CN107422196B - 一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，根据历史数据确定分布式光伏发电系统在并网时谐波畸变率的最大值和孤岛时谐波畸变率的最小值，当或不能确定和值，检测到谐波畸变率突增且持续一段时间后，启动谐波畸变率判据和频率变化量判断识别孤岛状态；若直接启动谐波畸变率判据和频率变化量判断识别孤岛状态；本发明方法没有在分布式光伏发电系统中加入扰动信号，不影响分布式光伏发电系统的电能质量，不具有破坏性；利用谐波畸变率和频率，检测盲区较小，提高了系统孤岛检测的可靠性；利用一定的延时躲过电网中突现的扰动量，避免其引起检测的电气量发生短暂的突变导致孤岛检测误判断。

Description

一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法
技术领域
本发明属于电力系统新能源控制技术领域，具体是涉及一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法。
背景技术
孤岛效应是光伏发电系统保护的主要问题。孤岛是指用于分布式光伏发电系统(photovoltaic generation，PVG)连接的电网，由于电网部分电路发生故障或停电维修时，PVG没有及时检测出电网的断开而停止运行，却继续独自向本地负载供电的现象，从而产生一个不受控制和自给供电的孤立发电系统。
孤岛会对电网维修人员和系统设备带来危害，也会破坏PVG的电能质量，目前实用的做法是尽可能快的检测到孤岛，并将孤岛与电网断开。如果PVG被允许孤岛运行，应尽可能快的检测到孤岛事件，并实现并网运行模式到孤岛运行模式的平滑切换。因此，孤岛检测是必不可少的，且检测时间越短越好。
现有的孤岛检测方法主要分为被动式孤岛检测、主动式孤岛检测和基于通讯通道的检测。被动式孤岛检测通过监测逆变器输出的端电压幅值、频率、相位、谐波等是否出现异常来判断是否发生孤岛，其优点是实现简单，不破坏电能质量，缺点是存在较大的检测盲区且阈值较难确定；主动式孤岛检测通过电源向系统注入小的扰动信号，然后通过测量孤岛前后扰动信号产生的响应差异来检测孤岛，其优点是检测盲区小，精度高，缺点是会降低电能质量，具有破坏性；基于通讯通道的检测利用电源与电力系统之间通讯技术，通常没有检测盲区，检测准确可靠，但由于经济性低，设计复杂，未在PVG中得到广泛应用，随着智能电网的发展，该方法会有较大的发展潜力。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，不足之处包括现有孤岛检测技术存在破坏性以及检测盲区较大，本发明提供一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，本发明方法不具有破坏性，检测盲区较小，提高了系统孤岛检测的可靠性。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，所述方法包括以下步骤：
S1首先，根据历史数据确定分布式光伏发电系统在并网时谐波畸变率的最大值H1和孤岛时谐波畸变率的最小值H2，若不能确定，则转入步骤S3；
S2若H1<H2，设定谐波畸变率的阈值为ε1且ε1满足H1<ε1<H2，设定频率变化量的阈值为Δf1，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε1，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf1时，判断为孤岛状态；若H1<H2不成立，则转入步骤S3；
S3若H1>H2或不能确定H1和H2的大小时，检测到谐波畸变率突增且持续一段时间后，谐波畸变率判据启动，采集谐波畸变率判据启动前一段时间内的谐波畸变率值并取其平均值，将得到的平均值乘以一个倍数n作为谐波畸变率的阈值ε2，设定频率变化量的阈值为Δf2,，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε2时，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf2时，判断为孤岛状态。
进一步地，所述步骤S2中TH和步骤S3中TH值相同，所述步骤S2中Tf和步骤S3中Tf值相同，且TH取值范围为0.5～1秒，Tf取值范围为0.1～1秒。
进一步地，所述步骤S2中频率变化量的阈值Δf1取值范围为0～0.15赫兹。
进一步地，所述步骤S3中频率变化量的阈值Δf2取值范围为0.15～0.5赫兹。
进一步地，所述步骤S3中检测到谐波畸变率突增且持续一段时间，该时间范围为0.05～0.3秒。
进一步地，所述步骤S3中倍数n取值范围为1.5～2倍。
进一步地，所述谐波畸变率根据公式(1)计算得到：
其中，H为电压谐波畸变率，k为电压谐波的幅值的累加次数，Uk为各次电压谐波的幅值，U1为电压基波幅值。
有益效果：本发明与现有技术比较，具有的优点是：
1、本发明方法属于被动式孤岛检测方法，没有在分布式光伏发电系统中加入扰动信号，从而不影响分布式光伏发电系统的电能质量，不具有破坏性；
2、本发明方法利用谐波畸变率和频率，检测盲区较小，提高了系统孤岛检测的可靠性；
3、本发明方法利用一定的延时躲过电网中突现的扰动量，避免其引起检测的电气量发生短暂的突变导致孤岛检测误判断。
附图说明
图1是分布式光伏(PV)发电系统孤岛示意图。
图2是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提出了一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，分布式光伏发电系统(photovoltaic generation，PVG)如图1所示，分布式光伏(PV)向本地负载供电，分布式光伏(PV)连接输电网(Grid),形成一个分布式光伏发电系统，当并网运行模式下，电网有很低的阻抗，逆变器输出的谐波电流主要流入电网，并网点电压的谐波含量通常很小；当孤岛运行模式下，谐波电流流入阻抗较大的本地负载，并网点电压谐波畸变率会增大，通过检测并网点电压谐波畸变率来识别孤岛；孤岛时，若逆变器输出功率和本地负荷功率不平衡，系统频率会发生变化，超出设定的阈值即可检测到孤岛发生，结合二者构建孤岛检测方法，参照图2，具体步骤如下：
步骤(1)：首先，根据历史数据确定分布式光伏发电系统在并网时谐波畸变率的最大值H1和孤岛时谐波畸变率的最小值H2，若不确定，则转入步骤(3)；
步骤(2)：若H1<H2，设定谐波畸变率的阈值为ε1，根据H1保留一定裕度后的值，但要小于H2，即ε1满足H1<ε1<H2，设定频率变化量的阈值为Δf1，以谐波畸变率作为主要检测方法，以频率变化量作为辅助检测方法，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε1，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf1时，判断为孤岛状态，且TH取值范围为0.5～1秒，Tf取值范围为0.1～1秒；频率变化量的阈值Δf1取值范围为0～0.15赫兹；若H1<H2不成立，则转入步骤S3；
步骤(3)：若H1>H2或不能确定H1和H2的大小时，检测到谐波畸变率突增且持续一段时间后，该时间范围为0.05～0.3秒，谐波畸变率判据启动，采集谐波畸变率判据启动前一段时间内的谐波畸变率值并取其平均值，将得到的平均值乘以一个倍数n作为谐波畸变率的阈值ε2，倍数n取值范围为1.5～2倍，设定频率变化量的阈值为Δf2,，以谐波畸变率作为主要检测方法，以频率变化量作为辅助检测方法，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε2时，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf2时，判断为孤岛状态，且TH取值范围为0.5～1秒，Tf取值范围为0.1～1秒；频率变化量的阈值Δf2取值范围为0.15～0.5赫兹；
上述步骤(2)中TH和步骤(3)中TH值相同，步骤(2)中Tf和步骤(3)中Tf值相同；
以上步骤中所有谐波畸变率根据公式(1)计算得到：
其中，H为电压谐波畸变率，k为电压谐波的幅值的累加次数，Uk为各次电压谐波的幅值，U1为电压基波幅值。
综上所述，本发明方法未加入扰动信号，不会破坏电能质量，结合谐波畸变率和频率，减小了检测盲区，且能识别伪孤岛，具有工程实际意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1首先，根据历史数据确定分布式光伏发电系统在并网时谐波畸变率的最大值H1和孤岛时谐波畸变率的最小值H2，若不能确定，则转入步骤S3；
S2若H1＜H2，设定谐波畸变率的阈值为ε1且ε1满足H1＜ε1＜H2，设定频率变化量的阈值为Δf1，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε1，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf1时，判断为孤岛状态；若H1＜H2不成立，则转入步骤S3；
S3若H1＞H2或不能确定H1和H2的大小时，检测到谐波畸变率突增且持续一段时间后，谐波畸变率判据启动，采集谐波畸变率判据启动前一段时间内的谐波畸变率值并取其平均值，将得到的平均值乘以一个倍数n作为谐波畸变率的阈值ε2，设定频率变化量的阈值为Δf2，当检测出谐波畸变率的值在一段时间TH内始终保持大于谐波畸变率的阈值ε2时，且频率变化量的值在一段时间Tf内始终保持大于频率变化量的阈值Δf2时，判断为孤岛状态。
2.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S2中TH和步骤S3中TH值相同，所述步骤S2中Tf和步骤S3中Tf值相同，且TH取值范围为0.5～1秒，Tf取值范围为0.1～1秒。
3.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S2中频率变化量的阈值Δf1取值范围为0～0.15赫兹。
4.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S3中频率变化量的阈值Δf2取值范围为0.15～0.5赫兹。
5.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S3中检测到谐波畸变率突增且持续一段时间，该时间范围为0.05～0.3秒。
6.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S3中倍数n取值范围为1.5～2倍。
7.根据权利要求1所述的基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法，其特征在于：所述谐波畸变率根据公式(1)计算得到：
其中，H为电压谐波畸变率，k为电压谐波的幅值的累加次数，Uk为各次电压谐波的幅值，U1为电压基波幅值。
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