CN104391208A

CN104391208A - 一种光伏防孤岛试验检测装置和检测方法

Info

Publication number: CN104391208A
Application number: CN201410741339.7A
Authority: CN
Inventors: 胡文平; 范辉; 段晓波; 王磊; 周文
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-03-04

Abstract

本发明公开了一种防孤岛试验检测装置和检测方法。检测装置由上位机、一个以上智能电力监控模块、I/O继电器控制板、电键K和负载模块组成；上位机PC机分别通过CAN总线连接各智能电力监控模块和I/O继电器控制板；I/O继电器控制板经电键K连接负载模块；负载模块由数值可调的阻性负载R、感性负载L和容性负载C组成。检测方法判断加载负载模块后，并网实测电压 V 是否满足：判断孤岛现象是否发生。它能精确检测孤岛效应，适用应用于各种大容量电源类设备的试验测试。

Description

一种光伏防孤岛试验检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种防孤岛试验检测装置和检测方法，尤其是一种光伏防孤岛试验检测装置和检测方法，属于电力系统控制领域。

背景技术

光伏发电及其它分布式发电系统接入公共电网时，孤岛检测是其必备的重要功能。“孤岛”是指公共电网停止供电后，由于分布式发电的存在，使电网停电区的部分线路仍维持带电状态，形成自给电力供应的孤岛。在孤岛状态下电力公司失去对线路电压、频率的控制，会带来一系列的安全隐患及事故纠纷：

1）人身安全。电网停电后电气维护人员进入停电区作业，如果此时分布式发电

系统继续供电，可能导致作业人员不慎接触带电体，引发人身伤亡。

2）设备损害。

例如：

（1）电网供电中断后恢复供电时，如果电网与光伏发电系统相位（频率）失步，将产生大的冲击电流，摧毁光伏发电装置，或损坏当地负载，引发更长时间的电力中断。

（2）电网正常，由于雷电等自然灾害引起输电线路自动开关跳闸，在自动重合闸过程中分布式发电系统的存在可能引起重合闸失败（自动开关重合闸时会间隔几秒作Ｎ次尝试，每次间隔时间逐渐缩短，失败后放弃合闸）。

（3）孤岛运行时电力公司失去了对电压、频率控制，却可能因光伏发电系统输出电压、频率的不正常卷入“代人受过”的纠纷。

因此，电力公司要求并网的分布式发电系统能及时必须及时检测出孤岛并将分布式发电装置与公共电网间的连线断开。

在美国电气及电子工程师协会制订的光伏系统并网标准 IEEE Std.929-2000中是这样定义与电网接口的“无孤岛逆变器”的：

（1）PV 逆变器输出有功功率与负载消耗功率的失配度大于50%；或本地负载功率因数小于 95%时，电网失压后必须在10个周波内停止向电网供电。

（2）有功功率失配度在 50%以内且本地负载功率因数大于 95%时，逆变器应能在电网失压后 2s 内停止对电网供电。上述指标所指的负载对象为品质因数 Q_f≤ 2.5 的并联谐振负载。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够全自动的模拟各种孤岛效应，从而进行自动控制的光伏防孤岛试验检测装置。

本发明所采取的技术方案是：

技术方案一：

一种防孤岛试验检测装置，由上位机、一个以上智能电力监控模块、I/O继电器控制板、电键K和负载模块组成；所述上位机PC机分别通过CAN总线连接所述各智能电力监控模块和I/O继电器控制板；所述I/O继电器控制板经所述电键K连接负载模块；所述I/O继电器控制板连接负载模块包括单片机；所述负载模块由阻性负载R’、感性负载L’和容性负载C’组成；所述阻性负载R、感性负载L和容性负载C的数值可在所述I/O继电器控制板的单片机控制下进行调整。

技术方案二：

一种用于权利要求1所述防孤岛试验检测装置的检测方法，由以下具体步骤组成：

（1）选择性加载：电网侧开关跳开至少0.5s以后，闭合所述电键K，将负载模块并联接入电网；

（2）信号采集与传输：电压传感器和电流传感器采集并网后的电压和电流信号的和将其传输给上位机；

（3）上位机接收与存储数据处理：所述上位机接收并存储并网后的电压和电流信号；计算所述负载模块加载前后所述电压和电流信号的相位和频率变化量；

（4）孤岛判断：判断加载负载模块后，实测电压V是否满足：

当

式中，V _nom为电网电压的有效值；如果是，没有产生孤岛效应，转向步骤（5），如果否，产生孤岛效应，转向步骤（6）；

（5）自动微调：所述上位机控制调整所述负载模块的电阻R’、电容C’和电感L’的数值，使得加载负载模块后，直至所述输入三相电压和电流信号达到初设值；

（6）达到设定值；

（7）结束。

进一步的，所述步骤（3）具体为：循环调整负载模块中的电阻R’、电容C’和电感L’的数值，直至所述输入三相电压和电流信号达到初设值；每次电阻R’、电容C’和电感L’的数值按照额定负载的0.1%增加或减少。

孤岛发生时会产生功率缺额，有功缺额会产生频率变化，无功缺额会产生电压变化。当变化超出限制范围时，就可以认为产生了孤岛。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本发明解决了大容量可调模拟RLC试验负载精确加载问题，可实现纯阻性负载、纯感性负载和纯容性负载的加载，其原理科学，结构简单，具有创新和实用价值。

2、本发明可解决在实际交流电压值与负载元器件额定电压不等的情况下的恒功率加载问题，实现精确负载的加载，有效地提高了容量匹配精度，其效果十分显著。

3、本发明可实现上位机控制调整负载模块的电阻R’、电容C’和电感L’的数值，使得加载负载模块后，本地负载与逆变器处于功率匹配状态,使得孤岛效应精确检测。适用应用于各种大容量电源类设备的试验测试。

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是本发明的原理框图；

图2是本发明的电路原理图；

图3是本发明实施例2的流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种防孤岛试验检测装置，由上位机、一个以上智能电力监控模块、I/O继电器控制板、电键K和负载模块组成；所述上位机PC机分别通过CAN总线连接所述各智能电力监控模块和I/O继电器控制板；所述I/O继电器控制板经所述电键K连接负载模块；所述I/O继电器控制板连接负载模块包括单片机；所述负载模块由阻性负载R、感性负载L和容性负载C组成；所述阻性负载R’、感性负载L’和容性负载C’的数值可在所述I/O继电器控制板的单片机控制下进行调整。

I/O继电器控制板用于控制继电器。负载元件用于模拟实际大容量交流负载的功耗元件。所述上位机是PC机，安装了人机交互界面远程控制软件，该控制软件能够实现PC机与试验装置中的智能电力监控模块、I/O继电器控制器下位机软件之间的数据通讯，实时存储和显示智能电力监控模块采集并上传的电压、电流的电气参数，试验人员能够通过PC机发出控制检测装置执行检测的指令，单片机通过设定程序控制试验装置中的硬件模块和继电器；如图2是防孤岛试验检测装置的控制技术实施流程图, 当防孤岛试验检测装置的全自动控制开始后,通过程序设定进行选择性加载,之后对输入三相电压和电流信号进行采集和传输,将信号传输到上位机并存储,根据数据分析选择性微调并改变加载数值。

所述智能电力监控模块输入为三相交流电压、电流，电压量程（相电压）为500V，可实现电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电流、无功电能、零序电流、电压不平衡度、电压/电流K值、电压/电流次谐波分量等电气参数进行测量、计算和分析的综合电能质量分析仪。

本发明可实现大容量交流负载的模拟，可根据试验需求实时、精确地加减载大容量交流模拟试验负载容量，可以模拟大容量纯阻性、纯感性和纯容性的负载的加减载以及三相不平衡负载的运行状态，各相的恒功率加载。上位机内置IEC62116-2008防孤岛试验规范的检测流程及步骤，可调RLC负载自动加载提示，快速实施逆变器防孤岛试验检测，同时精确补偿RLC负载之中的寄生电感、寄生电阻值，做到精确鉴定检测并网逆变器的防孤岛保护功能。RLC负载精确加载到位之后有指示灯提示。

如图3所示，防孤岛测试负载实现自动化检测，由远程PC自动控制，在孤岛测试时，采用RCL接入法通过在电网中可能发生的孤岛效应的区域内安装一个由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块来实现。以图3为例，在电网侧的b点通过开关K连接了一个由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块，K通常跳开。当电网侧开关Kl跳开时，经过短暂延迟，至少0.5s，开关K闭合，接入由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块。

电网正常运行时，逆变器处于单位功率因数的正弦波控制模式，本地负载用并联电路来模拟，并假设：光伏系统经逆变器提供给本地负载的有功功率和无功功率分别是P、Q,本地负载所需求的有功功率和无功功率分别为Pload、Qload。光伏系统向电网提供的有功功率、无功功率分别为ΔP、ΔQ。

根据能量守恒定律，功率流在公共连接点a处规律如下式所示：

Pload =P -ΔPgrid

Qload =Q -ΔQgrid

如果电网跳闸前局部负载与逆变器输出功率匹配，附加的由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块将打破能量平衡状态，导致三厢输入电流、电压相位的突变和频率的突降，触发了欠频保护。网侧开关Kl跳开与开关K闭合之间的短暂延迟是必须的，因为附加的由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块也可能补偿感性负载，从而导致了功率匹配状态，使孤岛效应检测失败，在这种情况下，感性负载很大，如果电网跳闸，再连上由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块之前就会发生很大的频率偏移，短暂的延迟将允许充足的时间来检测到频率变化。

只要在电网跳闸和插入由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块之间允许适当的时间延迟以确保由电阻R’电容C’和电感L’组成的负载模块的插入不会导致并网逆变器与负载的功率平衡，该方案对孤岛效应的检测非常有效。

实施例2：

当

（6）达到设定值；

（7）结束。

如图2所示，光伏防孤岛试验检测装置的控制技术实施流程为：当设备开始工作后，光伏防孤岛试验检测装置控制器进行选择性的RCL加载，然后进行电压电流信号的采集和传输，该电压电流信号被上位机接收和存储，上位机对该数据进行处理并进行自动微调，通过微调结果对加载信号进行调整，并将最终结果输给负载模块，设定电阻R’、电容C’和电感L’的值。所述负载模块本身的谐波量要小于2%,精度0.2% 。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种防孤岛试验检测装置，其特征在于：由上位机、一个以上智能电力监控模块、I/O继电器控制板、电键K和负载模块组成；所述上位机PC机分别通过CAN总线连接所述各智能电力监控模块和I/O继电器控制板；所述I/O继电器控制板经所述电键K连接负载模块；所述I/O继电器控制板连接负载模块包括单片机；所述负载模块由阻性负载R、感性负载L和容性负载C组成；所述阻性负载R’、感性负载L’和容性负载C’的数值可在所述I/O继电器控制板的单片机控制下进行调整。

2.一种用于权利要求1所述防孤岛试验检测装置的检测方法，其特征在于：由以下具体步骤组成：

（6）达到设定值；

（7）结束。

3.根据权利要求2所述防孤岛试验检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤（3）具体为：循环调整负载模块中的电阻R’、电容C’和电感L’的数值，直至所述输入三相电压和电流信号达到初设值；每次电阻R’、电容C’和电感L’的数值按照额定负载的0.1%增加或减少。