CN104215841A - 孤岛检测方法、装置、变流器和分布式发电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种孤岛检测方法，通过对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换得到旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx，并将Vdx和Vqx进行周期平均，得到公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，最终获得公共连接点处电压基波幅值V，利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，消除了公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。采用本申请的方案，电压和频率中任一个超过设定范围，均可判断孤岛效应的发生，准确度更高。本申请还公开一种孤岛检测装置、并网变流器和分布式发电系统。

Description

孤岛检测方法、装置、变流器和分布式发电系统

技术领域

本申请涉及并网发电技术领域，尤其涉及一种孤岛检测方法、装置、变流器和分布式发电系统。

背景技术

请参照图1给出的示意图，现有的三相供电系统包括并网变流器240、为并网变流器240提供电能的输入源250、连接在并网变流器240输出侧与电网200之间的并网开关210、位于并网变流器240与并网开关210之间的公共连接点220、以及连接在公共连接点220处的负载230。负载230既包括实际的耗能负荷，也包括其他的并网变流器或者其他并网发电设备（图中未示出）。当电网因为故障等原因中断供电时，并网开关210会断开，输入源250、并网变流器240、负载230就有可能构成一个与电网脱节的孤岛。如果供电系统中还存在并网变流器或者其他并网发电设备，就有可能导致设备的损坏并威胁到工作人员的人身安全，因此当孤岛状态发生时必须能够迅速检测。

传统的孤岛检测手段分为被动式和主动式两种。被动式检测主要是对供电系统中某个检测点进行状态监测。利用电网断电时公共连接点（Point ofCommon Coupling，下文简称PCC）处电压或频率的变化进行孤岛效应判断。

常规的利用电网断电时PCC处电压的变化来检测孤岛效应的方法是检测公共连接点处电压峰值，利用检测到的公共连接点处电压峰值与预设电压范围比较，若检测到的公共连接点处电压峰值超出预设电压范围，则判断孤岛效应。

但是上述方法存在这样的问题，即，当公共连接点处电压存在整数次谐波时，谐波电压会使得公共连接点处电压峰值增大，从而造成误判。

发明内容

有鉴于此，本申请目的在于提供一种孤岛检测方法、装置、变流器和分布式发电系统，使得能够快速、准确的判断出孤岛效应的发生。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种孤岛检测方法，所述方法包括：

获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq；

获取公共连接点处电压频率f；

根据所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V；

若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围，或者，若所述公共连接点处电压频率f超出设定频率范围，则判断发生孤岛。

进一步地，若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，或者，若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛。

进一步地，所述获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq包括：

获取公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc；

对所述公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。

进一步地，所述根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，包括对旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx分别进行周期平均得到所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，即

$\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vdx}$

$\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vqx},$ 其中n为正整数，

本申请还提供了一种孤岛检测装置，所述孤岛检测装置包括：

第一电压获取单元，用来获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq；

第二电压获取单元，用来根据所述第一电压获取单元获取的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V；

电压判断单元，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围时判断发生孤岛。

进一步地，所述孤岛检测装置还包括：频率获取单元，用来获取公共连接点处电压频率f；频率判断单元，所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围时判断发生孤岛。

进一步地，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛；所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛。

进一步地，所述第一电压获取单元包括：

电压瞬时值获取模块，用来获取公共连接点处电压瞬时值；

电压矢量的分量获取模块，用来将电压瞬时值获取模块获取的公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

电压基波矢量分量值获取模块，用来根据电压矢量的分量获取模块获取的旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。

本申请还提供了一种并网变流器，所述并网变流器包括上述的孤岛检测装置。

本申请还提供了一种分布式发电系统，所述分布式发电系统包括上述的孤岛检测装置，或者，所述分布式发电系统包括上述的并网变流器。

从上述的技术方案可以看出，本申请通过对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换得到旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx，并将Vdx和Vqx进行周期平均，得到公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，最终获得公共连接点处电压基波幅值V，利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，消除了公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。采用本申请的方案，电压和频率中任一个超过设定范围，均可判断孤岛效应的发生，准确度更高。并且，本申请提供的孤岛效应检测方案，简单易行，不需要额外的硬件，没有增加成本，也不会影响电网电能质量和系统效率，是一种既经济又实用的方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术供电系统的示意图；

图2为本申请提供的孤岛检测方法实施例一的流程图；

图3为本申请提供的孤岛检测方法实施例二的流程图；

图4为本申请提供的孤岛检测方法实施例三的流程图；

图5为本申请提供的孤岛检测装置实施例一的结构图；

图6为本申请提供的孤岛检测装置实施例二的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例公开了一种孤岛检测方法、检测装置、并网变流器和分布式发电系统，使得能够快速、准确的判断出孤岛效应的发生。

请参照图2，本申请提供的孤岛检测方法实施例一包括如下步骤：

S101：获取公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq；

S102：根据所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V；

S103：获取公共连接点处电压频率f；

S104：若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围或者所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围，则判断发生孤岛；

需要说明的是，步骤S103还可以在步骤S101之前执行，也可以在步骤S102之前执行。

设定电压范围与设定频率范围均由各国或地区标准并结合实际情况来设计。例如设定电压范围可以为±15%电网额定电压，设定频率范围可以为±1%电网额定频率。

公共连接点处电压频率f的获取可以通过微处理器的捕获模块单元对公共连接点处电压过零点捕获得到，或者通过锁相环计算得到。

由于利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，可以消除公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。并且，采用本申请实施例的方案，电压和频率中任一个超过设定范围，均可判断孤岛效应的发生，准确度更高。

进一步地，请参见图3，为本申请提供的孤岛检测方法实施例二，若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，或者，若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛。

预设时长应小于各国或各地区技术标准或行业规范等规定的孤岛效应检测时间，可以根据实际情况灵活设定，满足要求即可，例如，标准规定2秒内检测出孤岛效应发生，那么预设时长可以为1.5秒。

通过增加预设时长，消除了判断过程中的干扰，以免误判断。

图4为本申请提供的孤岛检测方法实施例三，进一步地，所述获取公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq包括如下步骤：

S201：获取公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc；

S202：对所述公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc进行Clark变换和Park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

S203：根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。

进一步地，Clark变换计算公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right)$     （公式一）

Park变换计算公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dx}}\\ V_{\mathrm{qx}}\end{array}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$    （公式二）

其中，θ为旋转角度。

进一步地，根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，具体为：对旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx进行周期平均，n为正整数，即：

$\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vdx}$

$\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vqx}$    （公式三）

根据公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，利用公式得到公共连接点处电压基波幅值V。

需要说明的是，公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc在公共连接点处检测，当电网为三相系统时，公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc即分别为A、B、C三相上电压（请参见图1），可以通过电压传感器等电压测量工具来获得，将Va、Vb、Vc代入公式一，经过clark变换得到两相静止坐标系下分量V_α、V_β，再经过park变换得到三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；当电网为单相系统（图中未示出）时，将单相系统公共连接点处电压及其滞后90°电压代入公式二，经过park变换得到三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx。

公式二中ω为电网角频率，ω=2πf，频率f的获取可以通过微处理器的捕获模块单元对公共连接点处电压过零点捕获得到或者通过锁相环计算得到，θ₀为初始给定相角。

公式三表明：公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq是通过对旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx进行周期平均得到的，由于实际电网中通常含有大量的低次谐波和少量的高次谐波，使得公共连接点处的电压也含有大量低次谐波和少量的高次谐波分量，为了保证利用电网故障前后公共连接点处电压的变化来判断孤岛效应的准确性，本申请采用了均值滤波的数字滤波方式，首先对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换，变换后电网基波分量变换为直流分量，谐波分量变换为K-1次正弦分量，其中K为谐波次数。将Vdx和Vqx进行周期平均，即可滤除电压中的绝大部分的低次和高次谐波。

本申请实施例通过对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换得到旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx，并将Vdx和Vqx进行周期平均，得到公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，最终获得公共连接点处电压基波幅值V，利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，消除了公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。并且，本申请提供的孤岛效应检测方案，简单易行，不需要额外的硬件，没有增加成本，也不会影响电网电能质量和系统效率，是一种既经济又实用的方案。

与上述实施例对应地，本申请还提供了孤岛检测装置实施例，请参照图5，本申请提供的孤岛检测装置实施例一，孤岛检测装置包括：

第一电压获取单元101，用来获取公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq；

第二电压获取单元102，用来根据所述第一电压获取单元获取的公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V；

电压判断单元104，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围时判断发生孤岛。

进一步地，所述孤岛检测装置还包括频率获取单元103，用来获取公共连接点处电压频率；以及频率判断单元105，所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围时判断发生孤岛。

进一步地，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛；或者，所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛。

图6为本申请提供的孤岛检测装置实施例二，进一步地，所述第一电压获取装置包括包括：

电压瞬时值获取模块1011，用来获取公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc；

电压矢量的分量获取模块1012，用来将电压瞬时值获取模块获取的公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

电压基波矢量分量值获取模块1013，用来根据电压矢量的分量获取模块获取的旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。

具体地，

Clark变换计算公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right)$

Park变换计算公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dx}}\\ V_{\mathrm{qx}}\end{array}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$

进一步地，所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq的计算公式如下：

$\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vdx}$

$\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^n\mathrm{Vqx}$

根据公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，利用公式得到公共连接点处电压基波幅值V。

公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq是通过对旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx进行周期平均得到的，由于实际电网中通常含有大量的低次谐波和少量的高次谐波，使得公共连接点处的电压也含有大量低次谐波和少量的高次谐波分量，为了保证利用电网故障前后公共连接点处电压的变化来判断孤岛效应的准确性，本申请采用了均值滤波的数字滤波方式，首先对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换，变换后电网基波分量变换为直流分量，谐波分量变换为K-1次正弦分量，其中K为谐波次数。将Vdx和Vqx进行周期平均，即可滤除电压中的绝大部分的低次和高次谐波。

本申请还提供了一种并网变流器，包括上述实施例所述的孤岛检测装置。也就是说，孤岛检测装置既可以独立成为一个装置，也可以作为并网变流器的一个部件。

本申请还提供了一种分布式发电系统，包括上述实施例所述的孤岛检测装置或者包括集成有上述实施例所述孤岛检测装置的并网变流器。

本申请实施例通过对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换得到旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx，并将Vdx和Vqx进行周期平均，得到公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，最终获得公共连接点处电压基波幅值V，利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，消除了公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。采用本申请实施例的方案，电压和频率中任一个超过设定范围，均可判断孤岛效应的发生，准确度更高。并且，本申请提供的孤岛效应检测方案，简单易行，不需要额外的硬件，没有增加成本，也不会影响电网电能质量和系统效率，是一种既经济又实用的方案。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括： 

获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq； 

获取公共连接点处电压频率f； 

根据所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V； 

若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围，或者，若所述公共连接点处电压频率f超出设定频率范围，则判断发生孤岛。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 

若所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，或者，若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛。 

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq包括： 

获取公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc； 

对所述公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx； 

根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。 

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，包括对旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx分别进行周期平均得到所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，即 

其中n为正整数。 

5.一种孤岛检测装置，其特征在于，所述孤岛检测装置包括： 

第一电压获取单元，用来获取公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq； 

第二电压获取单元，用来根据所述第一电压获取单元获取的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下的分量值Vd和Vq来计算公共连接点处电压基波幅值V； 

电压判断单元，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围时判断发生孤岛。 

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述孤岛检测装置还包括： 

频率获取单元，用来获取公共连接点处电压频率f； 

频率判断单元，所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围时判断发生孤岛。 

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压判断单元用来当所述公共连接点处电压基波幅值V超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛；所述频率判断单元用来当所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛。 

8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一电压获取单元包括： 

电压瞬时值获取模块，用来获取公共连接点处电压瞬时值； 

电压矢量的分量获取模块，用来将电压瞬时值获取模块获取的公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx； 

电压基波矢量分量值获取模块，用来根据电压矢量的分量获取模块获取的旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx来计算所述公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq。 

9.一种并网变流器，其特征在于，所述并网变流器包括权利要求5至8中任一项所述的孤岛检测装置。 

10.一种分布式发电系统，其特征在于，所述分布式发电系统包括权利要求5至8中任一项所述的孤岛检测装置，或者，所述分布式发电系统包括权利要求9所述的并网变流器。