CN105591371B - 基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统及方法，包括：防孤岛控制模块，分别用于与光伏电站有功/无功控制系统及光伏电站监控系统通信；所述光伏电站有功/无功控制系统分别与光伏电站监控系统及无功补偿控制系统通信，光伏电站监控系统与光伏发电单元通信连接，无功补偿控制系统与无功补偿装置通信连接；本发明将被动式孤岛检测与无功有功联合扰动孤岛检测结合，实现了大规模光伏电站快速孤岛检测，避免多台串并联逆变器主动式孤岛检测信号的相互扰动，减小了被动式孤岛检测的盲区。

Description

基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统及方法。

背景技术

随着光伏发电的快速发展，完善光伏电站并网性能保障电力系统安全稳定运行越显重要。特别是大规模集中并网的光伏电站，当孤岛发生时，孤岛运行的电压、频率不稳，影响设备的正常运行，重合闸会产生较大的冲击电流，造成配电系统及用户端设备损坏，同时孤岛运行的光伏持续供电也对电力检修人员有严重危害，因此，及时准确地检测到孤岛发生对于避免重大安全事故发生具有重要意义。

根据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》、Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》等要求，通过10kV及以上电压等级并网的大中型光伏电站均需配置有功功率控制系统和无功功率控制系统，具有光伏电站有功功率和无功功率调节能力。光伏电站无功电源包括并网逆变器及光伏发电站无功补偿装置，无功补偿装置类型主要为静止无功补偿器(static var compensator,SVC)和静止无功发生器(static vargenerator,SVG)，其中SVC根据电抗器控制元件不同又分为晶闸管控制电抗器(thyristorcontrol reactor,TCR)和磁控电抗器(magnetic controller reactor,MCR)2种类型，且其动态响应时间均不大于30ms，并具有恒电压控制、恒无功控制、恒功率因数控制等控制模式。对于采用一次升压并网的光伏电站，即升压至35kV并网，其无功补偿容量约为光伏电站总容量的10％；对于采用两次升压并网的光伏电站，即先升压至35kV及以上电压等级并网，其无功补偿容量约为光伏电站总容量的20％。

目前大规模集中并网的光伏电站防孤岛保护大多依赖于光伏逆变器的防孤岛保护功能。基于光伏逆变器本身的孤岛检测方法分被动孤岛检测和主动孤岛检测方法两大类，各种孤岛检测方法各有优缺点，被动式孤岛检测方法存在孤岛检测时间长和盲区大问题，主动式检测方法引入扰动信号加快孤岛检测速度，同时减少了检测盲区，但对系统的暂停响应和电能质量有不良影响，而且当光伏电站带变电站母线一起发生较大规模孤岛时，系统输出功率与负载功率很接近相等，负载的品质因数要求较高，仅单台逆变器干扰信号使得公共耦合点的参数变化很小，达不到设定的阈值，防孤岛保护可能失效，若多台逆变器串并联同时引入扰动信息，由于控制策略复杂，扰动信号相互影响，防孤岛保护仍有可能失效。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统及方法，本发明公开的基于光伏电站有功/无功功率控制系统的防孤岛控制策略，不仅准确及时地实现光伏电站孤岛检测和防孤岛保护，提高光伏并网系统的安全性，同时避免了对光伏电站正常运行的影响。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，包括：

防孤岛控制模块，分别用于与光伏电站有功/无功控制系统及光伏电站监控系统通信；所述光伏电站有功/无功控制系统分别与光伏电站监控系统及无功补偿控制系统通信，光伏电站监控系统与光伏发电单元通信连接，无功补偿控制系统与无功补偿装置通信连接；

所述防孤岛控制模块实时采集光伏电站并网点的参数并判断并网点的相关参数是否达到设定的保护阈值，若达到，则联络线保护跳闸并切除光伏电站，否则，所述防孤岛控制模块根据实时采集的无功补偿装置的运行控制模式及输出设定量来实现对光伏电站有功输出和无功补偿装置无功输出的控制。

进一步的，所述防孤岛控制模块对无功补偿装置无功输出进行控制，防孤岛控制模块控制无功补偿装置向电网输出正负双向的无功扰动以及零扰动。

进一步的，所述无功扰动设定为无功补偿装置不同控制模式下控制精度的限值。

更进一步的，在加入扰动后，防孤岛控制模块检测加入正负扰动和零扰动之间光伏电站并网点运行频率偏差，当频率偏差升高时，防孤岛控制模块将光伏电站内并网联络线开关跳闸，完成保护。

进一步的，当设定周期内频率偏差小于等于0.2或大于等于-0.5时，防孤岛控制模块控制光伏电站有功控制系统对光伏电站进行有功扰动，并实时检测并网点的电压和频率，在扰动期间不断的检测公共连接点(PCC点)电压幅值是否小于设定百分比的额定值，大于设定百分比的额定值且扰动时间到则判断是否继续，小于设定百分比的额定值则认为可能有孤岛效应产生，则防孤岛控制模块将光伏电站内并网联络线开关跳闸，完成保护。

进一步的，所述有功扰动设定为光伏电站有功功率控制精度的限值，

进一步的，所述光伏电站有功/无功控制系统还通过调度数据网与调度系统有功/无功主站系统通信，所述光伏电站有功/无功控制系统通过调度数据网将数据传输至调度系统有功/无功主站系统。

进一步的，所述光伏电站有功/无功控制系统包括有功/无功功率控制器及有功/无功操作员工作站。

基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制方法，包括以下步骤：

1)防孤岛控制模块实时采集光伏电站并网点电压、电流、频率和接入变电站母线电压，判断并网点的电压幅值和频率是否达到系统保护的阈值，若达到，则转至步骤5),若否则转至步骤2)；

2)防孤岛控制模块通过与调度系统有功/无功主站系统的通讯来判断相应光伏电站接入变电站的上级电网是否停电检修，若是则进入步骤5)，否则进入步骤3)；

3)防孤岛控制模块实时采集无功补偿装置的运行控制模式及输出值，并控制无功补偿装置向电网输出大小约1％额定感性容量的正负双向无功扰动ΔQ、-ΔQ以及零扰动，在加入扰动后，防孤岛控制模块检测加入正负扰动和零扰动之间光伏电站并网点运行频率偏差，若频率偏差Δf≥0.2或Δf≤-0.5，则进入步骤5)，否则进入步骤4)；

4)若设定个周期内频率偏差Δf≤0.2或频率偏差Δf≥-0.5，则防孤岛控制模块控制光伏电站有功控制系统对光伏电站进行有功扰动，并实时检测并网点的电压和频率，在扰动期间不断的检测PCC点电压幅值是否小于设定百分比的额定值，大于设定百分比的额定值且扰动时间到则转至步骤6)，小于设定百分比的额定值则认为可能有孤岛效应产生，则进入步骤5)；

5)防孤岛控制模块根据接收的跳闸命令或者检测到的孤岛情况，将光伏电站内并网联络线开关跳闸,完成保护；

6)判断是否继续，若是则转至步骤1)，若否，则结束。

进一步的，所述步骤3)中，无功扰动ΔQ设定为无功补偿装置不同控制模式下控制精度的限值,每次扰动时间为10ms，扰动间歇10ms。

进一步的，所述步骤4)中，有功扰动ΔP设定为光伏电站有功功率控制精度的限值，每次扰动时间为10ms，扰动间歇为10ms。

本发明的有益效果：

1)将被动式孤岛检测与无功有功联合扰动孤岛检测结合，实现了大规模光伏电站快速孤岛检测，避免多台串并联逆变器主动式孤岛检测信号的相互扰动，减小了被动式孤岛检测的盲区；

2)基于现有光伏电站有功/无功功率控制系统、动态无功补偿装置，无需增加额外的硬件设施,降低孤岛检测成本；

3)小干扰信号均处于功率控制精度范围内，基本避免了光伏电站发电效率的损失，减小了对系统暂态响应和电能质量的不良影响。

附图说明

图1大型光伏电站防孤岛保护结构；

图2防孤岛检测流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

基于光伏电站已有有功/无功功率控制系统和并网线路保护装置，新增防孤岛控制模块，如图1所示。防孤岛保护控制装置经统一通信协议接入光伏电站有功/无功功率控制系统，并与调度系统有功/无功主站系统、光伏电站监控系统通信连接，基于防孤岛控制模块可以实现对光伏电站有功输出和无功补偿装置无功输出的控制。

所述防孤岛检测流程图如图2所示,包括如下步骤：

1)防孤岛控制模块实时采集光伏电站并网点电压、电流、频率和接入变电站母线电压，判断并网点的电压幅值和频率是否达到系统保护的阈值,若达到,则转至步骤5),若否则转至步骤2)；

2)防孤岛控制模块通过与主电网调度站的通讯来判断相应光伏电站接入变电站的上级电网是否停电检修,若是则进入步骤5),否则进入步骤3)；

3)防孤岛控制模块实时采集无功补偿装置的运行控制模式、输出值，并控制无功补偿装置向电网输出小幅度的正负双向的无功扰动ΔQ、-ΔQ以及零扰动，无功扰动ΔQ设定为无功补偿装置不同控制模式下控制精度的限值,每次扰动时间为10ms，扰动间歇10ms；在加入扰动后，检测加入正负扰动和零扰动之间光伏电站并网点运行频率偏差，若频率偏差迅速升高则进入步骤5)，否则进入步骤4)；

4)若10个周期内Δf≤0.2或Δf≥-0.5，则防孤岛控制模块控制光伏电站有功控制系统对光伏电站有功输出有功扰动，并实时检测并网点的电压和频率。有功扰动ΔP设定为光伏电站有功功率控制精度的限值，每次扰动时间为10ms，扰动间歇为10ms，在扰动期间不断，在扰动期间不断的检测PCC点电压幅值是否小于97％额定值，大于97％额定值且扰动时间到则转至步骤6)，小于97％额定值则认为可能有孤岛效应产生，则进入步骤5)；

5)防孤岛控制模块根据接收的跳闸命令或者检测到的孤岛情况，将光伏电站内并网联络线开关跳闸,完成保护。

6)判断是否继续，若是则转至步骤1)，若否则方法结束。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，其特征是，包括：

防孤岛控制模块，分别用于与光伏电站有功/无功控制系统及光伏电站监控系统通信；所述光伏电站有功/无功控制系统分别与光伏电站监控系统及无功补偿控制系统通信，光伏电站监控系统与光伏发电单元通信连接，无功补偿控制系统与无功补偿装置通信连接；

所述防孤岛控制模块实时采集光伏电站并网点的参数并判断并网点的相关参数是否达到设定的保护阈值，若达到，则联络线保护跳闸并切除光伏电站，否则，所述防孤岛控制模块根据实时采集的无功补偿装置的运行控制模式及输出设定量来实现对光伏电站有功输出和无功补偿装置无功输出的控制；

所述防孤岛控制模块对无功补偿装置无功输出进行控制，防孤岛控制模块控制无功补偿装置向电网输出正负双向的无功扰动以及零扰动；

在加入扰动后，防孤岛控制模块检测加入正负扰动和零扰动之间光伏电站并网点运行频率偏差，若频率偏差Δf≥0.2或Δf≤-0.5，时，防孤岛控制模块将光伏电站内并网联络线开关跳闸，完成保护；

当设定周期内频率偏差小于0.2且大于-0.5时，防孤岛控制模块控制光伏电站有功控制系统对光伏电站进行有功扰动，并实时检测并网点的电压和频率，在扰动期间不断的检测公共连接点电压幅值是否小于设定百分比的额定值，大于设定百分比的额定值且扰动时间到则判断是否继续，小于设定百分比的额定值则认为可能有孤岛效应产生，则防孤岛控制模块将光伏电站内并网联络线开关跳闸，完成保护。

2.如权利要求1所述的基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，其特征是，所述无功扰动设定为无功补偿装置不同控制模式下控制精度的限值。

3.如权利要求1所述的基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，其特征是，所述有功扰动设定为光伏电站有功功率控制精度的限值。

4.如权利要求1所述的基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，其特征是，所述光伏电站有功/无功控制系统还通过调度数据网与调度系统有功/无功主站系统通信，所述光伏电站有功/无功控制系统通过调度数据网将数据传输至调度系统有功/无功主站系统。

5.如权利要求1所述的基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制系统，其特征是，所述光伏电站有功/无功控制系统包括有功/无功功率控制器及有功/无功操作员工作站。

6.基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制方法，其特征是，包括以下步骤：

1)防孤岛控制模块实时采集光伏电站并网点电压、电流、频率和接入变电站母线电压，判断并网点的电压幅值和频率是否达到系统保护的阈值，若达到，则转至步骤5),若否则转至步骤2)；

2)防孤岛控制模块通过与调度系统有功/无功主站系统的通讯来判断相应光伏电站接入变电站的上级电网是否停电检修，若是则进入步骤5)，否则进入步骤3)；

3)防孤岛控制模块实时采集无功补偿装置的运行控制模式及输出值，并控制无功补偿装置向电网输出大小约1％额定感性容量的正负双向的无功扰动ΔQ、-ΔQ以及零扰动，在加入扰动后，防孤岛控制模块检测加入正负扰动和零扰动之间光伏电站并网点运行频率偏差，若频率偏差Δf≥0.2或Δf≤-0.5，则进入步骤5)，否则进入步骤4)；

4)若设定个周期内频率偏差Δf＜0.2且频率偏差Δf＞-0.5，则防孤岛控制模块控制光伏电站有功控制系统对光伏电站进行有功扰动，并实时检测并网点的电压和频率，在扰动期间不断的检测PCC点电压幅值是否小于设定百分比的额定值，大于设定百分比的额定值且扰动时间到则转至步骤6)，小于设定百分比的额定值则认为可能有孤岛效应产生，则进入步骤5)；

5)防孤岛控制模块根据接收的跳闸命令或者检测到的孤岛情况，将光伏电站内并网联络线开关跳闸,完成保护；

6)判断是否继续，若是则转至步骤1)，若否，则结束。

7.如权利要求6所述的基于光伏电站功率控制系统的防孤岛保护控制方法，其特征是，所述步骤3)中，无功扰动ΔQ设定为无功补偿装置不同控制模式下控制精度的限值,每次扰动时间为10ms，扰动间歇10ms；

所述步骤4)中，有功扰动设定为光伏电站有功功率控制精度的限值，每次扰动时间为10ms，扰动间歇为10ms。