CN105044511B - 一种分布式电源主动式孤岛检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式电源主动式孤岛检测装置及方法，属于智能电网技术领域。本发明通过向电网系统中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处串联接入一接地变压器，并在该接地变压器的副边侧接入低频交流电源，使交流电源通过接地变压器向电网系统中的中性点处注入一定量的低频电压和低频电流，实时测量由接地变压器和交流电源构成测量回路的电压和电流，根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对孤岛进行检测。本发明的孤岛检测采用向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源，既消除了检测盲区，又减小了电能质量对电网的影响，能够快速准确的实现对孤岛的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式电源主动式孤岛检测装置及方法，属于智能电网技术领域。
背景技术
孤岛检测是分布式发电系统以及微电网必须具备的重要功能。当电网供电因故障或停电维修时，各用户端的分布式并网发电系统或微电网必须及时检测出停电状态将自身切离电网，对微电网来说，要从并网运行模式转为离网(即孤岛运行)模式，提高电力系统安全和供电可靠性。孤岛检测方法分为被动式检测方法和主动式孤岛检测方法，被动式检测方法是检测公共点电压的相位、频率以及谐波变化，方法简单但存在检测盲区。主动式检测方法可弥补被动式检测方法的不足，其方法包括有功功率扰动、无功功率扰动、检测电网阻抗变化等方法。信号注入主动式孤岛检测方法也是一种电网阻抗检测法，但其机理是通过向逆变器并网点注入非电网特征频率的谐波电流，从而计算电网阻抗，通过孤岛发生前后的阻抗变化来检测孤岛是否发生，但这种方式对逆变器的输出产生了不良影响，而且多台逆变器并联运行时，扰动以及注入信号的不同步会使检测的准确度大受影响，也可能造成电压闪变和电压不稳，影响了电能质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式电源主动式孤岛检测装置及方法，以消除目前孤岛检测过程中存在检测盲区以及影响电能质量的问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种分布式电源主动式孤岛检测装置，该孤岛检测装置包括接地变压器、交流电源、检测单元、电压测量支路和电流测量支路，所述接地变压器的原边侧用于接入电网逆变器隔离变压器高压侧绕组中性点，接地变压器的副边侧与交流电源连接，交流电源通过接地变压器注入中性点，电压测量支路和电流测量支路输出端均与检测单元的输入端连接，用于测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路的电压和电流值，所述检测单元用于根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对当前时刻的电压和电流以及前一时刻的电压和电流进行判别，若满足判别公式则说明该分布式电源处于孤岛状态。
所述检测单元采用的判别公式为：
其中为当前时刻电压测量支路得到的测量值，为前一时刻电压测量支路得到的测量值，为当前时刻电流测量支路得到的测量值，为前一时刻电流测量支路得到的测量值，k＞5。
所述的交流电源采用低于工频的交流电源。
所述的电流检测支路采用电流互感器实现，该电流互感器串接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电流互感器的输出端与检测单元的输入端连接。
所述的电压测量支路采用电阻实现，该电阻并接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电阻两端接入检测单元的输入端。
本发明还提供了一种分布式电源主动式孤岛检测方法，该孤岛检测方法包括以下步骤；
1)通过接地变压器向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源；
2)实时测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路的电压和电流值；
3)根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对当前时刻的电压和电流以及前一时刻的电压和电流进行判别，若满足判别公式则说明分布式电源处于孤岛状态。
所述孤岛检测所采用的判别公式为：
其中为当前时刻电压的测量值，为前一时刻电压的测量值，为当前时刻电流的测量值，为前一时刻电流的测量值，k＞5。
所述注入变压器的交流电源采用低于工频的交流电源。
所述电流值的测量采用电流互感器实现。
本发明的有益效果是:本发明通过向电网系统中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处串联接入一接地变压器，并在该接地变压器的副边侧接入交流电源，使交流电源通过接地变压器向电网系统中的中性点处注入一定量的低频电压，实时测量由接地变压器和交流电源构成测量回路的电压和电流，根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对孤岛进行检测。本发明的孤岛检测采用向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源，既消除了检测盲区，又减小了电能质量对电网的影响，能够快速准确的实现对孤岛的检测。
附图说明
图1本发明分布式电源孤岛检测装置的接线图；
图2本发明分布式电源孤岛检测装置的接线等效原理图；
图3本发明分布式电源孤岛检测装置的动作特性图；
图4本发明分布式电源孤岛检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明的一种分布式电源主动式孤岛检测装置的实施例
本发明的孤岛检测装置如图1所示，包括接地变压器、交流电源、检测单元、电压测量支路和电流测量支路，QF1为380V系统进线断路器；QF2为380V系统中的断路器；ZL1、ZL2、ZL3为系统中其他支路负荷阻抗，Zt1为10kV配电变压器低压侧漏抗，均为20Hz值，其中Zt1远小于其他支路阻抗。其中接地变压器的原边侧用于接入电网中逆变器的隔离变压器高压侧绕组中性点，接地变压器的副边侧与交流电源连接，交流电源通过接地变压器注入中性点，电压测量支路和电流测量支路输出端均与检测单元的输入端连接，用于测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路的电压和电流值，检测单元用于根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对当前时刻的电压和电流以及前一时刻的电压和电流进行判别，若满足判别公式则说明该分布式电源处于孤岛状态。
由于电网中含有高次谐波，为了防止电网高频成分对测量回路的影响，本发明所采用的交流电源为低于工频的交流电源，本实施例中选用20Hz的交流电源。电流检测支路采用电流互感器TA实现，该电流互感器串接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电流互感器的输出端与检测单元的输入端连接；电压测量支路采用电阻Rn实现，该电阻并接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电阻两端接入检测单元的输入端。
该检测装置的接线等效原理如图2所示，Z′1、Z′2为接地小变压器漏抗，Z′m为接地小变压器励磁阻抗，均为20Hz值。QF1为380V系统进线断路器；QF2为380V系统中的断路器；ZL1、ZL2、ZL3为系统中其他支路负荷阻抗，Zt1为10kV配电变压器低压侧漏抗，均为20Hz值，其中Zt1远小于其他支路阻抗。
检测单元采用的判别公式为：
其中为当前时刻电压测量支路得到的测量值，为前一时刻电压测量支路得到的测量值，为当前时刻电流测量支路得到的测量值为前一时刻电流测量支路得到的测量值，k＞5。如图3所示，阴影区为分布式电源孤岛运行识别的动作区，当QF1合闸分布式电源并网运行时，20Hz电压测量值和电流测量值基本相等，动作量远远小于制动量若QF1断开，动作方程满足，则判别分布式电源处于孤岛运行状态。同理，若QF2断开时也可识别出孤岛运行状态。
本发明的一种分布式电源主动式孤岛检测方法的实施例
本发明采用向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源的方式进行孤岛检测，其流程如图4所示，具体实施过程如下:
1.在逆变器隔离变压器高压侧绕组中性点处设置小型接地变压器以及交流电源，实现电压、电流的注入。其接入方式如图1所示，接地变压器的原边侧用于接入电网逆变器隔离变压器高压侧绕组中性点，接地变压器的副边侧与交流电源连接，交流电源通过接地变压器注入中性点。由于电网中含有高次谐波，为了防止电网高频成分对测量回路的影响，本发明所采用的交流电源为低于工频的交流电源，本实施例中选用20Hz的交流电源。
2.实时测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路中20Hz的电压和电流，本实施例中电压的测量采用接地电阻实现，电流的测量采用电流互感器实现，如图1所示，电流互感器串接在由接地变压器和交流电源构成的测量回路中，接地电阻并接在由接地变压器和交流电源构成的测量回路中。
3.对实时测量20Hz电压、电流进行数据处理，得到20Hz电压、电流的当前测量值以及当前值之前ΔT时刻的20Hz电压、电流记忆值
4.根据孤岛效应发生前后测量值的变化特征，采用绝对值幅值比较原理，即动作方程式中k值一般k＞5。当QF1合闸分布式电源并网运行时，20Hz电压测量值和电流测量值基本相等，动作量远远小于制动量若QF1断开，若动作方程满足，则判别分布式电源处于孤岛运行状态，同理，若QF2断开时也可识别出孤岛运行状态。
本发明通过向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源的方式进行孤岛检测，既消除了检测盲区，又减小了电能质量对电网的影响，可快速、准确地识别孤岛，且适用于多台逆变器并联运行时的孤岛检测。
Claims (5)
1.一种分布式电源主动式孤岛检测装置，其特征在于，该孤岛检测装置包括接地变压器、交流电源、检测单元、电压测量支路和电流测量支路，所述接地变压器的原边侧用于接入电网逆变器隔离变压器高压侧绕组中性点，接地变压器的副边侧与交流电源连接，交流电源通过接地变压器注入中性点，电压测量支路和电流测量支路输出端均与检测单元的输入端连接，用于测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路的电压和电流值，所述检测单元用于根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对当前时刻的电压和电流以及前一时刻的电压和电流进行判别，若满足判别公式则说明该分布式电源处于孤岛状态；
所述的交流电源采用低于工频的交流电源；
所述检测单元采用的判别公式为：
其中为当前时刻电压测量支路得到的测量值，为前一时刻电压测量支路得到的测量值，为当前时刻电流测量支路得到的测量值，为前一时刻电流测量支路得到的测量值，k＞5。
2.根据权利要求1所述的分布式电源主动式孤岛检测装置，其特征在于，所述的电流检测支路采用电流互感器实现，该电流互感器串接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电流互感器的输出端与检测单元的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的分布式电源主动式孤岛检测装置，其特征在于，所述的电压测量支路采用电阻实现，该电阻并接在接地变压器和交流电源构成的测量回路中，电阻两端接入检测单元的输入端。
4.一种分布式电源主动式孤岛检测方法，其特征在于，该孤岛检测方法包括以下步骤；
1)通过接地变压器向电网中逆变器的一台隔离变压器高压侧绕组的中性点处注入交流电源；
2)实时测量由接地变压器和交流电源构成的测量回路的电压和电流值；
3)根据孤岛效应发生前后电压、电流测量值的变化特征，利用绝对值幅值比较原理对当前时刻的电压和电流以及前一时刻的电压和电流进行判别，若满足判别公式则说明分布式电源处于孤岛状态；
所述注入变压器的交流电源采用低于工频的交流电源；
所述孤岛检测所采用的判别公式为：
其中为当前时刻电压的测量值，为前一时刻电压的测量值，为当前时刻电流的测量值，为前一时刻电流的测量值，k＞5。
5.根据权利要求4所述的分布式电源主动式孤岛检测方法，其特征在于，所述电流值的测量采用电流互感器实现。
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