CN106849169A - 一种简单的微电网孤岛检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单的微电网孤岛检测方法，包括以下步骤：1)检测PCC点处的电压幅值和频率，若超过设定阈值则判断孤岛发生，否则转入步骤2)；2)对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个恒定的、幅值较小的无功功率Q_h；3)对电网侧电流进行检测，若检测到电流为零，则判断孤岛发生；若检测到电流不为零，则判断孤岛未发生。本发明简单的微电网孤岛检测方法，通过对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个幅值较小的无功功率并对并网电流进行检测，通过电网侧检测到电流的大小来快速而准确地检测孤岛状态是否发生；该方法简单易行，检测速度快，无检测盲区，也不会对电网质量造成影响。

Description

一种简单的微电网孤岛检测方法

技术领域

本发明涉及分布式发电、微电网技术领域，特别涉及一种微电网孤岛的检测方法。

背景技术

微电网的孤岛运行是指在大电网因故障或其他原因失电后，微电网脱离大电网，形成一个自持供电的孤岛向网内的本地负载供电的状态。微电网的非计划孤岛运行会给电力系统的安全稳定运行带来一系列问题。比如影响电力设备和本地负载的正常工作、甚至损毁，以及危害到电力维修人员的生命安全。因此，研究微电网中的孤岛检测技术具有重要意义。

现有的孤岛检测方法主要分为三类：被动检测法、主动检测法和开关状态检测法。被动检测是通过采样PCC处的电压电流信号，通过监测电压、相位、频率及其变化率等来判断是否处于孤岛。该方法没有引入扰动量，不影响电能质量，但是检测盲区较大。主动检测一般采用频率扰动法，即通过在分布式电源的控制信号中注入频率扰动信号，通过反馈环节使孤岛发生后系统的相关电气量超出阈值，从而判定孤岛是否发生。主动检测法存在检测盲区较小，灵敏度高的优点。传统的扰频式主动检测法常见于分布式发电并网系统的孤岛检测中，如需应用于微电网系统，则需要配合各分布式电源独立的孤岛检测系统，形成微电网级的孤岛判断信号。因微电网中分布式电源往往存在功率等级差异，且安装位置各异，造成微电网孤岛判断信号的形成难以实现。开关状态检测是利用通信手段来检测断路器的开断状态，并在电网侧发出载波信号，根据这些信号来确定是否发生了孤岛。该方法不存在检测盲区，也不会对电能质量造成影响，但是基于通信通道，成本高，实施也较为复杂。因传统的主动检测法和开关状态检测法具有较高的实现难度，且所需成本较高，通过调研可知，目前大部分微电网产品或示范系统通常仅采用了被动式的孤岛检测方法。

被动式孤岛检测方法的实现依据为：当孤岛发生后，微电网内分布式发电单元的发电功率和本地负载所需功率会出现不匹配，必然导致系统电压、频率等发生偏移，通过对其进行检测可成功实现孤岛检测。然而，当分布式发电系统的发电容量和本地负载的额定容量相匹配时，PCC处的电压幅值和频率短时间内不会发生明显变化，因此，采用被动孤岛检测法存在较大的盲区，难以及时检测出孤岛状态，并及时切断微电网侧与电网链接的开关，达到保证电网检修人员安全的目的。

因此，急需一种简单易实现的微电网孤岛检测方法，并具有检测盲区小、检测速度快、检测成功率高的优点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是一种简单的微电网孤岛检测方法，以解决传统被动式孤岛检测存在较大盲区，而传统扰频式主动检测方法实现困难的问题。

本发明提出一种简单的微电网孤岛检测方法，包括以下步骤：

1)检测PCC点处的电压幅值和频率，若超过设定阈值则判断孤岛发生，否则转入步骤2)；

2)对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个恒定的、幅值较小的无功功率Q_h；

3)对电网侧电流进行检测，若检测到电流为零，则判断孤岛发生；若检测到电流不为零，则判断孤岛未发生。

进一步，所述无功功率Q_h不超过储能逆变器额定功率的1％。

本发明的有益效果：

本发明简单的微电网孤岛检测方法，通过对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个幅值较小的无功功率并对并网电流进行检测，通过其检测到的电网侧电流的大小来快速而准确地检测孤岛状态是否发生；该方法简单易行，检测速度快，无检测盲区，也不会对电网质量造成影响。

附图说明

图1为微电网并网等效示意图，其中本地负载由RLC负载组成。当断路器1闭合，断路器2断开时，孤岛发生。P和Q分别为逆变器输出的有功功率和无功功率，P_L和Q_L分别为RLC负载消耗的有功功率和无功功率，P_G和Q_G分别为电网向负载所提供的有功功率和无功功率。

图2为并网逆变器的P/Q控制框图。

图3微电网孤岛检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例简单的微电网孤岛检测方法，包括以下步骤：

1)检测PCC点处的电压幅值和频率，若超过设定阈值则判断孤岛发生，否则转入步骤2)；

2)对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个恒定的、幅值较小的无功功率Q_h；

3)对电网侧电流进行检测，若检测到电流为零，则判断孤岛发生；若检测到电流不为零，则判断孤岛未发生。

如附图1所示的典型微电网系统，其储能逆变器并网运行时的常用控制策略为有功/无功控制(即P/Q控制)，如附图2所示。一般情况下，设定无功功率基准Q_ref＝0，保证其输出的无功电流为0，也即无功功率为0，系统的功率关系为：

P_L＝P_G+P (1)

Q_L＝Q_G+Q (2)

其中P、Q分别为微电网系统输出的有功功率和无功功率；P_L，Q_L分别为负载所需有功功率和无功功率；P_G，Q_G分别为微电网和电网间交换的有功和无功功率。其正方向定义如附图1所示。传统的孤岛检测方法一般通过检测附图1中公共节点PCC点的电压和频率变化来进行孤岛检测。即如果附图1中断路器2断开，微电网出现孤岛状态。此时P_G＝0和Q_G＝0，如果断路器2断开瞬间P_L≠P或Q_L≠Q，因功率不平衡，将导致附图1中PCC点电压或者频率偏移，通过检测偏移量，超过正常范围时认为孤岛发生，从而断开断路器1，微电网转入孤岛运行。

然而，若在微电网并网运行时逆变器输出功率与负载所需功率相等，此时电网与逆变器之间无电流交换，即：

P+jQ＝P_L+jQ_L (3)

P_G+jQ_G＝0 (4)

若附图1中断路器2此时断开，微电网出现孤岛状态，由于逆变器与负载功率匹配，如式(3)、(4)所示，系统没有功率平衡问题，公共节点PCC点的电压幅值和相位不会发生明显变化，通过检测PCC点电压和频率的变化将不能及时检测到孤岛状态，孤岛检测存在盲区，不能及时断开断路器1，威胁在电网侧检修人员的安全。

而本实施例中的微电网孤岛检测方法，在微电网并网运行时将储能逆变器的无功功率基准Q_ref设定为一个较小的常数，即：

Q_ref＝Q_h (5)

本实施例中Q_h的值不超过额定无功功率的1％，当然在不同实施例中，无功功率基准Q_h的值应根据具体容量来进行选择。由此会产生出一个恒定的无功分量。因无功分量为一个小量，在并网运行时，不会对微电网的正常运行产生影响。然而，在微电网系统并网运行时，该方法的运用可保证微电网与大电网之间始终存在无功交换，只要通过检测入网的有功和无功，即可正确的检测出孤岛状态，也即孤岛检测的条件为：

P_G＝0∧Q_G＝0 (6)

当式(6)成立时，微电网与大电网之间电流为0，因此采用本发明微电网孤岛检测方法可消除被动式孤岛检测方法的盲区。

当然在具体实施例中，我们也可以先检测PCC点处的电压幅值和频率，判断电压幅值和频率是否改变超过正常范围，若超过，则孤岛发生；若未超过，再采用本实施例中所述方法检测孤岛；其具体检测流程如图3所示。

本发明微电网孤岛检测方法对电网注入一个恒定且较小的无功功率，使得无论在功率匹配还是不匹配的情况下，微电网与大电网之间总存在无功交换。然后对电网侧电流进行检测，根据其检测到的电流的大小来判断断路器2是否断开，孤岛是否发生。当检测到电网侧电流为零时，则说明断路器2断开，孤岛发生，此时应该断开断路器1，以免威胁在电网侧检修人员的安全；当检测到电网侧电流不为零时，则说明断路器2处于闭合状态，判断孤岛未发生。该方法简单易行，检测速度快，无检测盲区，也不会对电网质量造成影响。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种简单的微电网孤岛检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)检测PCC点处的电压幅值和频率，若超过设定阈值则判断孤岛发生，否则转入步骤2)；

2)对微电网中的储能逆变器进行控制，向电网注入一个恒定的、幅值较小的无功功率Q_h；

3)对电网侧电流进行检测，若检测到电流为零，则判断孤岛发生；若检测到电流不为零，则判断孤岛未发生。

2.根据权利要求1所述简单的微电网孤岛检测方法，其特征在于：所述无功功率Q_h的值不超过逆变器额定功率的1％。