CN103901296B - 单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，向分布式电源发电系统给定扰动，判断单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量是否超过各自的阈值，当超过时进入正反馈模式；在正反馈模式下，将单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和/或三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量作为扰动的正反馈量，从而通过正反馈机制判断是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应；单两相孤岛判定量为发生单两相孤岛时产生的负序分量。本方法利用负序分量结合正反馈机制判断单两相孤岛以及三相孤岛效应，解决了现有孤岛检测方法存在的不稳定及不准确的问题，可以判定任意孤岛情况，并能够减少无功扰动对电网造成的不利影响。

Description

单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测分布式电源发电系统是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应的方法。

背景技术

并网运行的分布式电源在大电网发生故障等情况下，未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网网络，而形成的一个由分布式电源发电系统向周围负载供电的一种自给供电现象，称为孤岛效应。孤岛效应将会对整个配电系统设备及用户端造成不利的影响，包括：危害电力维修人员的生命安全；影响配电系统上的保护开关动作程序；孤岛区域发生的供电电压和频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏等。因此作为安全可靠的并网分布式发电装置，必须能及时检测出孤岛效应并避免所带来的危害。

现有的孤岛检测方法主要分为被动检测和主动检测，目前大多使用主动检测方法。主动检测方法主要有电网阻抗测量、相位跳变、频率扰动、有功扰动以及无功扰动。其中相位跳变容易误判，电网阻抗不易实现，有功扰动则会引起电网的不稳定，因此主要应用频率扰动和无功扰动方法。

频率扰动法的原理基于电网频率在正常情况下不被改变。系统给出与实际电网存在一定偏差的频率指令，在非孤岛情况下并不造成并网电流的频率变化，而在孤岛情况下，逆变器输出频率则发生改变，同时通过正反馈机制检测出孤岛现象。

无功扰动法与频率扰动机制相似，通过在孤岛情况下输出无功扰动从而引起逆变器输出频率的变化，同时通过正反馈机制检测出孤岛现象。

在单两相孤岛情况下，上述的大多数方法失效，此时一般采用无功扰动检测三相电压的相位方法，同时通过正反馈机制检测孤岛现象。

在单两相孤岛情况下，若采用无功扰动检测三相电压的相位方法，需要使用过零点方法来检测三相电压的相位，而在实际情况中，电网存在一定的波动，容易造成过零点检测出的相角并不准确，并且检测出的相角不稳定，从而对孤岛检测带来影响。同时，在采用单向的无功扰动方法时，若无功扰动较小，检测值变化不明显，不易检测；若增加无功扰动量，则会对电网造成一定的不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免现有孤岛检测方法存在的不准确、不稳定等问题，能够较准确地判定孤岛效应的检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，用于检测与电网并网运行的分布式电源发电系统是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应，该方法为：向所述的分布式电源发电系统给定一个扰动I_q，判断单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量是否超过各自的阈值，当单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量超过各自的阈值时进入正反馈模式；在所述的正反馈模式下，将所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和/或所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量作为所述的扰动I_q的正反馈量，从而通过正反馈机制判断是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应；所述的单两相孤岛判定量为发生单两相孤岛时产生的负序分量V_n。

所述的扰动I_q的通用形式为I_q=I₀±I₁±I₂±I₃，其中，I₀为所述的分布式电源发电系统的各功能所需的无功指令，I₁为无功扰动量，I₂为所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量，I₃为所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量；

所述的扰动I_q的周期为T，且所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量同时为正方向或同时为负方向；

非所述的正反馈模式时，所述的扰动I_q为

其中t为时间；

而在所述的正反馈模式下，所述的扰动I_q为

其中I_q0为进入所述的正反馈模式时的扰动I_q的，当时进入所述的正反馈模式，则I_q0=I₀+I₁，当时进入所述的正反馈模式，则I_q0=I₀-I₁。

所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₂为I₂=k₁×a，其中，k₁为比例系数，a为所述的单两相孤岛判定量或其相关量；

所述的发生单两相孤岛时产生的负序分量的相关量包括

ΔI=k×V_n或ΔI_q=k×ΔV_n或ΔI_q=k×|ΔV_n|，其中，k为比例系数，ΔV_n为所述的负序分量V_n随所述的扰动I_q的变化量。

所述的三相孤岛判定量为频率，所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₃为I₂=k₂×b，其中，k₂为比例系数，b为所述的三相孤岛判定量或其相关量。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本方法利用负序分量结合正反馈机制判断单两相孤岛以及三相孤岛效应，解决了现有孤岛检测方法存在的不稳定及不准确的问题，可以判定任意孤岛情况，并能够减少无功扰动对电网造成的不利影响。

附图说明

附图1为负序分量随无功扰动的变化示意图。

附图2为非所述的正反馈模式时的扰动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：本发明的检测方法基于与电网并网运行的分布式电源发电系统中的三相逆变器的控制系统下，如附图1所示，三相逆变器输出互成120°且幅值相同的平衡电流I_a，I_b，I_c。在正常情况下，三相电压为U_a，U_b，U_c，假设A相发生孤岛，则孤岛后，A相电压矢量Ua随着无功扰动发生偏移，从而产生负序电压V_n，而电网负序分量V_n将随着扰动I_q的变化而变化，即当给定一个I_q扰动后，U_a'发生随着扰动发生偏移，此时产生负序分量V_n'，当I_q扰动继续发生变化时，U_a'继续发生偏移，此时将产生新的负序分量V_n″。也就是说，当发生单两相孤岛时，电网电压在无功扰动下会出现不平衡，此时则会产生负序分量。基于电网负序分量易检测以及稳定的特性，我们提出了一种基于电网负序分量检测单两相孤岛以及检测三相孤岛的方法，同时采用正负向扰动的方案来减轻无功扰动对电网的不利影响。

一种单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，用于检测与电网并网运行的分布式电源发电系统是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应。

该方法为：向分布式电源发电系统给定一个扰动I_q，判断单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量是否超过各自的阈值。此时，单两相孤岛判定量为发生单两相孤岛时产生的负序分量V_n，而三相孤岛判定量为频率。

当单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量超过各自的阈值时进入正反馈模式。在正反馈模式下，将单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和/或三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量作为扰动I_q的正反馈量，从而通过正反馈机制判断是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应。

具体的，扰动I_q的通用形式为I_q=I₀±I₁±I₂±I₃，其中，I₀为分布式电源发电系统的各功能所需的无功指令，I₁为无功扰动量，I₂为单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量，I₃为三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量。

扰动I_q的周期为T，且单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量同时为正方向或同时为负方向。单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₂为I₂=k₁×a，其中，k₁为比例系数，a为单两相孤岛判定量或其相关量，即a为负序分量V_n或其相关量。该负序分量V_n的相关量包括ΔI=k×V_n或ΔI_q=k×ΔV_n或ΔI_q=k×|ΔV_n|，其中，k为比例系数，ΔV_n为负序分量V_n随扰动I_q的变化量。三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₃为I₂=k₂×b，其中，k₂为比例系数，b为三相孤岛判定量或其相关量，即b为频率或其相关量。

非正反馈模式时，如附图2所示，扰动I_q为

其中t为时间。

而在正反馈模式下，扰动I_q为

其中I_q0为进入正反馈模式时的扰动I_q的，当时进入正反馈模式，则I_q0=I₀+I₁，当时进入正反馈模式，则I_q0=I₀-I₁。

上述检测方法利用电网负序分量检测单两相孤岛，解决了在单两相孤岛情况下采用相位角等检测方法中存在的不稳定及不准确的问题，同时提出了一种正负向注入无功扰动的方法，将单两相孤岛判定与三相孤岛判定进行整合，从而实现判定任意孤岛情况，并减少无功扰动对电网造成的不利影响。上述方法中单两相孤岛判定量还可以替换为三相电相位差。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，用于检测与电网并网运行的分布式电源发电系统是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应，其特征在于：该方法为：向所述的分布式电源发电系统给定一个扰动I_q，判断单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量是否超过各自的阈值，当单两相孤岛判定量和/或三相孤岛判定量超过各自的阈值时进入正反馈模式；在所述的正反馈模式下，将所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和/或所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量作为所述的扰动I_q的正反馈量，从而通过正反馈机制判断是否发生单两相孤岛和/或三相孤岛效应；所述的单两相孤岛判定量为发生单两相孤岛时产生的负序分量V_n，所述的三相孤岛判定量为频率；

所述的扰动I_q的通用形式为I_q＝I₀±I₁±I₂±I₃，其中，I₀为所述的分布式电源发电系统的各功能所需的无功指令，I₁为无功扰动量，I₂为所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量，I₃为所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量；

所述的扰动I_q的周期为T，且所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量和所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量同时为正方向或同时为负方向；

非所述的正反馈模式时，所述的扰动I_q为

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_q=I_0+I_1& (t<\frac{T}{2})\\ I_q=I_0-I_1& (\frac{T}{2}<t<T)\end{array}\right.$

其中t为时间；

而在所述的正反馈模式下，所述的扰动I_q为

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_q=I_{q0}+I_2+I_3& (t<\frac{T}{2})\\ I_q=I_{q0}-I_2-I_3& (\frac{T}{2}<t<T)\end{array}\right.$

其中I_q0为进入所述的正反馈模式时的扰动I_q，当时进入所述的正反馈模式，则I_q0＝I₀+I₁，当时进入所述的正反馈模式，则I_q0＝I₀-I₁。

2.根据权利要求1所述的单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，其特征在于：所述的单两相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₂为I₂＝k₁×a，其中，k₁为比例系数，a为所述的单两相孤岛判定量或其相关量；

所述的发生单两相孤岛时产生的负序分量的相关量包括

ΔI＝k×V_n或ΔI_q＝k×ΔV_n或ΔI_q＝k×|ΔV_n|，其中，k为比例系数，ΔV_n为所述的负序分量V_n随所述的扰动I_q的变化量。

3.根据权利要求1所述的单两相孤岛和/或三相孤岛效应的检测方法，其特征在于：所述的三相孤岛判定量或其相关量形成的反馈量I₃为I₃＝k₂×b，其中，k₂为比例系数，b为所述的三相孤岛判定量或其相关量。