CN104730396A - 用于电力系统的孤岛检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力系统的孤岛检测方法及装置，该用于电力系统的孤岛检测方法包括：计算分布式电源系统的频率变化率；计算分布式电源系统的电压差值；比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小；以及如果频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统发生孤岛效应。通过本发明，解决了相关技术中电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题，进而达到了减小电力系统中孤岛检测死区区域的效果。

Description

用于电力系统的孤岛检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力领域，具体而言，涉及一种用于电力系统的孤岛检测方法及装置。

背景技术

孤岛效应就是当电力公司的供电系统，因故障事故或停电维修等原因停止工作时，安装在各个用户端的分布式电源系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络，而形成的一个由分布式电源系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，包括：

1)危害电力维修人员的生命安全；

2)影响配电系统上的保护开关动作程序；

3)孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏；

4)当供电恢复时造成的电压相位不同步将会产生浪涌电流，可能会引起再次跳闸或对分布式电源系统、负载和供电系统带来损坏；

5)分布式电源系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。

由此可见，作为一个安全可靠的电力系统，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利用供电系统断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测，但当分布式电源系统输出功率与负载功率平衡时，存在较大的非检测区域(Non-Detection Zone，简称NDZ)，也可以称为死区区域，即无法检测电力系统孤岛效应的区域。

针对相关技术中电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于电力系统的孤岛检测方法及装置，以解决相关技术中电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电力系统的孤岛检测方法。该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连，根据本发明的用于电力系统的孤岛检测方法包括：计算分布式电源系统的频率变化率；计算分布式电源系统的电压差值；比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小；以及如果频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统发生孤岛效应。

进一步地，计算分布式电源系统的频率变化率包括：根据以下公式计算频率变化率：其中，Δf为频率变化率，f_n为分布式电源系统在n时刻的频率，T为分布式电源系统的周期，m取值范围为[1，5]，f_n-3×T为分布式电源系统在n-m×T时刻的频率。

进一步地，计算分布式电源系统的电压差值包括：根据以下公式计算电压差值：ΔV＝|V_n-V_r|，其中，ΔV为电压差值，V_n为分布式电源系统在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的额定电压值。

进一步地，在检测出电力系统发生孤岛效应之后，该方法还包括：输出控制信号，其中，控制信号用于控制断开分布式电源系统与负载的连接。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种用于电力系统的孤岛检测装置。该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连，用于电力系统的孤岛检测装置包括：第一计算模块，用于计算分布式电源系统的频率变化率；第二计算模块，用于计算分布式电源系统的电压差值；比较模块，用于比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小；以及检测模块，用于在频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时，检测出电力系统发生孤岛效应。

为了实现上述目的，根据本发明的又一方面，提供了一种用于电力系统的孤岛检测装置。该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连，根据本发明的用于电力系统的孤岛检测装置包括：第一逻辑模块，用于计算第一逻辑值，其中，第一逻辑值为分布式电源系统的频率变化率与第一阈值的比较结果的逻辑值；第二逻辑模块，用于计算第二逻辑值，其中，第二逻辑值为分布式电源系统的电压差值与第二阈值的比较结果的逻辑值；或运算逻辑模块，分别与第一逻辑模块的输出端和第二逻辑模块的输出端相连，用于将第一逻辑值与第二逻辑值进行或运算，得到第三逻辑值；以及检测模块，与或运算逻辑模块的输出端相连，用于根据第三逻辑值检测电力系统是否发生孤岛效应，其中，在第三逻辑值为第一值时，检测出电力系统发生孤岛效应，第一值为频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时第三逻辑值的值。

进一步地，第一逻辑模块包括：第一检测模块，用于检测分布式电源系统的频率；第一运算模块，与第一检测模块相连，用于根据分布式电源系统的频率计算分布式电源系统的频率变化率；以及第一比较模块，第一比较模块的第一输入端与第一运算模块相连，用于输入分布式电源系统的频率变化率，第一比较模块的第二输入端用于输入第一阈值，第一比较模块用于根据分布式电源系统的频率变化率和第一阈值得到第一逻辑值。

进一步地，第二逻辑模块包括：第二检测模块，用于检测分布式电源系统的电压值；第二运算模块，与第二检测模块相连，用于根据分布式电源系统的电压值计算分布式电源系统的电压差值；以及第二比较模块，第二比较模块的第一输入端与第二运算模块相连，用于输入分布式电源系统的电压差值，第二比较模块的第二输入端用于输入第二阈值，第二比较模块用于根据分布式电源系统的电压差值和第二阈值得到第二逻辑值。

进一步地，检测模块包括：触发器，触发器与或运算逻辑模块相连。

进一步地，检测模块包括：延时模块，与或运算逻辑模块相连，用于延时预设时间。

进一步地，在检测出电力系统发生孤岛效应时，检测模块还用于输出控制信号，其中，控制信号用于控制切断分布式电源系统与负载的连接。

通过本发明，采用计算分布式电源系统的频率变化率；计算分布式电源系统的电压差值；比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小；以及如果频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统发生孤岛效应，解决了相关技术中电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题，进而达到了减小电力系统中孤岛检测死区区域的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测方法的流程图；

图2是根据本发明第一实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的示意图；以及

图4是根据本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的逻辑框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测方法，该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连。图1是根据本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S108：

步骤S102：计算分布式电源系统的频率变化率。

本发明实施例可以计算分布式电源系统的发电机的频率变化率作为分布式电源系统的频率变化率，也可以计算分布式电源系统和负载的公共连接点处的频率变化率作为分布式电源系统的频率变化率。优选地，计算分布式电源系统的频率变化率包括：根据以下公式计算频率变化率：其中，Δf为频率变化率，f_n为分布式电源系统在n时刻的频率，T为分布式电源系统的周期，m取值范围为[1，5]，优选地，m取3，f_n-3×T为分布式电源系统在n-m×T时刻的频率。例如，本发明实施例可以通过传感器检测实时监测分布式电源系统的频率并存储，并根据当前检测到的分布式电源系统的频率与分布式电源系统在3个周期前的频率采用上述公式求得分布式电源系统在当前时刻的频率变化率。

步骤S104：计算分布式电源系统的电压差值。

本发明实施例可以计算分布式电源系统的发电机的电压差值作为分布式电源系统的电压差值，也可以计算分布式电源系统和负载的公共连接点处的电压差值作为分布式电源系统的电压差值。优选地，计算分布式电源系统的电压差值包括：根据以下公式计算电压差值：ΔV＝|V_n-V_r|，其中，ΔV为电压差值，V_n为分布式电源系统在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的额定电压值。具体地，在分布式电源系统的电压差值为分布式电源系统的发电机的电压差值时，V_n为分布式电源系统的发电机在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的发电机的额定电压值。本发明实施例可以通过传感器实时检测分布式电源系统的电压值并进行存储，并可以根据当前检测到的分布式电源系统的电压值与分布式电源系统的额定电压值求得分布式电源系统在当前时刻的电压差值。

步骤S106：比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小。

本发明实施例在通过上述步骤S102和步骤S104分别得到分布式电源系统的频率变化率和电压差值后，进一步比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小。具体地，本发明实施例的第一阈值和第二阈值可以根据如下步骤S202至步骤S206得到：

步骤S202：构建电力系统典型模型。该电力系统典型模型也包括供电系统、分布式电源系统和负载。

例如，在matlab simpower system中构建电力系统典型模型。该电力系统典型模型的具体参数可以根据实际情况中电力系统的参数进行设置，例如，分布式电源系统的发电机的参数为：Srated＝3MVA，Vgen＝11000V，Pgen＝2.7MW，f＝50Hz，其中，Srated表示发电机额定视在功率，Vgen表示发电机额定电压，Pgen表示发电机额定有功功率，f为发电机频率，线路为10km架混，变压器电压等级为11kV转33kV。

步骤S204：在构建电力系统典型模型之后，改变负载的有功功率和无功功率进行仿真。

例如，将负载的有功功率和无功功率的变化范围设为50％至200％的分布式电源系统额定有功功率和无功功率输出，分别测量分布式电源系统的电压、电流、频率、频率变化率以及分布式电源系统有功和无功输出等参数。

步骤S206：在电力系统不发生孤岛，但发生系统故障情况下，改变故障类型和故障持续时间。

故障类型可以包括三相短路故障、相间故障以及单项短路接地故障，并且仿真故障持续时间可以设置为0.5s和1s，此处故障持续时间可以根据实际情况进行设置，分别测量分布式电源系统的电压、电流、频率、频率变化率以及分布式电源系统有共和无功输出等参数。

根据上述的仿真结果可以分析得到第一阈值和第二阈值。例如，根据上述仿真结果得到，在电力系统正常运行情况下，分布式电源系统的频率变化率小于1Hz/s，并且在不同的负荷水平下，经仿真计算分布式电源系统的电压差值小于2000V；当电力系统发生孤岛效应时，监测到的分布式电源系统的频率变化率将有很大的波动，常常大于1Hz/s，并且电压差值小于2000V；当电力系统发生故障时，该故障包括三相接地故障、相间故障和单相接地故障，分布式电源系统的频率变化率将发生巨大的波动，大于1Hz/s，同时分布式电源系统的电压差值大于2000V。此时，可以设置第一阈值为1Hz/s，第二阈值为2000V。

步骤S108：如果频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统发生孤岛效应。

在频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时，则说明电力系统发生了孤岛效应。本发明实施例由于综合考虑分布式电源系统的频率变化和电压变化来检测电力系统是否发生孤岛效应，相比于现有技术中仅考虑频率变化或电压变化检测电力系统是否发生孤岛效应，减小了孤岛检测死区区域，解决了电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题。

在检测出电力系统发生孤岛效应时，应快速切断分布式电源系统和负载的连接，以避免孤岛效应危害操作人员的安全以及损坏电力设备。优选地，本发明实施例在检测出电力系统发生孤岛效应之后，可以快速切断分布式电源系统和负载的连接，具体地，该方法还包括：输出控制信号，其中，控制信号用于控制断开分布式电源系统与负载的连接，例如，可以断开分布式电源系统和负载之间的断路器。

优选地，如果频率变化率不大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统处于正常运行状态，如果电压差值大于第二阈值，则检测出电力系统处于故障状态。具体地，在检测出电力系统处于正常运行状态时，可以输出提示信息，通知操作人员电力系统运行正常，在检测出电力系统处于故障状态时，也可以输出提示信息，通知操作人员电力系统运行故障，从而操作人员可以进行后续的故障排除等处理。

本发明实施例通过计算分布式电源系统的频率变化率；计算分布式电源系统的电压差值；比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小；以及如果频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值，则检测出电力系统发生孤岛效应。本发明实施例由于综合考虑分布式电源系统的频率变化和电压变化来检测电力系统是否发生孤岛效应，相比于现有技术中仅考虑频率变化或电压变化检测电力系统是否发生孤岛效应，减小了孤岛检测死区区域，解决了电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题。此外，本发明实施例在检测出电力系统发生孤岛效应时，可以快速切断分布式电源系统和负载的连接，从而避免孤岛效应危害操作人员的安全以及损坏电力设备。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种用于电力系统的孤岛检测装置，该用于电力系统的孤岛检测装置可以用于执行本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测方法，本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测方法也可以通过本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置来执行。

图2是根据本发明第一实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的示意图，该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连，如图2所示，该用于电力系统的孤岛检测装置包括：第一计算模块10，第二计算模块20，比较模块30和检测模块40。

第一计算模块10，用于计算分布式电源系统的频率变化率。

本发明实施例可以计算分布式电源系统的发电机的频率变化率，也可以计算分布式电源系统和负载的公共连接点处的频率变化率。优选地，第一计算模块10用于根据以下公式计算频率变化率：其中，Δf为频率变化率，f_n为分布式电源系统在n时刻的频率，T为分布式电源系统的周期，m取值范围为[1，5]，优选地，m取3，f_n-3×T为分布式电源系统在n-m×T时刻的频率。

第二计算模块20，用于计算分布式电源系统的电压差值。

本发明实施例可以计算分布式电源系统的发电机的电压差值，也可以计算分布式电源系统和负载的公共连接点处的电压差值。优选地，第二计算模块20用于根据以下公式计算电压差值：ΔV＝|V_n-V_r|，其中，ΔV为电压差值，V_n为分布式电源系统在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的额定电压值。具体地，在分布式电源系统的电压差值为分布式电源系统的发电机的电压差值时，V_n为分布式电源系统的发电机在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的发电机的额定电压值。本发明实施例可以通过传感器实时检测分布式电源系统的电压值并进行存储，并可以根据当前检测到的分布式电源系统的电压值与分布式电源系统的额定电压值求得分布式电源系统在当前时刻的电压差值。

比较模块30，用于比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小。

检测模块40，用于在频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时，检测出电力系统发生孤岛效应。

优选地，检测模块40还用于在频率变化率不大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时，检测出电力系统处于正常运行状态，在电压差值大于第二阈值时，检测出电力系统处于故障状态。

在检测出电力系统发生孤岛效应时，应快速切断分布式电源系统和负载的连接，以避免孤岛效应危害操作人员的安全以及损坏电力设备。优选地，本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置还包括：输出模块，用于输出控制信号，其中，控制信号用于控制断开分布式电源系统与负载的连接。优选地，输出模块还可以输出提示信息，例如，在检测出电力系统处于正常运行状态时，输出模块还可以输出电力系统正常运行的提示信息，通知操作人员电力系统运行正常，在检测出电力系统处于故障状态时，输出模块还可以输出电力系统故障的提示信息，通知操作人员电力系统运行故障，从而操作人员可以进行后续的故障排除等处理。

本发明实施例通过第一计算模块10计算分布式电源系统的频率变化率，第二计算模块20计算分布式电源系统的电压差值，比较模块30比较频率变化率和第一阈值的大小以及电压差值和第二阈值的大小，以及检测模块40在频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时，检测出电力系统发生孤岛效应。本发明实施例由于综合考虑分布式电源系统的频率变化和电压变化来检测电力系统是否发生孤岛效应，相比于现有技术中仅考虑频率变化或电压变化检测电力系统是否发生孤岛效应，减小了孤岛检测死区区域，解决了电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题。

本发明实施例还提供了一种用于电力系统的孤岛检测装置。图3是根据本发明第二实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的示意图。该电力系统包括负载，以及用于给负载供电的供电系统和分布式电源系统，供电系统和分布式电源系统分别与负载相连，如图3所示，该用于电力系统的孤岛检测装置包括：第一逻辑模块100，第二逻辑模块200，或运算逻辑模块300和检测模块400。

第一逻辑模块100，用于计算第一逻辑值，其中，第一逻辑值为分布式电源系统的频率变化率与第一阈值的比较结果的逻辑值。

本发明实施例的分布式电源系统的频率变化率可以是分布式电源系统的发电机的频率变化率，也可以是分布式电源系统和负载的公共连接点处的频率变化率。第一逻辑值取决于分布式电源系统的频率变化率和第一阈值的大小，例如，当分布式电源系统的频率变化率小于第一阈值时第一逻辑值为1，当分布式电源系统的频率变化率不小于第一阈值时第一逻辑值为0。

优选地，第一逻辑模块100包括：第一检测模块，用于检测分布式电源系统的频率；第一运算模块，与第一检测模块相连，用于根据分布式电源系统的频率计算分布式电源系统的频率变化率；以及第一比较模块，第一比较模块的第一输入端与第一运算模块相连，用于输入分布式电源系统的频率变化率，第一比较模块的第二输入端用于输入第一阈值，第一比较模块用于根据分布式电源系统的频率变化率和第一阈值得到第一逻辑值。

第一检测模块可以是设置于电力现场的传感器，通过传感器检测分布式电源系统的频率，例如，通过转速传感器可以检测分布式电源系统的发电机的转速，进一步将发电机的转速转化为发电机的频率。第一运算模块用于计算分布式电源系统的频率变化率，具体地，第一运算模块可以根据以下公式计算分布式电源系统的频率变化率：其中，Δf为频率变化率，f_n为分布式电源系统在n时刻的频率，T为分布式电源系统的周期，m取值范围为[1，5]，优选地，m取3，f_n-3×T为分布式电源系统在n-m×T时刻的频率。第一比较模块用于将分布式电源系统的频率变化率Δf和第一阈值比较，例如，第一阈值为1Hz/s，当Δf<1Hz/s，则第一逻辑值为1，当Δf>＝1Hz/s，则第一逻辑值为0。

第二逻辑模块200，用于计算第二逻辑值，其中，第二逻辑值为分布式电源系统的电压差值与第二阈值的比较结果的逻辑值。

本发明实施例可以计算分布式电源系统的发电机的电压差值作为分布式电源系统的电压差值，也可以计算分布式电源系统和负载的公共连接点处的电压差值作为分布式电源系统的电压差值。第二逻辑值取决于分布式电源系统的电压差值与第二阈值的大小，例如，当分布式电源系统的电压差值不小于第二阈值时，第二逻辑值为1，当分布式电源系统的电压差值小于第二阈值时，第二逻辑值为0。优选地，第二逻辑模块200包括：第二检测模块，用于检测分布式电源系统的电压值；第二运算模块，与第二检测模块相连，用于根据分布式电源系统的电压值计算分布式电源系统的电压差值；以及第二比较模块，第二比较模块的第一输入端与第二运算模块相连，用于输入分布式电源系统的电压差值，第二比较模块的第二输入端用于输入第二阈值，第二比较模块用于根据分布式电源系统的电压差值和第二阈值得到第二逻辑值。

例如，本发明实施例可以通过第二检测模块分别检测发电机端三相电压的有效值，并通过第二运算模块分别计算三相电压的电压差值，再通过第二比较模块分别比较三相电压的电压差值与第二阈值的大小，在将三相电压的电压差值只有三相电压的电压差值均小于第二阈值时，才说明分布式电源系统的电压差值小于第二阈值。如图4所示，将第二阈值设为2000V，将三相电压的电压差值与2000V的比较结果进行或运算，在输出结果为0时则说明分布式电源系统的电压差值小于第二阈值。具体地，上述第二运算模块可以根据以下公式计算电压差值：ΔV＝|V_n-V_r|，其中，ΔV为电压差值，V_n为分布式电源系统在n时刻的电压值，V_r为分布式电源系统的额定电压值。

或运算逻辑模块300，分别与第一逻辑模块的输出端和第二逻辑模块的输出端相连，用于将第一逻辑值与第二逻辑值进行或运算，得到第三逻辑值。

或运算逻辑模块300用于将第一逻辑值和第二逻辑值进行或运算，如果取分布式电源系统的频率变化率小于第一阈值时第一逻辑值为1，分布式电源系统的频率变化率不小于第一阈值时第一逻辑值为0，分布式电源系统的电压差值不小于第二阈值时，第二逻辑值为1，当分布式电源系统的电压差值小于第二阈值时，第二逻辑值为0，则电力系统的运行状态和第三逻辑值的关系如表1所示，在第三逻辑值为1时说明电力系统发生了孤岛效应，为了避免孤岛效应危害操作人员的安全以及损坏电力设备，此时应该切断负载与分布式电源系统的连接。

表1 逻辑关系表

第一逻辑值	第二逻辑值	第三逻辑值	电力系统运行状态
				0	0	0	发生孤岛效应
0	1	1	发生故障
				1	0	1	正常运行状态
1	1	1	发生故障

检测模块400，与或运算逻辑模块300的输出端相连，用于根据第三逻辑值检测电力系统是否发生孤岛效应，其中，在第三逻辑值为第一值时，检测出电力系统发生孤岛效应，第一值为频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时第三逻辑值的值。

如表1所示，在第三逻辑值取值为0时，表示电力系统发生了孤岛效应，在第三逻辑值取值为1时，则表示电力系统未发生孤岛效应。优选地，在检测出电力系统发生孤岛效应时，检测模块还用于输出控制信号，其中，控制信号用于控制切断分布式电源系统与负载的连接。具体地，可以是断开分布式电源系统与负载之间的断路器。

本发明实施例通过第一逻辑模块100计算第一逻辑值，其中，第一逻辑值为分布式电源系统的频率变化率与第一阈值的比较结果的逻辑值；第二逻辑模块200计算第二逻辑值，其中，第二逻辑值为分布式电源系统的电压差值与第二阈值的比较结果的逻辑值；或运算逻辑模块300，分别与第一逻辑模块100的输出端和第二逻辑模块200的输出端相连，用于将第一逻辑值与第二逻辑值进行或运算，得到第三逻辑值；以及检测模块400，与或运算逻辑模块300的输出端相连，用于根据第三逻辑值检测电力系统是否发生孤岛效应，其中，在第三逻辑值为第一值时，检测出电力系统发生孤岛效应，第一值为频率变化率大于第一阈值且电压差值小于第二阈值时第三逻辑值的值。本发明实施例由于综合考虑分布式电源系统的频率变化和电压变化来检测电力系统是否发生孤岛效应，相比于现有技术中仅考虑频率变化或电压变化检测电力系统是否发生孤岛效应，减小了孤岛检测死区区域，解决了电力系统中孤岛检测死区区域较大的问题。

优选地，为了提高提高检测的灵敏性，检测模块400包括：触发器，与或运算逻辑模块相连。触发器可以是SR触发器，实际情况中，当孤岛发生或故障发生时，测量的分布式电源系统的频率变化率信号的逻辑值会在0和1之间波动，通过SR触发器，可以确保控制逻辑能够对孤岛快速动作，而发生其他情况时，保持稳定。SR触发器的逻辑关系表如表2所示：

表2 SR触发器的逻辑关系表

S	R	Qn-1	-Qn-1	Qn
					0	0	Qn-1	-Qn-1	状态不确定
0	1	0	1	Qn＝0
					1	0	1	0	Qn＝1
1	1	0	0	Qn＝Qn-1

优选地，为了提高检测装置的稳定性，该检测模块400还包括：延时模块，与或运算逻辑模块300相连，用于延时预设时间。

实际情况中，在电力系统发生故障时，频率的响应变化要比电压的响应变化快，当故障发生或者系统扰动发生后，频率变化逻辑模块(即第一逻辑模块)为0，而电压逻辑模块(即第二逻辑模块)需要一段时间响应才能变为1，具体地，不同的故障类型(单相、相间和三相)，故障的持续时间不同，例如，三相接地短路故障靠近发电机侧，跳闸信号波动时间多达20ms，跳闸信号在20ms内在0和1之间波动。通过延迟模块延时预设时间之后检测模块400再根据第三逻辑值判断电力系统是否发生了孤岛效应，可以提高检测装置的稳定性。具体地，本发明实施例中的延时模块可以直接连接至或运算逻辑模块300，也可以连接至触发器。

可选地，检测模块400还可以包括数据转换模块，例如，NOT控制元件，转换器(converter)，或运算逻辑模块300输出的信号通过NOT控制元件转化为布尔(boolean)变量，通过转换器将布尔变量转化为double变量，再输入至触发器中，触发器输出的信号再输入至延时模块进行延时，检测模块400根据延时模块输出的信号判断电力系统是否发生了孤岛效应并输出控制信号，检测模块400输出的控制信号可以控制断路器开断。

图4是根据本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的逻辑框图。图4所示的用于电力系统的孤岛检测装置的逻辑框图是在matlab环境中绘制的。以下根据图4对本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置进行说明：

如图4所示，在频率变化率逻辑模块(即第一逻辑模块100)中，输入两个矩形波形与频率变化率输入乘法逻辑模块101进行相乘，得到的结果输入绝对值运算逻辑模块102取绝对值之后，再与阈值1Hz/s共同输入比较逻辑模块103进行比较，输出的信号输入或运算逻辑模块300中，在电压逻辑模块(即第二逻辑模块200)中，电压输入与发电机的三相电压的电压有效值6350.853V输入至求差逻辑模块201求差，得到的结果输入值绝对值模块202取绝对值后与阈值2000V输入至比较逻辑模块203比较，输出的结果输入或运算逻辑模块204进行或运算，输出的信号输入或运算逻辑模块300中，与上述频率变化率逻辑模块输出的信号进行或运算之后得到的结果输入至NOT控制元件401，通过NOT控制元件401将或运算逻辑模块300输出的信号转化为布尔(boolean)变量，通过转换器402将布尔变量转化为double变量，再输入至触发器403中，触发器输出的信号再输入至转换器404进行数据类型转换后输入延时模块405进行延时，延时模块405输出的信号即为断路器控制信号。

在电力系统发生孤岛效应的情况下，例如，故障设置在5S时刻，本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置的灵敏度测试如表3所示：

表3 灵敏度测试结果

从表3可以看出，在电力系统发生孤岛的情况下，分布式电源系统输出功率很接近当地负载功率时，仍能在短时间内检测出电力系统发生孤岛效应，并顺利发出跳闸信号。在分布式电源系统输出功率和负载功率的功率差值的百分比为[-0.8％，+0.9％]时，跳闸时间大于IEEE规定的反应时间300ms[6]，即，当分布式电源系统输出功率和负载功率的功率差值的百分比处于[-0.8％，+0.9％]之间时为孤岛检测死区。

在电力系统未发生孤岛效应的情况下，例如，电力系统发生三相短路故障，故障靠近分布式电源侧，故障持续时间为1s时，本发明实施例的用于电力系统的孤岛检测装置可以在电力系统未发生孤岛效应但发生故障情况下保持稳定，不会发生跳闸情况。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于电力系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述电力系统包括负载，以及用于给所述负载供电的供电系统和分布式电源系统，所述供电系统和所述分布式电源系统分别与所述负载相连，所述方法包括：

计算所述分布式电源系统的频率变化率；

计算所述分布式电源系统的电压差值；

比较所述频率变化率和第一阈值的大小以及所述电压差值和第二阈值的大小；以及

如果所述频率变化率大于所述第一阈值且所述电压差值小于所述第二阈值，则检测出所述电力系统发生孤岛效应。

2.根据权利要求1所述的用于电力系统的孤岛检测方法，其特征在于，计算分布式电源系统的频率变化率包括：

根据以下公式计算所述频率变化率：

其中，□f为所述频率变化率，f_n为所述分布式电源系统在n时刻的频率，T为所述分布式电源系统的周期，m取值范围为[1，5]，f_n-3×T为所述分布式电源系统在n-m×T时刻的频率。

3.根据权利要求1所述的用于电力系统的孤岛检测方法，其特征在于，计算分布式电源系统的电压差值包括：

根据以下公式计算所述电压差值：

ΔV＝|V_n-V_r|，

其中，ΔV为所述电压差值，V_n为所述分布式电源系统在n时刻的电压值，V_r为所述分布式电源系统的额定电压值。

4.根据权利要求1所述的用于电力系统的孤岛检测方法，其特征在于，在检测出所述电力系统发生孤岛效应之后，所述方法还包括：

输出控制信号，其中，所述控制信号用于控制断开所述分布式电源系统与所述负载的连接。

5.一种用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述电力系统包括负载，以及用于给所述负载供电的供电系统和分布式电源系统，所述供电系统和所述分布式电源系统分别与所述负载相连，所述装置包括：

第一计算模块，用于计算所述分布式电源系统的频率变化率；

第二计算模块，用于计算所述分布式电源系统的电压差值；

比较模块，用于比较所述频率变化率和第一阈值的大小以及所述电压差值和第二阈值的大小；以及

检测模块，用于在所述频率变化率大于所述第一阈值且所述电压差值小于所述第二阈值时，检测出所述电力系统发生孤岛效应。

6.一种用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述电力系统包括负载，以及用于给所述负载供电的供电系统和分布式电源系统，所述供电系统和所述分布式电源系统分别与所述负载相连，所述装置包括：

第一逻辑模块，用于计算第一逻辑值，其中，所述第一逻辑值为所述分布式电源系统的频率变化率与第一阈值的比较结果的逻辑值；

第二逻辑模块，用于计算第二逻辑值，其中，所述第二逻辑值为所述分布式电源系统的电压差值与第二阈值的比较结果的逻辑值；

或运算逻辑模块，分别与所述第一逻辑模块的输出端和所述第二逻辑模块的输出端相连，用于将所述第一逻辑值与所述第二逻辑值进行或运算，得到第三逻辑值；以及

检测模块，与所述或运算逻辑模块的输出端相连，用于根据所述第三逻辑值检测所述电力系统是否发生孤岛效应，其中，在所述第三逻辑值为第一值时，检测出所述电力系统发生孤岛效应，所述第一值为所述频率变化率大于所述第一阈值且所述电压差值小于所述第二阈值时所述第三逻辑值的值。

7.根据权利要求6所述的用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述第一逻辑模块包括：

第一检测模块，用于检测所述分布式电源系统的频率；

第一运算模块，与所述第一检测模块相连，用于根据所述分布式电源系统的频率计算所述分布式电源系统的频率变化率；以及

第一比较模块，所述第一比较模块的第一输入端与所述第一运算模块相连，用于输入所述分布式电源系统的频率变化率，所述第一比较模块的第二输入端用于输入所述第一阈值，所述第一比较模块用于根据所述分布式电源系统的频率变化率和所述第一阈值得到所述第一逻辑值。

8.根据权利要求6所述的用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述第二逻辑模块包括：

第二检测模块，用于检测所述分布式电源系统的电压值；

第二运算模块，与所述第二检测模块相连，用于根据所述分布式电源系统的电压值计算所述分布式电源系统的电压差值；以及

第二比较模块，所述第二比较模块的第一输入端与所述第二运算模块相连，用于输入所述分布式电源系统的电压差值，所述第二比较模块的第二输入端用于输入所述第二阈值，所述第二比较模块用于根据所述分布式电源系统的电压差值和所述第二阈值得到所述第二逻辑值。

9.根据权利要求6所述的用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述检测模块包括：触发器，与所述或运算逻辑模块相连。

10.根据权利要求6所述的用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述检测模块包括：延时模块，与所述或运算逻辑模块相连，用于延时预设时间。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的用于电力系统的孤岛检测装置，其特征在于，在检测出所述电力系统发生孤岛效应时，所述检测模块还用于输出控制信号，其中，所述控制信号用于控制切断所述分布式电源系统与所述负载的连接。