CN106918754A - 一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法 - Google Patents

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韩民晓
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王超
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Abstract

本发明属于直流微电网领域，尤其涉及一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，包括在逆变器端口通过并联附加阻抗的方式实现分流，利用微型机分析PCC所连接支路电流及附加阻抗上的电压变化，从而实现孤岛的检测，解决了交流配电网由于故障或者检修等原因致使联网断路器断开时，孤岛效应的检测问题。本发明采用附加并联阻抗的方法，结合了主动法与被动法的优势，通过附加阻抗的方式实现检测功能，明显优于直接测量逆变器出口端电气量变化的被动检测方法；该方法以网络拓扑变化对电气量造成的影响为判据，不用改变逆变器的工作方式和影响并网运行状态下逆变器输出电流波形，从而也具有主动测量法中主动频移和功率扰动策略所不具备的优势。

Description

一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法
技术领域
本发明属于直流微电网领域，尤其涉及一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法。
背景技术
所谓微电网，是指以太阳能、风能、燃料电池等新能源作为能量来源，通过电力电子装置和储能设备实现功率变换和灵活控制的一种系统。相较交流微电网，直流微网更有利于分布式电源接入，分布式电源一般只需要DC/DC一级升压器升压，减少了DC/AC变流器以及滤波器的投资，能更有效地利用分布式电源；同时，随着配电网中直流负荷的增加，直流微网能够提供高可靠性和高品质的直流电源；另外，直流微网可以有更大的供电容量和更好的电能传输效率，由于不存在集肤效应，在直流微网中金属导体的利用率更高，且不存在涡流损耗和无功损耗。
直流微电网既可以与配电网连接并网运行，也可以在配电网因故障、检修等原因断开时，单独为本地网络负载供电，即进入孤岛模式。孤岛一旦产生将危及电网线路维修人员安全，影响自动重合闸，使电力孤岛区域电压不稳，影响电能传输质量；此外，孤岛运行在电网恢复时可能造成并网相位不同步，引起大的电流冲击，对电网产生谐波干扰，或者并网失败。
微电网灵活控制的关键问题之一是孤岛检测问题。已有的孤岛检测方案主要可以分为两类，即：基于通信的孤岛检测策略和本地孤岛检测策略。第一类基于通信的孤岛检测策略主要是利用通信来检测孤岛效应，但由于需要安装相应的通信装置，在并网开关与微网系统距离较远时，将大大的增加检测的成本；第二类策略是通过监控并网发电装置的端电压以及电流信号来检测孤岛效应。这又可以进一步分为被动式和主动式两种：被动式方案仅根据所测量的系统电压、频率、电压电流相位差以及谐波的异常来判断孤岛的发生，一般不会影响电网的电能质量，且在多台并网换流器运行时，不会产生稀释效应，但通常被动式方案存在相对较大的不可检测区(NDZ)以及阈值的选择问题，当微电网系统中非线性负载很大时，阈值选择不当将有可能造成逆变器的误动作；而主动式方案则通过向电网注入扰动，并利用扰动引起的系统电压、频率以及阻抗等的相应变化来判断孤岛的发生，主动式方案虽然有效地减少了不可检测区，但由于需要持续地输入扰动，会或多或少地影响电能质量，同时在多台并网换流器运行时，要求同步扰动，否则容易产生稀释效应，这又增加了孤岛检测的难度和成本。
发明内容
本发明为了解决主网由于故障或者检修等原因致使联网断路器断开时，孤岛效应的检测问题，提出了一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，包括
步骤1、建立直流微电网模型，并直流微电网通过并网逆变器与交流电网连接；选取直流微电网内的有效交流负荷作为附加阻抗连接于PCC，此处PCC在并网逆变器交流侧；
步骤2、PCC节点共连接3条支路，PCC至交流电网的支路为交流电网支路，PCC至直流微网的支路称直流微网支路，PCC至有效负荷的支路为附加阻抗支路；
步骤3、实时监测交流电网支路的电流变化及附加阻抗支路上的电流变化，当附加阻抗上的电流不为零而交流电网支路电流为零时，判定为孤岛状态，其余情况下判定为非孤岛状态。
所述附加阻抗选取本地工业交流负荷厂用空调、排气扇，容量选为1KVA至15KVA。
所述并网逆变器的交流侧存在足够大滤波电感的情况下，其检测手段通过两级检测装置来检测孤岛状态，一级选取电流量I1作为主检测对象，二级选取并联阻抗上电压量作为备用检测；当电流检测装置失效时，启动电压检测。通过两级检测装置，能够更加可靠地实现有效检测与精确控制。
有益效果
本发明采用附加并联阻抗的方法，为了减小不必要的损耗，此处附加阻抗选取本地工业交流负荷。此方法最大的优点在于结合了主动法与被动法的优势，通过附加阻抗的方式实现检测功能，明显优于直接测量逆变器出口端电气量变化的被动检测方法；同时以网络拓扑变化对电气量造成的影响为判据，不用改变逆变器的工作方式和影响并网运行状态下逆变器输出电流波形，从而也具有主动测量法中主动频移和功率扰动策略所不具备的优势。
附图说明
图1为本发明的基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法流程图；
图2放射状直流微电网典型结构及附加阻抗连接示意图；
图3附加并联阻抗后直流微电网的功率流动图(a)；
图4附加并联阻抗后直流微电网的功率流动图(b)；
图5附加并联阻抗后直流微电网的功率流动图(c)。
具体实施方式
本发明提出了一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，下面结合附图，对本发明作详细说明。
图1为基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法流程图；包括
步骤1、建立直流微电网模型，并直流微电网通过并网逆变器与交流电网连接；选取直流微电网内的有效交流负荷作为附加阻抗连接于PCC，此处PCC在并网逆变器交流侧；
步骤2、PCC节点共连接3条支路，PCC至交流电网的支路为交流电网支路，PCC至直流微网的支路称直流微网支路，PCC至有效负荷的支路为附加阻抗支路；
步骤3、实时监测交流电网支路的电流变化及附加阻抗支路上的电流变化，当附加阻抗上的电流不为零而交流电网支路电流为零时，判定为孤岛状态，其余情况下判定为非孤岛状态。
图2为放射状直流微电网典型结构，各分布式电源及直交流负荷基本均可经过一级变流装置接入直流母线，直流母线再通过并网换流器实现与交流配电网的互联。附加阻抗选取部分本地工业交流负荷，引接至并网变流器靠近交流配电网的出口端，既可在并网状态下正常工作，也可以用作孤岛状态的检测。
图3、图4、图5为附加并联阻抗后直流微电网的功率流动图。按照功率流动的方向，大致可以分为以下三种情况。
第一种情况下如图3，直流微网中光伏，风电等分布式电源发出的功率不足以满足微网内各用电负荷的需求，并网换流器工作在整流状态，交流电网向直流微网输送功率。
并网断路器合闸状态下，
I1＝I2+I3
据此通过以下两级检测装置来检测孤岛状态，由于电流检测的灵敏度较高，一级选取电流量I1作为主检测对象，二级选取并联阻抗上电压量作为备用检测。当电流检测装置失效时，启动电压检测。
当交流电网因为故障或者检修等原因致使并网断路器跳开，此时I1消失，主检测装置将率先检测到电流量I1的突变，从而判断进入孤岛状态。当主检测装置由于故障失效时，立即启动电压检测。由于I1消失，I2也将瞬间减小，附加阻抗上的检测电压也瞬间减小，相比于跳闸前的U0产生很大的变化，以此为依据也可以判断孤岛效应。
第二种情况下如图4，直流微网中具有丰富的分布式能源，发出的功率大于本地负荷的需求，因此通过并网换流器输送到交流配电网中，供给其他地区负荷的需要，或者作为配电网的备用容量使用，此时并网换流器工作在逆变状态。
并网断路器合闸状态下，
I3＝I1+I2
当交流电网因为故障或者检修等原因致使并网断路器跳开，此时I1消失，主检测装置将率先检测到电流量I1的突变，从而判断进入孤岛状态。当主检测装置由于故障失效时，立即启动电压检测。由于I1消失，I2将瞬间增大，附加阻抗上的检测电压也瞬间增大，相比于跳闸前的U0产生很大的变化，以此为依据也可以判断孤岛效应。
第三种情况较为特殊如图5，出现的可能性比较小。当直流微电网内部功率基本平衡以及配电网中也有充足的功率满足本地交流负荷的需求时，可能出现直流微电网和交流配电网同时向附加阻抗馈送功率的情况，并且此时双方馈送的功率都比较小。由于附加阻抗接在并网变流器靠近交流配电网的出口端，此时并网变流器也工作在逆变状态。
并网断路器合闸状态下，
I2＝I1+I3
当交流电网因为故障或者检修等原因致使并网断路器跳开，此时I1消失，主检测装置将率先检测到电流量I1的突变，从而判断进入孤岛状态。当主检测装置由于故障失效时，立即启动电压检测。由于I1消失，I2也将瞬间减小，附加阻抗上的检测电压也瞬间减小，相比于跳闸前的U0产生很大的变化，以此为依据也可以判断孤岛效应。

Claims (3)

1.一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括
步骤1、建立直流微电网模型，并直流微电网通过并网逆变器与交流电网连接；选取直流微电网内的有效交流负荷作为附加阻抗连接于PCC，此处PCC在并网逆变器交流侧；
步骤2、PCC节点共连接3条支路，PCC至交流电网的支路为交流电网支路，PCC至直流微网的支路称直流微网支路，PCC至有效负荷的支路为附加阻抗支路；
步骤3、实时监测交流电网支路的电流变化及附加阻抗支路上的电流变化，当附加阻抗上的电流不为零而交流电网支路电流为零时，判定为孤岛状态，其余情况下判定为非孤岛状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，其特征在于，所述附加阻抗选取本地工业交流负荷厂用空调、排气扇，容量范围为1KVA至15KVA。
3.根据权利要求1所述的一种基于附加阻抗的直流微网孤岛检测方法，其特征在于，所述并网逆变器的交流侧存在足够大滤波电感的情况下，其检测手段通过两级检测装置来检测孤岛状态，一级选取电流量I1作为主检测对象，二级选取并联阻抗上电压量作为备用检测；当电流检测装置失效时，启动电压检测。
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