CN103728522B - 基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测系统，包括中央控制器，中央控制器通过卫星授时获得与国际标准时间保持同步的秒脉冲信号，中央控制器从大电网与微电网之间的公共连接点采集电压信号，中央控制器与并网逆变器控制单元通信。本发明不需要随时对并网逆变器输出电流进行周期性扰动，仅在公共连接点电压正向过零点的相对相位变化较大、推断可能发生孤岛现象时，才通过微电网管理网络通知并网逆变器输出功率因数发生变化，从而进一步的确认是否真正发生孤岛现象，因此采用本发明方法进行孤岛检测对电能质量造成影响较小。
Description
技术领域
本发明涉及微电网系统领域，尤其涉及一种基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法及系统。
背景技术
孤岛是指电网故障导致微电网与公共电网断开，微电网内的分布式电源继续向本地负载供电，形成电力供应的“孤岛”。微电网在并网与孤岛情况下的控制模式完全不同，必须及时检测出孤岛并适时进行控制模式的切换。
目前，多数孤岛检测方法是在并网逆变器内植入孤岛检测算法进行孤岛检测。并网运行时，并网逆变器发出扰动，采样转换电路将公共连接点（PCC）的电压信号传递给并网逆变器的控制单元，控制单元采取一定的检测算法来判断是否发生了孤岛。但是这种主动式孤岛检测方法会使逆变器的控制算法变得复杂，并且会因并网逆变器输出周期性扰动，而对电能质量产生影响甚至造成系统不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法及系统，能够减轻并网逆变器控制算法的复杂性，解除主动式孤岛检测与并网逆变器功率控制/频率控制的耦合影响，也能够彻底消除多逆变器并联运行时孤岛检测扰动间的干扰/削弱导致孤岛检测失败的因素。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测系统，其特征在于：它包括中央控制器，中央控制器通过卫星授时获得与国际标准时间保持同步的秒脉冲信号，中央控制器从大电网与微电网之间的公共连接点采集电压信号，中央控制器与并网逆变器控制单元通信并按需通知微电网内逆变器同步变化。
按上述系统，所述的卫星授时采用美国卫星GPS系统或中国卫星北斗系统。
利用上述基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测系统实现的基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、信号采集：
捕获与国际标准时间保持同步的秒脉冲信号的上升沿；
捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点；
步骤二、采用秒脉冲信号进行定标，计算公共连接点电压正向过零点与此秒脉冲信号的相对相位；
步骤三、当检测到相对相位变化达到预设的阀值时，中央控制器通知并网逆变器控制单元控制并网逆变器输出功率因数发生变化；并网逆变器输出功率因数变化的同时，捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点，并计算公共连接点电压正向过零点的相对相位，与前期公共连接点电压正向过零点的相对相位进行比较，若公共连接点电压正向过零点的相对相位因并网逆变器输出功率因数的变化而相应变化，则说明已发生孤岛现象。
按上述方法，所述的步骤二具体计算方法为：
在A1、A2、A3…An时刻捕获到公共连接点的电压正向过零点，就可以得出电压正向过零点的相对相位，依次为：
∠A1=ωt1，∠A2=ωt2-360°，∠A3=ωt3-360°×2，
∠A4=ωt4-360°×3，…，∠An=ωtn-360°×（n-1），
其中∠A1-∠An分别为A1-An时刻的过零点相对相位，t1-tn分别为A1-An时刻距离最近一个秒脉冲的时间间隔，角频率ω=2π÷T，T为电网的电压周期标称值。
本发明的有益效果为：
1、本发明不需要随时对并网逆变器输出电流进行周期性扰动，仅在公共连接点电压正向过零点的相对相位变化较大、推断可能发生孤岛现象时，才通过微电网管理网络通知并网逆变器输出功率因数发生变化，从而进一步的确认是否真正发生孤岛现象，因此采用本发明方法进行孤岛检测对电能质量造成影响较小。
2、不同于现有孤岛检测法普遍采用的在并网逆变器上实施孤岛检测，该方法将孤岛检测功能交给中央控制器来完成，该方法算法简单，减轻了并网逆变器的控制算法复杂性，解除了主动式孤岛检测与并网逆变器功率控制/频率控制的耦合影响，也彻底消除了多逆变器并联运行时孤岛检测扰动间的干扰/削弱导致孤岛检测失败的因素。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构原理图。
图2为相对相位计算原理图。
图3为CAN电路图。
图4为过零检测电路原理图。
图5为本发明一实施理的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明一实施例的结构原理图，它包括中央控制器，中央控制器的输入端通过过零检测电路（如图4所示）从大电网与微电网之间的公共连接点采集电压信号，中央控制器通过CAN总线（如图3所示）与并网逆变器控制单元通信，中央控制器通过卫星授时获得与国际标准时间保持同步的秒脉冲信号。卫星授时可采用美国卫星GPS系统或中国卫星北斗系统等多种方式，本实施例中采用了GPS接收器。
利用上述系统实现的基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法如图5所示，包括以下步骤：
步骤一、信号采集：捕获与国际标准时间保持高度同步的秒脉冲信号的上升沿；捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点。
步骤二、采用秒脉冲信号进行定标，计算公共连接点电压正向过零点与此秒脉冲信号的相对相位；
具体计算方法如图2所示：
在A1、A2、A3…An时刻捕获到公共连接点的电压正向过零点，就可以得出各电压正向过零点的相对相位，依次为：
∠A1=ωt1，∠A2=ωt2-360°，∠A3=ωt3-360°×2，
∠A4=ωt4-360°×3，…，∠An=ωtn-360°×（n-1），
其中∠A1-∠An分别为A1-An时刻的过零点相对相位，t1-tn分别为A1-An时刻距离最近一个秒脉冲的时间间隔，角频率ω=2π÷T，T为电网的电压周期标称值。
本实施例中T为0.02秒。在第一个秒时间间隔内，以第一个秒脉冲（1PPS）到来时刻为基准，可以获得这个时间段内公共连接点的电压正向过零点，并计算得到公共连接点电压相对于1PPS的相位。同样在第2秒时间间隔内，我们也可以用第2个秒脉冲作为基准，捕获在这个时间段的电压正向过零点，得到公共连接点电压相对相位；同样在第3个秒脉冲时间间隔内，我们也可以用第3个秒脉冲作为基准，捕获在这个时间段的电压正向过零点，得到相对相位；以此类推。
当微电网在并网条件下稳定运行时，公共连接点的电压为220v的正弦交流电，所以∠A1，∠A2，∠A3，…∠An也近似相等。
步骤三、当检测到相对相位变化达到预设的阀值时，中央控制器通过微电网管理网络通知并网逆变器控制单元控制并网逆变器输出功率因数发生变化；并网逆变器输出功率因数变化的同时，捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点，并计算公共连接点电压正向过零点的相对相位，与前期公共连接点电压正向过零点的相对相位进行比较，若公共连接点电压正向过零点的相对相位因并网逆变器输出功率因数的变化而相应变化（例如，功率因数正负间隔变化，同期检测到的电压相对相位也发生周期性地增减），则说明已发生孤岛现象。
Claims (2)
1.基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法，其特征在于：基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测系统包括中央控制器，中央控制器通过卫星授时获得与国际标准时间保持同步的秒脉冲信号，中央控制器从大电网与微电网之间的公共连接点采集电压信号，中央控制器与并网逆变器控制单元通信；
本方法基于上述基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测系统，包括以下步骤：
步骤一、信号采集：
捕获与国际标准时间保持高度同步的秒脉冲信号的上升沿；
捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点；
步骤二、采用秒脉冲信号进行定标，计算公共连接点电压正向过零点与此秒脉冲信号的相对相位；
步骤三、当检测到相对相位变化达到预设的阀值时，中央控制器通知并网逆变器控制单元控制并网逆变器输出功率因数发生变化；并网逆变器输出功率因数变化的同时，捕获大电网与微电网之间的公共连接点的电压正向过零点，并计算公共连接点电压正向过零点的相对相位，与前期公共连接点电压正向过零点的相对相位进行比较，若公共连接点电压正向过零点的相对相位因并网逆变器输出功率因数的变化而相应变化，则说明已发生孤岛现象。
2.根据权利要求1所述的基于卫星授时和管理网络的微电网孤岛检测方法，其特征在于：所述的步骤二具体计算方法为：
在A1、A2、A3…An时刻捕获到公共连接点的电压正向过零点，就可以得出各电压正向过零点的相对相位，依次为：
∠A1＝ωt1，∠A2＝ωt2-360°，∠A3＝ωt3-360°×2，
∠A4＝ωt4-360°×3，…，∠An＝ωtn-360°×(n-1)，
其中∠A1-∠An分别为A1-An时刻的过零点相对相位，t1-tn分别为A1-An时刻距离最近一个秒脉冲的时间间隔，角频率ω＝2π÷T，T为电网的电压周期标称值。
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