CN103887811A - 具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统及控制方法 - Google Patents

具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统及控制方法，该系统分布式电源发电设备输出的电流依次经第一断路器、三相逆变器和滤波器输入参数检测模块的输入端，参数检测模块一路与负载连接，另一路通过第二断路器、变压器与电网连接，参数检测模块检测第二断路器的开关信号，以及参数检测模块和负载耦合点处的电压V和频率f，并将其输出至控制器的输入端，控制器的输出端一路与三相逆变器连接，为逆变器提供PWM信号，一路与第一断路器连接；本发明实现了孤岛判定和防孤岛保护功能，而通过设置三相逆变器实现了低电压穿越的功能，从而将低电压穿越和防孤岛保护功能共存，达到了增强分布式电源系统稳定性和安全性的目的。

Description

具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种分布式电源系统，具体是一种具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，属于分布式发电技术领域。本发明还涉及上述分布式电源系统的控制方法。
背景技术
低电压穿越技术（LVRT）最早是在风力发电系统中提出来的，对于分布式电源系统是指其并网点电压跌落的时候，分布式设备能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直至电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间（区域）。随着分布式电源装机比例的快速增加，电网对于并网分布式电源的低电压穿越能力有了更高的要求。分布式电源必须能够在外部电网故障、特别是电网电压骤降故障时不间断并网运行。低电压穿越能力被认为是分布式电源并网设备设计制造技术上的最大挑战之一，直接关系到分布式电源的大规模应用。
孤岛效应是分布式发电系统需要注意的问题。孤岛效应涉及到公共电力系统中的一个区域，当电网故障，要求分布式的系统停止供电时，但是分布式系统的供电装置仍然在带负载工作，形成一个电力公司无法控制的电力孤岛。为了保护分布式电源并网发电系统、电网的稳定和电网维护人员的安全，需要在分布式电源并网系统中设置孤岛保护功能。
而孤岛检测主要分为基于通信的孤岛检测和局部孤岛检测。基于通信的孤岛检测主要有连锁跳闸和电力线载波通信。局部孤岛检测主要分为被动式和主动式，被动式通过检测并网发电装置与电网接口处电压或频率的异常来检测孤岛效应。
而现在分布式电源只具备低电压穿越功能或者防孤岛保护一种功能，对分布式电源构成很大的威胁。因分布式电源低电压穿越与防孤岛保护之间存在的矛盾，在低电压穿越过程中孤岛保护发生误动作从而威胁电网安全稳定运行，分布式电源孤岛时逆变器的低电压穿越能力容易导致防孤岛保护拒动，从而造成设备损害，威胁检修人员人身安全；而孤岛检测主要分为基于通信的孤岛检测和局部孤岛检测。基于通信的孤岛检测主要有连锁跳闸和电力线载波通信。局部孤岛检测主要分为被动式和主动式，被动式通过检测并网发电装置与电网接口处电压或频率的异常来检测孤岛效应。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，该分布式电源系统将低电压穿越和防孤岛保护共存以实现增强分布式电源系统稳定性和安全性。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，包括分布式电源发电设备、第一断路器、三相逆变器、滤波器、参数检测模块、负载、第二断路器、变压器、电网、控制器，所述分布式电源发电设备输出的电流依次经第一断路器、三相逆变器和滤波器输入参数检测模块的输入端，所述参数检测模块一路与负载连接，另一路通过第二断路器、变压器与电网连接，所述参数检测模块检测第二断路器的开关信号，以及参数检测模块和负载耦合点处的电压V和频率f，并将其输出至控制器的输入端，所述控制器的输出端一路与三相逆变器连接，为逆变器提供PWM信号，一路与第一断路器连接。
所述控制器包括检测与控制模块和PWM发生器，所述检测与控制模块的输入端与所述参数检测模块的输出端连接，所述检测与控制模块的输出端分别与PWM发生器和第一断路器连接，所述PWM发生器的输出端与所述三相逆变器的输入端连接。
所述检测与控制模块采用DSP处理器。
所述参数检测模块用于检测第二断路器的开关信号，以及参数检测模块和负载耦合点处的电压V和频率f，并将其输出至控制器的输入端，因此所述参数检测模块至少包括用来检测电压信号V的电压互感器和用来检测频率信号f的三相锁相环电路。
上述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法：所述参数检测模块检测电压信号v和频率信号f，并将电压信号v和频率信号f作为检测与控制模块的输入信号；所述检测与控制模块接收数检测模块传来的电压信号v和频率信号f进行阀值判断，并通过PWM发生器产生PWM控制信号，如电压和频率任何一个值超过了预先设定阀值5个周期，则发送跳闸信号控制第一断路器，从而使整个电站系统停止运行。所述参数检测模块采集的周期优选为0.02s。
上述控制方法中，所述检测与控制模块检测过程具体如下：
1）参数检测模块采集的第二断路器的开关信号并判断第二断路器是否断开，当采集到第二断路器断开信号时，则判断为孤岛发生；
2）如参数检测模块未采集到第二断路器的断开信号，但检测的电压信号v和频率信号f符合V>1.1Vn（Vn为额定电压）、f>50.5Hz或f<49.5Hz，判定孤岛发生；当孤岛发生时，控制器通过控制三相逆变器使分布式电源在5个周期内断开。
本发明通过检查电网断路器的开关信号，以及电压信号v和频率信号f，通过控制器的判定，并通过控制第一断路器，实现了孤岛判定和防孤岛保护功能，而通过设置三相逆变器实现了低电压穿越的功能，从而将低电压穿越和防孤岛保护功能共存，达到了增强分布式电源系统稳定性和安全性的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的原理框图。
图2为具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，包括分布式电源发电设备、第一断路器、三相逆变器、滤波器、参数检测模块、负载、第二断路器、变压器、电网、控制器，其中控制器包括检测与控制模块和PWM发生器。
分布式电源发电设备输出的电流依次经第一断路器、三相逆变器和滤波器输入参数检测模块的输入端，参数检测模块一路与负载连接，另一路通过变压器、第二断路器与电网连接，参数检测模块检测第二断路器的开关信号，以及参数检测模块和负载耦合点处的电压V和频率f（从此处也可看出参数检测模块至少包括用来检测电压信号V的电压互感器和用来检测频率信号f的三相锁相环电路），并将其输出至控制器的输入端，控制器的输出端一路与逆变器连接，为逆变器提供PWM信号，一路与第一断路器连接。参数检测模块和负载耦合点即图中的PCC处，及分布式电源与电网的公共耦合点。
控制器的具体连接关系是：采用DSP处理器的检测与控制模块的输入端与参数检测模块的输出端连接，检测与控制模块的输出端分别与PWM发生器和第一断路器连接，PWM发生器的输出端与上述三相逆变器的输入端连接。
当分布式电源系统接收到第二断路器的断开信号时，或结合本地检测的电压信号V和频率信号f符合则判定孤岛发生，控制器发送跳闸信号控制第一断路器断开，切断分布式发电系统。当分布式电源系统未接受到第二断路器的断开信号，且本地检测到电压信号v跌落时则三相逆变器实现低电压穿越。
正常运行时第一断路器、三相逆变器、断路器都导通运行。当电路中由于某种故障使第二断路器断开时，能够通过参数检测模块和控制器检测到该事件的发生，并且控制第一断路器断开。
上述具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法流程如图2所示，所述参数检测模块检测电压信号v和频率信号f，并将电压信号v和频率信号f作为检测与控制模块的输入信号；
检测与控制模块接收数检测模块传来的电压信号v和频率信号f进行阀值判断，并通过PWM发生器产生PWM控制信号；
如电压和频率任何一个值超过了预先设定阀值5个周期，则发送跳闸信号控制第一断路器，从而使整个电站系统停止运行。
检测与控制模块检测过程具体如下：
1）参数检测模块采集的第二断路器的开关信号并判断第二断路器是否断开，当采集到第二断路器断开信号时，则判断为孤岛发生；
2）如参数检测模块未采集到第二断路器的断开信号，但检测的电压信号v和频率信号f符合V>1.1Vn、f>50.5Hz或f<49.5Hz，判定孤岛发生；当孤岛发生时，控制器通过控制三相逆变器使分布式电源在5个周期内断开。参数检测模块采集的周期为0.02s。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，其特征在于包括分布式电源发电设备、第一断路器、三相逆变器、滤波器、参数检测模块、负载、第二断路器、变压器、电网、控制器，所述分布式电源发电设备输出的电流依次经第一断路器、三相逆变器和滤波器输入参数检测模块的输入端，所述参数检测模块一路与负载连接，另一路通过第二断路器、变压器与电网连接，所述参数检测模块检测第二断路器的开关信号，以及参数检测模块和负载耦合点处的电压V和频率f，并将其输出至控制器的输入端，所述控制器的输出端一路与三相逆变器连接，为逆变器提供PWM信号，一路与第一断路器连接。
2.根据权利要求1所述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，其特征在于：所述控制器包括检测与控制模块和PWM发生器，所述检测与控制模块的输入端与所述参数检测模块的输出端连接，所述检测与控制模块的输出端分别与PWM发生器和第一断路器连接，所述PWM发生器的输出端与所述三相逆变器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统，其特征在于：所述检测与控制模块采用DSP处理器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法，其特征在于：所述参数检测模块检测电压信号v和频率信号f，并将电压信号v和频率信号f作为检测与控制模块的输入信号；
所述检测与控制模块接收数检测模块传来的电压信号v和频率信号f进行阀值判断，并通过PWM发生器产生PWM控制信号，如电压和频率任何一个值超过了预先设定阀值5个周期，则发送跳闸信号控制第一断路器，从而使整个电站系统停止运行。
5.根据权利要求4所述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法，其特征在于所述检测与控制模块检测过程具体如下：
1）参数检测模块采集的第二断路器的开关信号并判断第二断路器是否断开，当采集到第二断路器断开信号时，则判断为孤岛发生；
2）如参数检测模块未采集到第二断路器的断开信号，但检测的电压信号v和频率信号f符合V>1.1Vn（Vn为额定电压）、f>50.5Hz或f<49.5Hz，判定孤岛发生；当孤岛发生时，控制器通过控制三相逆变器使分布式电源在5个周期内断开。
6.根据权利要求4所述的具有低电压穿越和防孤岛保护功能的分布式电源系统的控制方法，其特征在于，所述参数检测模块采集的周期为0.02s。
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