的端电压；V^it负荷端电压的门槛值；f为微网的实际频率；t为系统的时间；f'^为频率变化率的整定值上限；f' min为频率变化率的整定值下限；A 9为负荷端电压相位变化量；a^为负荷端电压相位变化量的整定 值；trip为跳闸信号，当trip = 0，表示没有孤岛发生，和分布式发电机相连的断路器不跳 闸，当trip = l，表示孤岛发生，和分布式发电机相连的断路器跳闸。 本方法的具体实施步骤如下 (1)微网运行中，实时测量负荷的端电压V、微网的运行频率f和频率变化率- (2)判断V是否大于负荷端电压的门槛值Vlimit (Vlimit为电机额定电压的 85%-95%)，如果是，则转入步骤(3)，否则令跳闸信号trip二0，转入步骤(6); (3)判断频率变化率+是否大于频率变化率的整定值上限f' max(f' _—般设定 为0.5Hz/s-lHz/s)，如果是则令跳闸信号trip = l，并转入步骤(6)，否则转入步骤(4); (4)判断频率变化率+是否大于频率变化率的整定值下限f' min(f' ^—般设定为0. lHz/s-O. 5Hz/s)，如果是则转入步骤(5)，否则延时t (t 一般设定为0. 3 3秒)后， 转入步骤(5); (5)判断负荷端电压相位变化量A 9是否超过相位变化继电器的阈值a ^(通常 设为2° 20° )，如果是则令跳闸信号trip二l，转入步骤(6);否则，令跳闸信号trip二 O，转入步骤(6); (6)当trip = 0时，则认为微网没有发生孤岛，发出闭锁信号；当trip = 1时，表 示微网孤岛发生，发出跳闸信号；转入步骤(7); (7)结束检测。 实例 采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立如图2所示的仿真电路。 主电网为50MVA的理想电源，分布式电源DG采用同步发电机，容量为5. 4MVA，有功 功率为4. 6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微网孤岛状态的检测方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：（１）微网运行中，实时测量负荷的端电压Ｖ、微网的运行频率ｆ和频率变化率ｄｆ／ｄｔ；（２）判断Ｖ是否大于预先设定的负荷端电压的门槛值Ｖ↓［ｌｉｍｉｔ］，如果是，则转入步骤（３），否则令跳闸信号ｔｒｉｐ＝０，转入步骤（６）；（３）判断频率变化率ｄｆ／ｄｔ是否大于频率变化率的整定值上限ｆ′↓［ｍａｘ］，如果是则令跳闸信号ｔｒｉｐ＝１，并转入步骤（６），否则转入步骤（４）；（４）判断频率变化率ｄｆ／ｄｔ是否大于频率变化率的整定值下限ｆ′↓［ｍｉｎ］，如果是则转入步骤（５），否则延时ｔ后，转入步骤（５）；（５）判断负荷端电压相位变化量Δθ是否超过相位变化继电器的阈值α↓［ｓｅｔ］，如果是则令跳闸信号ｔｒｉｐ＝１，转入步骤（６）；否则，令跳闸信号ｔｒｉｐ＝０，转入步骤（６）；（６）当ｔｒｉｐ＝０时，则认为微网没有发生孤岛，发出闭锁信号；当ｔｒｉｐ＝１时，表示微网孤岛发生，发出跳闸信号；转入步骤（７）；（７）结束检测。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林湘宁，赵志敏，李正天，薄志谦，郑胜，翁汉琍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]