CN107526009B - 一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法，属于光伏发电系统技术领域。本发明针对电网频率偏差下的误判，根据频率与谐波电压变化时序关系进行防误闭锁，若频率先发生变化，则判定为电网频率变化，不是孤岛导致的变化；针对变压器空投时时的误判，根据变压器空投无流的情况进行防误闭锁。本发明有效地解决了电网频率偏移时谐波扰动及变压器空投等造成的误动，减小误判的可能性，具有一定的工程实用价值。

Description

一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法

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根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法。

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，但在一些情况下会发生误动，这给实际应用带来一定的问题。系统频率处于一定的偏移状态时，此时背景谐波波动，频率和谐波电压均满足动作条件，可能会导致误动，造成严重的后果，如系统低频时背景谐波波动造成孤岛检测方法误动，切除并网的光伏发电系统，此时电网最需要电源的功率支撑，而防孤岛装置误动使系统运行状态更加恶劣，甚至造成大面积停电事故，影响供电的可靠性和安全性。另外，变压器空载投入运行时，会产生很大的励磁涌流，谐波含量明显升高，如果不采取措施，孤岛检测很有可能误动，随着光伏并网容量的大规模增加，并网光伏发电系统脱网问题对电网的安全稳定运行产生较大威胁，应当尽量避免此种误动的发生。

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电压结合频率孤岛检测方法可能会误判的问题，本发明提出了一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法。

具体地说，本发明具体采用以下技术方案，包括以下步骤：

1)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，其中谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样；若谐波含量小于某一设定值，采用过零点算法测频，大于此设定值则采用傅里叶算法测频；

2)按以下公式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，若任一dU_i/dt大于设定的阈值，且持续时间大于T_qd，则进入步骤3)；

3)如此时之前t₁至t₂时间段内电网频率满足式(1)所占的总时间超过预设的时间t₅或者此时之前t₃至t₄时间段内孤岛检测装置电流满足式(2)，则不再进行孤岛的检测：

其中，为此时之前t₁至t₂时间段内的电网频率；f_min和f_max分别为设定的频率阈值下限和上限；为此时之前t₃至t₄时间段内的孤岛检测装置电流，I_set为设定的电流阈值；t₁、t₂、t₃、t₄为预设的时长。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，t₁为0.1秒至0.2秒，t₂为1秒至1.2秒，t₃为0.1秒至0.2秒，t₄为2秒至2.5秒。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，f_min为49.5赫兹至49.9赫兹，f_max为50.1赫兹至50.5赫兹。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中，t₅＝0.5*(t₂-t₁)至0.9*(t₂-t₁)。

本发明的有益效果如下：本发明能够进一步完善谐波结合频率的孤岛检测方法，原理简单，易于实现，避免了电网频率偏移时谐波扰动及变压器空投等造成的误动，减小误判的可能性，具有一定的工程实用价值。

附图说明

图1为本发明的流程图。

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。在传统孤岛检测方法的基础上衍生出了许多新的孤岛检测方法，目前存在一种利用频率和谐波电压在孤岛前后变化的孤岛检测方法，孤岛后，谐波电压升高，频率发生偏移，结合二者能有效检测出孤岛，而且，背景谐波较大时频率未超出阈值，可以避免误判，因结合了谐波电压，频率波动时也不易误动，频率可以设定较小的动作阈值，从而缩小检测盲区，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(如谐波含量小于20％)可采用受电压波动影响小的过零点算法测频，较大时(如谐波含量不小于20％)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。

但值得关注的是，应用上述孤岛检测方法时，若系统频率处于偏移状态，在孤岛检测启动前频率已经出现了一定的偏移，此时背景谐波较大仍可能导致误动。因此，在孤岛检测启动前，若检测到此前一段时间内频率满足了一定的偏移条件，应闭锁孤岛检测，即不再进行孤岛的检测。此外，变压器空投时会产生很大的励磁涌流，谐波含量升高，孤岛检测时也有可能会误动，故也应进行相应闭锁。由于变压器空投前孤岛检测装置中无电流流通，可根据这个特点设计防误方案，即在孤岛检测启动前，若检测到启动前装置中无电流流通，则闭锁孤岛检测。具体的防误闭锁方法的步骤如图1所示，具体包括：

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(如谐波含量小于20％)可采用受电压波动影响小的过零点算法测频，较大时(如谐波含量不小于20％)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，则进入步骤3；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：判断电网频率及孤岛检测装置电流是否满足以下公式：

其中，为此时之前t₁至t₂时间段内的电网频率，为此时之前t₃至t₄时间段内的孤岛检测装置电流，t₁、t₂、t₃、t₄为预设的时长，t₁可取为0.1秒至0.2秒，t₂可取为1秒至1.2秒，t₃为0.1秒至0.2秒，t₄为2秒至2.5秒；f_min和f_max分别为设定的频率阈值下限和上限，如f_min为49.5赫兹至49.9赫兹，f_max为50.1赫兹至50.5赫兹；I_set为设定的电流阈值，反映变压器空投前无流情况，具体可根据工程实际情况整定。

如果在t₁至t₂时间段内电网频率满足式(1)所占的总时间超过t₅，或者孤岛检测装置电流满足式(2)，则闭锁孤岛检测，即不再进行孤岛的检测，否则开始前述孤岛检测方法的后续检测步骤；所述t₅取t₁至t₂时间段的0.5至0.9倍，即：t₅＝0.5*(t₂-t₁)至0.9*(t₂-t₁)。

综上所述，在应用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中，电网频率偏差下谐波扰动可能导致误判，变压器空投时孤岛检测也可能误动。而本实施例针对电网频率偏差下的误判，根据频率与谐波电压变化时序关系来设计防误闭锁方法，在孤岛发生时，谐波电压和频率同时发生变化或者谐波电压先发生变化，因此若频率先发生变化，则判定为电网频率变化，不是孤岛导致的变化，避免电网频率偏差情况下谐波扰动可能带来的误动问题；针对变压器空投时时的误判，根据变压器空投的特点设计防误闭锁方法，变压器空投时，由于励磁涌流，谐波电流非常大，谐波电压也对应放大，甚至影响频率测量，根据变压器空投前无流的特点进行闭锁，从而有效避免主变空投可能带来的误动问题。因此，本实施例有效地解决了电网频率偏移时谐波扰动及变压器空投等造成的误动，减小误判的可能性，具有一定的工程实用价值。

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)

1.一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法，其特征在于，包括以下步骤：

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次谐波电压及特定频率处谐波电压和电网频率f的值，其中谐波的测量采用17920-38400Hz高速变频跟踪采样；若谐波含量小于某一设定值，采用过零点算法测频，大于此设定值则采用傅里叶算法测频；

2）按以下公式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次谐波及和特定频率处谐波，i为集合A中的第i个元素的序号，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，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，若任一大于设定的阈值，且持续时间大于T_qd，则进入步骤3），所述T_qd为预设的时间、为0.06秒至0.1秒；

3）如此时之前t₁至t₂时间段内电网频率满足式（1）所占的总时间超过预设的时间t₅或者此时之前t₃至t₄时间段内孤岛检测装置电流满足式（2），则不再进行孤岛的检测：

（1）

（2）

其中，为此时之前t₁至t₂时间段内的电网频率；f_min和f_max分别为设定的频率阈值下限和上限；为此时之前t₃至t₄时间段内的孤岛检测装置电流，为设定的电流阈值；t₁、t₂、t₃、t₄为预设的时长。

2.根据权利要求1所述的根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法，其特征在于，所述步骤3）中，t₁为0.1秒至0.2秒，t₂为1秒至1.2秒，t₃为0.1秒至0.2秒，t₄为2秒至2.5秒。

3.根据权利要求1所述的根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法，其特征在于，所述步骤3）中，f_min为49.5赫兹至49.9赫兹，f_max为50.1赫兹至50.5赫兹。

4.根据权利要求1所述的根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法，其特征在于，所述步骤3）中，。