CN107425549B - 一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法，属于光伏发电系统技术领域。本发明由负荷容量得到负荷阻抗，由短路容量近似得到系统阻抗，再转化到相应频次下的谐波阻抗，可以得到孤岛前后谐波阻抗的变化情况，从而得到孤岛前后谐波电压的变化倍数理论参考值，整定动作阈值。本发明为谐波式孤岛检测的动作阈值整定提供一种参考方法，提高其工程实用价值。

Description

一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法

技术领域

本发明属于光伏发电系统技术领域，更准确地说本发明涉及一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法。

背景技术

孤岛的发生会带来一系列问题，光伏发电并网系统应具备孤岛检测保护的能力。常见的孤岛检测方法中，无论是过\欠频、过\欠压孤岛检测方法还是单纯的谐波类孤岛检测方法都存在各种问题。而结合谐波电压与频率在孤岛前后的变化可以构成一种新型的孤岛检测方法，该方法在孤岛后谐波电压升高且频率发生一定的偏移时判出孤岛。由于电网背景谐波较大时频率并未改变，从而避免误判，而且，因结合了谐波电压，频率判据不易误判，可以设定相对较小的频率动作阈值，从而提升灵敏度，缩小检测盲区。

上述谐波电压结合频率的孤岛检测方法能及时有效检测出孤岛，且检测盲区较小，但是谐波类孤岛检测都存在动作阈值难以整定的问题。所述动作阈值指的是事先整定好的谐波电压的变化倍数理论值，对于超出这一阈值的谐波电压变化程度的，才能进入后续孤岛的判定。显然，如不能准确地整定这一阈值，孤岛的判定将存在较大不确定性，这给孤岛检测方法的实际应用带来困难。

谐波类孤岛检测方法的动作阈值难以整定的原因在于，并网逆变器输出的谐波随非线性负载的变化而变化，即谐波含量的增加不一定是由主电网断开引起的，整定阈值时需考虑此种情况可能带来的误动，但非线性负载造成的谐波含量变化值很难确定。如不能解决这一问题，最终孤岛检测的动作阈值将无法确定。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中所提到的谐波类孤岛检测方法存在的动作阈值难以整定的问题，提出一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法。

具体地说，本发明具体采用以下技术方案，包括以下步骤：

1)用电网的短路阻抗近似代替系统阻抗，根据电网最小运行方式下的短路容量S_d和电压等级U_N，得到基波短路阻抗

2)根据最大负荷的容量S_L及其功率因数

得到基波负荷阻抗Z_L＝R_L+jX_L，其中

3)由已得到的基波短路阻抗和基波负荷阻抗求谐波下的谐波阻抗：

设谐波的次数为h次，则h次谐波短路阻抗

h次谐波负荷阻抗Z_L.h＝R_L+jhX_L；则孤岛前后h次谐波电压的变化倍数理论值

留取一定裕度整定动作阈值。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，如果区域内最大负荷已知，则可直接计算，否则，按照光伏装机容量的n倍及预设的功率因数来估算最大负荷。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，n为1.2至1.5。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中，预设的功率因数为0.9至0.95。

本发明的有益效果如下：本发明提出的针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法能够避免背景技术中提到的非线性负载导致谐波电压含量升高对阈值整定的影响，且原理简单、易于实现，为谐波式孤岛检测的动作阈值整定提供一种参考方法，提高其工程实用价值，特别适用于谐波电压结合频率的孤岛检测方法。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

为了更好地理解本实施例，首先对结合谐波电压与频率在孤岛前后的变化构成的孤岛检测方法做说明。该方法是在孤岛后谐波电压升高和频率发生一定的偏移二者均满足动作条件时判出孤岛。由于电网背景谐波较大时频率并未改变，从而避免误判。而且因结合了谐波电压，频率判据不易误判，可以设定相对较小的频率动作阈值，从而提升灵敏度，缩小检测盲区，避免了过\欠频检测及谐波类检测方法单独使用时存在的问题。具体步骤如下：

步骤1：设逆变器开关频率为f_C，调制频率f_S为50Hz，采集计算并网点5、7、11、13次谐波电压及f_C±2f_S特定频率处谐波电压和电网频率f的值，谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样，保障测量的速度和精度，若谐波含量较小时可采用受电压波动影响小的过零点算法测频，较大时可采用受谐波影响小的傅里叶算法测频，保障测频的精度。

步骤2：分别计算谐波电压的变化率：

其中，集合

其元素分别对应并网点5、7、11、13次谐波及f_C-2f_S和f_C+2f_S特定频率处谐波，i为集合A中的第i个元素的序号，U_i为当前时刻第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，U_{i_t秒前}为t秒前第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压，t的取值为0.06秒至0.2秒，若任一dU_i/dt大于设定的阈值，且持续时间大于T_qd，则谐波突变启动；该设定的阈值表明谐波电压的变化快慢的关注程度，具体可根据工程实际情况进行整定；T_qd一般为3至5个周波，即0.06秒至0.1秒，如可取0.06秒。

步骤3：谐波突变启动后，计算A中所有元素对应的特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数：

其中，U_{i_qd前}为谐波突变启动前第i个特定次数或特定频率的谐波电压，U₁为谐波突变启动前基波电压，ε为谐波电压含有率的测量精度，可取0.2％；K_i为第i个特定次数谐波电压或特定频率处谐波电压在谐波突变启动前后的变化倍数；

判断算得的各K_i是否超出变化倍数的设定阈值，并将超出的个数记为N，即：

N＝card{K_i|K_i≥K_{i_set},i∈A}

其中，K_{i_set}为第i个特定次数谐波或特定频率处谐波电压的变化倍数的设定阈值；

如N为0，则结束孤岛判断，否则根据N选择相应的频率偏移阈值Δf：

其中，Δf₁＜Δf₂＜Δf₃，表明对频率偏移的容忍程度，具体可根据工程实际情况进行整定。通过上述选择，使得谐波电压变化倍数达到动作条件的数量多时，相应的频率偏移阈值较小，在满足检测速度的同时避免误判。

步骤4：如频率偏移量|f-50|大于选取的阈值Δf，即|f-50|＞Δf，且满足持续时间T_dz，则判断孤岛发生。T_dz一般为0.5秒至1秒，如可取0.5秒。

针对上述方法，其中的特定次数谐波或特定频率处谐波电压的变化倍数的设定阈值是本实施例要整定的目标。本实施例的基本原理是，孤岛前后谐波的变化，是因为公共耦合点处连接的负荷阻抗和电网系统阻抗发生了变化。电网系统阻抗可由短路阻抗代替，由最小运行方式下的短路容量得到短路阻抗。负荷阻抗由负荷容量和功率因数确定，若区域内最大负荷已知，则可直接计算，否则，由光伏装机容量来估算最大负荷。得到基波阻抗后，转化到相应频次下的谐波阻抗，结合谐波电路图得到孤岛前后谐波的变化情况，从而整定动作阈值，具体步骤如下：

首先，用电网的短路阻抗近似代替系统阻抗，根据电网最小运行方式下的短路容量S_d和电压等级U_N，得到基波短路阻抗

其次，根据最大负荷的容量S_L及其功率因数

得到基波负荷阻抗Z_L＝R_L+jX_L，其中

如果区域内最大负荷已知，则可直接计算，否则，按照光伏装机容量的n倍(n倍一般可为1.2倍至1.5倍)及预设的功率因数(一般可为0.9至0.95)来估算最大负荷，如最大负荷的容量S_L为光伏装机容量的1.2倍，最大负荷的功率因数

为0.9；

然后，由已得到的基波短路阻抗和基波负荷阻抗求谐波下的谐波阻抗：设谐波的次数为h次(对于前述方法中特定次数的谐波，这里的h即为相应谐波的次数如5、7、11、13，对于前述方法中特定频率的谐波，这里的h即为f_C-2f_S和f_C+2f_S特定频率处谐波所对应的次数)，电阻部分保持不变，感抗乘以h，近似得到h次谐波阻抗，即h次谐波短路阻抗

h次谐波负荷阻抗Z_L.h＝R_L+jhX_L。将光伏电站视为谐波电流源，画出h次谐波电路图，可以发现孤岛前后h次谐波电压的变化倍数与Z_L.h和Z_S.h的比值相关，故可按

计算孤岛前后h次谐波电压的变化倍数理论值，留取一定裕度整定动作阈值。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.一种针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)用电网的短路阻抗近似代替系统阻抗，根据电网最小运行方式下的短路容量S_d和电压等级U_N，得到基波短路阻抗

2)根据最大负荷的容量S_L及其功率因数

得到基波负荷阻抗Z_L＝R_L+jX_L，其中

3)由已得到的基波短路阻抗和基波负荷阻抗求谐波下的谐波阻抗：

设谐波的次数为h次，则h次谐波短路阻抗

h次谐波负荷阻抗Z_L.h＝R_L+jhX_L；则孤岛前后h次谐波电压的变化倍数理论值

留取一定裕度整定动作阈值。

2.根据权利要求1所述的针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法，其特征在于，所述步骤2)中，如果区域内最大负荷已知，则可直接计算，否则，按照光伏装机容量的n倍及预设的功率因数来估算最大负荷。

3.根据权利要求2所述的针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法，其特征在于，所述步骤2)中，n为1.2至1.5。

4.根据权利要求2所述的针对谐波式孤岛检测的阈值整定方法，其特征在于，所述步骤2)中，预设的功率因数为0.9至0.95。