CN103050990A - 一种采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，包括PV阵列；逆变器，与PV阵列的输出端相连接；滤波器；参数检测模块,用于实时检测公共耦合点处的电压V、电流C和频率f；负载；断路器；电网；和控制器，包括小波计算模块和监视与控制模块；小波计算模块接收参数检测模块传来的公共耦合点处的电压V和电流C，计算小波功率P_wt并发送至监视与控制模块；监视与控制模块还接收参数检测模块传来的公共耦合点处的率f，其输出端与逆变器相连接，以控制逆变器的开断；逆变器的输出端通过滤波器和参数检测模块，一路与负载相连，另一路通过断路器与电网相连。本发明能够准确地检测出孤岛现象。

Description

一种采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统

技术领域

本发明涉及一种分布式发电系统。具体来说，涉及一种通过检测PCC电压和电流信号的并应用小波变换技术进行孤岛检测的分布式发电系统。

背景技术

由于化石燃料日益枯竭，可再生能源越来越受到人们的重视。与电网连接的分布式发电（DG）与各种分布式能源（DER）技术大大提高了电力系统的运行。前景最好的分布式发电技术包括光伏发电，风力涡轮机，燃料电池，微型燃气轮机，燃气轮机，内燃机等等。分布式发电有助于改善电能的质量，可以最大限度地减少峰值负荷，降低备用电的需求。

分布式电源与电网相连的最大挑战在于如何快速准确地检测出非计划性孤岛，IEEE1547和IEEE929标准定义了DER与电网互连的各种标准。DER与配电系统的连接点称为公共耦合点（PCC）。孤岛现象是指局部分布式系统与电网断开，单独给负载供电的现象。DG系统发生孤岛时会产生严重的后果，例如孤岛带电可能会危及检修人员的人身安全。因此，分布式发电系统中的孤岛检测具有非常重要的意义。通常，电网故障发生孤岛现象时，要断开分布式发电的逆变器。

孤岛检测方法分为主动法，被动法和基于通信法。被动法是DER互连电网中最早提出的方法，主动法克服了被动法的缺点。与被动法和主动法相比，基于通信法更可靠但是不够经济。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种能够准确地检测出孤岛现象的采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，可以有效地区分暂态过程和孤岛现象。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明包括PV阵列；逆变器，与PV阵列的输出端相连接；滤波器；

参数检测模块,位于整个检测系统的公共耦合点处，用于实时检测公共耦合点处的电压V、电流C和频率f；负载；断路器；电网；和控制器，包括小波计算模块和监视与控制模块；小波计算模块接收参数检测模块传来的公共耦合点处的电压V和电流C，计算小波功率P_wt并发送至监视与控制模块；监视与控制模块还接收参数检测模块传来的公共耦合点处的率f，其输出端与逆变器相连接，以控制逆变器的开断；逆变器的输出端通过滤波器和参数检测模块，一路与负载相连，另一路通过断路器与电网相连。

上述参数检测模块中，电压V和电流C分别采用电压互感器和电流互感器来测量，频率f采用锁相环电路来测量。

上述控制器具体采用的是DSP处理器。

上述监视与控制模块预先设定监控时间为T，预先设定公共耦合点处频率阀值为f_MAX、小波功率阀值为P_MA，上述控制器的控制方法具体包括以下几个步骤：

步骤（A）：小波计算模块对电压V和电流C分别作N级小波变换，得到前N级小波系数cCD_k和cVD_k（k=1,2……N），由此可以计算小波功率P_wt：

$P_{\mathrm{wt}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}c{\mathrm{CD}}_k\·c{\mathrm{VD}}_k$

其中，N为小波变换的级数；

步骤（B）：监控时间T内，监视与控制模块将频率f和小波功率P_wt分别与频率阀值f_MAX和小波功率阀值P_MAX比较；

如果频率f和/或小波功率P_wt分别大于频率阀值f_MAX和小波功率阀值P_MAX，则监视与控制模块发送跳闸信号控制逆变器断开，整个发电系统停止运行；

否则，转向步骤（A）继续检测。

本发明可以有效地区分暂态过程和孤岛现象；与傅立叶变换不同，小波变换更适用于电力系统的故障信号和扰动信号为非周期性信号，或者基波中包含脉冲成分的情况，时域信息使该系统更加具有优势；本发明与传统的被动孤岛检测法相比更快跟稳定，当负载功率和逆变器输出功率匹配时，本系统能够准确地检测出孤岛现象；本发明与注入扰动信号的主动检测法相比，小波变换孤岛检测对电网没有负面影响。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是实施例中控制器的控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明整个发电系统包括PV阵列1(光伏发电系统阵列)、逆变器2（本实施例具体采用的是单相逆变器）、滤波器3、参数检测模块4、负载5、断路器6、电网7、控制器8部分。控制器8包括小波计算模块9和监视与控制模块10，小波计算模块9的输出端与监视与控制模块10其中一个输入端相连接。

其中，PV阵列1的输出端与单相逆变器的输入端相连，单相逆变器的输出端通过滤波器3和参数检测模块4，一路与负载5相连，另一路通过断路器6与电网7相连。

参数检测模块4位于整个发电系统的公共耦合点（以下简称PCC）处，实时检测PCC点处的电压V、电流C和频率f，并将电压V和电流C输出至小波计算模块9的输入端，频率f输出至监视与控制模块10另外一个输入端，监视与控制模块10的输出端与单相逆变器相连，以控制单相逆变器的开断。

本发明同时计算PCC节点的小波功率，并检测PCC节点的频率，采用阀值法判断孤岛现象的发生。本发明的发电系统正常运行时，单相逆变器和断路器6都导通运行,当电路中由于某种故障使断路器6断开时，能够通过参数检测模块4和控制器8检测到该事件的发生，并且控制单相逆变器断开。

本实施例，参数检测模块4中，电压信号V和电流信号C可分别采用电压互感器和电流互感器来测量，频率信号f可采用单相锁相环（简称PLL）电路来测量，检测时间周期为0.05s。

本实施例，控制器8可采用DSP处理器，进行小波分解和分析。

参见图2，监视与控制模块10预先设定监控时间T为0.05s，预先设定公共耦合点处频率阀值为f_MAX、小波功率阀值为P_MA，本发明控制器8的控制方法具体包括以下几个步骤：

步骤（A）：小波计算模块9接收参数检测模块4,传来的PCC点处的电压V和电流C，对其分别作N级小波变换，得到前N级小波系数cCD_k和cVD_k（k=1,2,3,4,5），由此可以计算小波功率P_wt：

$P_{\mathrm{wt}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{cCD}}_k\·{\mathrm{cVD}}_k$

其中N为小波变换的级数，本实施例中，N=5。

步骤（B）：监视与控制模块10接收参数检测模块4传来的PCC点处的频率f，以及小波计算模块9算得的小波功率P_wt，控制信号每0.05s检查一次频率f和小波功率P_wt；（对小波功率用阀值法检测电网7断路器6是否断开），当小波功率P_wt大于小波功率阀值P_MAX时，可认为孤岛发生，当检测点的频率f超过频率阀值f_MAX，亦可判断孤岛发生，当PCC节点小波功率P_wt和频率f分别同时大于频率阀值f_MAX和小波功率阀值P_MAX，则认为孤岛发生，控制单相逆变器使分布式发电系统在0.05s内断开；否则，转向步骤（A）继续检测。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，其特征在于，包括

PV阵列（1）；

逆变器（2），与PV阵列（1）的输出端相连接；

滤波器（3）；

参数检测模块（4）,位于整个检测系统的公共耦合点处，用于实时检测公共耦合点处的电压V、电流C和频率f；

负载（5）；

断路器（6）；

电网（7）；和

控制器（8），包括小波计算模块（9）和监视与控制模块（10）；所述小波计算模块（9）接收参数检测模块（4）传来的公共耦合点处的电压V和电流C，计算小波功率P_wt并发送至监视与控制模块（10）；所述监视与控制模块（10）还接收参数检测模块（4）传来的公共耦合点处的率f，其输出端与逆变器（2）相连接，以控制逆变器（2）的开断；

所述逆变器（2）的输出端通过滤波器（3）和参数检测模块（4），一路与负载（5）相连，另一路通过断路器（6）与电网（7）相连。

2.根据权利要求1所述的采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，其特征在于，

所述参数检测模块（4）中，电压V和电流C分别采用电压互感器和电流互感器来测量，频率f采用锁相环电路来测量。

3.根据权利要求1所述的采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，其特征在于，

所述控制器（8）具体采用的是DSP处理器。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的采用小波变换进行孤岛检测的分布式发电系统，其特征在于，

所述监视与控制模块（10）预先设定监控时间为T，预先设定公共耦合点处频率阀值为f_MAX、小波功率阀值为P_MA，

所述控制器（8）的控制方法具体包括以下几个步骤：

步骤（A）：所述小波计算模块（9）对电压V和电流C分别作N级小波变换，得到前N级小波系数cCD_k和cVD_k（k=1,2……N），由此可以计算小波功率P_wt：

$P_{\mathrm{wt}}=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{\mathrm{cCD}}_k\·{\mathrm{cVD}}_k$

其中，N为小波变换的级数；

步骤（B）：监控时间T内，所述监视与控制模块（10）将所述频率f和小波功率P_wt分别与频率阀值f_MAX和小波功率阀值P_MAX比较；

如果所述频率f和/或小波功率P_wt分别大于频率阀值f_MAX和小波功率阀值P_MAX，则所述监视与控制模块（10）发送跳闸信号控制逆变器（2）断开，整个发电系统停止运行；

否则，转向步骤（A）继续检测。

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