CN108233423A - 新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法，包括：1、获取直流输电线路的额定传输功率，设置两个频率阈值和两个计数器的临界值；2、初始化计数器初值；3、计算频率增长率以及频率增长率的参考值；4、应用频率值和频率增长率的参考值判断新能源发电系统是否处于孤岛运行状态。本发明能够提高孤岛检测的精度，减小检测盲区，从而能对系统是否处于孤岛状态做出快速、准确地判断，并及时采取相应措施以避免系统发生频率崩溃。

Description

新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种新能源发电系统由并入交直流混联电网的输电模式转变成仅通过直流线路输电的孤岛运行模式的检测方法。

背景技术

交直流混联电网技术的发展为新能源并网提供了良好的基础。新能源发电系统正常并网运行时通过交流输电线路和直流输电线路向交流系统输送电能。若交流输电线路因事故突然跳闸断开，新能源发电系统只能通过直流输电线路输送电能，此时直流输电线路仍采用原控制方式以额定传输功率输送电能，因此部分电能无法送出，系统频率将持续上升，最终导致频率崩溃。这将对电力系统和相关设备带来严重影响。因此及时准确地检测出系统是否处在孤岛状态对于后续相应的保护、控制措施的实施具有重要意义。

目前现有的交直流混联系统的孤岛检测方法大多是当系统频率到达某一阈值，或系统的相位差达到某一阈值后发出孤岛信号，但这些方法存在较大的检测盲区，若新能源发电系统的输出功率与直流输电线路的额定传输功率的差值不大，则发生孤岛后系统频率上升较缓、相位差变化较慢，需要较长的检测时间，而在这期间系统一直以原有的控制方式运行，存在很大的安全隐患。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法，以期能够提高孤岛检测的精度，减小检测盲区，从而能对系统是否处于孤岛状态做出快速、准确地判断，并及时采取相应措施以避免系统发生频率崩溃。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法，所述交直流混联电网是由直流输电线路、交流输电线路和交流系统构成，并由所述新能源发电系统、直流输电线、和交流系统构成孤岛系统，其特点是，所述自适应孤岛检测方法是按照如下步骤进行：

步骤1、获取所述直流输电线路的额定传输功率P_dc；

设置新能源发电系统并网点处的低频率阈值f_th1和最大频率阈值f_th2，且满足50Hz<f_th1<f_th2；

设置两个计数器N₁和N₂，并设置两个计数器N₁和N₂的临界值分别为n₁和n₂；

每隔Δt测量所述新能源发电系统的输出功率和并网点处的频率值，并记任意第i次测量时刻的输出功率为P_out,i和并网点处的频率为f_i；

步骤2、初始化N₁和N₂的初值为0，初始化i＝1；

步骤3、利用式(1)和式(2)分别得到第i个时间间隔的频率增长率参考值ε_i和频率增长率k_i：

式(1)中，K为频率上升速度与功率差的关系系数；α为裕度系数；

步骤4、基于所述并网点处的频率f_i、频率增长率k_i以及频率增长率参考值ε_i判断所述孤岛系统是否处于孤岛状态：

步骤4.1、判断k_i≥ε_i是否成立，若成立，则执行步骤4.2，否则执行步骤4.5；

步骤4.2、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则将计数器N₂清零后，将N₁+1赋值给N₁，并执行步骤4.3，否则，将计数器N₁清零后，将N₂+1赋值给N₂，并执行步骤4.4；

步骤4.3、判断N₁≧n₁是否成立，若成立，则发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.4、判断N₂≧n₂是否成立，若成立，则发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.5、判断f_i＜f_th1是否成立，若成立，则将计数器N₁和N₂清零，并将i+1赋值给i后，返回步骤3，否则，执行步骤4.6；

步骤4.6、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则将计数器N₂清零且保持计数器N₁的值不变后，将i+1赋值给i，并返回步骤3，否则，将计数器N₁清零，并执行步骤4.7；

步骤4.7、判断k_i≥0是否成立，若成立，则将N₂+1赋值给N₂后，执行步骤4.4，否则保持计数器N₂不变，并将i+1赋值给i后，返回步骤3。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明将频率增长率的持续变化作为孤岛检测的条件之一，根据频率上升速度的快慢采取不同的判断标准，有效避免了因功率差较小导致并网点频率上升较慢，从而克服了需要较长的检测时间这一缺陷。该方法几乎没有检测盲区，可快速、准确地判断系统是否处于孤岛运行，可靠性较高。

2、本发明设置了两个频率阈值，综合考虑并网点频率值和频率增长率的持续变化情况对系统的运行状态进行判断，得到一种相对更优的自适应孤岛检测方法，能够有效区分是因系统处于孤岛运行而导致并网点频率上升还是由于交流系统频率波动导致的并网点频率波动，从而具有较高的准确性，对新能源发电系统并入交直流混联电网的孤岛检测具有一定的借鉴意义。

附图说明

图1是现有技术中新能源发电系统并入交直流混联电网的示意图；

图2是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图2所示，一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法，包括以下步骤：

本实施方式中，交直流混联系统的组成结构图如图1所示，交直流混联电网是由直流输电线路、交流输电线路和交流系统构成，并由新能源发电系统、直流输电线、和交流系统构成孤岛系统，正常运行时，新能源发电系统发出的电能通过直流输电线路和交流输电线路向交流系统输送。当交流输电线路因事故突然跳闸断开，新能源发电系统只能通过直流输电线路向交流系统送电，此时系统处于孤岛运行方式。通过检测并网点a处频率值和频率增长率的持续变化情况即可判断系统是否处于孤岛状态。

步骤1、获取所述直流输电线路的额定传输功率P_dc；

设置新能源发电系统并网点处的低频率阈值f_th1和最大频率阈值f_th2，且满足50Hz<f_th1<f_th2；

设置两个计数器N₁和N₂，并设置两个计数器N₁和N₂的临界值分别为n₁和n₂；

每隔Δt测量所述新能源发电系统的输出功率和并网点处的频率值，并记任意第i次测量时刻的输出功率为P_out,i和并网点处的频率为f_i；

步骤2、初始化N₁和N₂的初值为0，初始化i＝1；

步骤3、利用式(1)和式(2)分别得到第i个时间间隔的频率增长率参考值ε_i和频率增长率k_i：

式(1)中，K为频率上升速度与功率差的关系系数；α为裕度系数，一般取0.7～0.9；

新能源发电系统的输出功率与直流输电线路的额定传输功率的差值越大，则系统处于孤岛运行时，并网点的频率增长率越大。根据不同的功率差的大小及可得到相应的频率增长率参考值，因此当功率差较小，而使发生孤岛后并网点频率上升较慢时也会有相应频率增长率参考值与之对应，以进行接下来的检测。

步骤4、基于所述并网点处的频率f_i、频率增长率k_i以及频率增长率参考值ε_i判断所述孤岛系统是否处于孤岛状态：

步骤4.1、判断k_i≥ε_i是否成立，若成立，则说明并网点频率的增长率k_i已达到孤岛运行时频率增长率的参考值ε_i，执行步骤4.2，否则执行步骤4.5；

步骤4.2、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则说明并网点频率值f_i未达到频率最大阈值f_th2，将计数器N₂清零后，将N₁+1赋值给N₁，并执行步骤4.3，否则，将计数器N₁清零后，将N₂+1赋值给N₂，并执行步骤4.4；

步骤4.3、判断N₁≧n₁是否成立，若成立，则说明并网点频率持续以大于ε_i的增长率变化了n₁个Δt时间段，但频率值f_i尚未达到频率最大阈值f_th2，发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.4、判断N₂≧n₂是否成立，若成立，则说明在计数器N₁的值达到计数临界值n₁之前频率值f_i就已经达到频率的最大阈值f_th2，并且在达到最大频率阈值后，在一定条件下变化了n₂个Δt时间段，发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.5、判断f_i＜f_th1是否成立，若成立，则说明频率的增长率k_i小于参考值ε_i，并且频率值f_i小于低频率阈值f_th1，将计数器N₁和N₂清零，并将i+1赋值给i后，返回步骤3，否则，执行步骤4.6；

步骤4.6、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则将计数器N₂清零且保持计数器N₁的值不变后，将i+1赋值给i，并返回步骤3，否则，将计数器N₁清零，并执行步骤4.7；

步骤4.7、判断k_i≥0是否成立，若成立，则说明频率值f_i大于最大频率阈值f_th2，并且保持上升趋势，将N₂+1赋值给N₂后，执行步骤4.4，否则保持计数器N₂不变，并将i+1赋值给i后，返回步骤3。

本方法可避免当新能源发电系统由并入交直流混联电网的输电模式转变成仅通过直流线路输电的孤岛运行模式时导致的频率崩溃现象，并且可以根据频率上升速度的快慢采取不同的检测标准。该方法几乎没有检测盲区，可快速、准确的判断系统是否处于孤岛运行。希望能够为新能源发电系统并入交直流混联电网的孤岛检测提供一些借鉴和帮助。

Claims (1)

1.一种新能源发电系统并入交直流混联电网的自适应孤岛检测方法，所述交直流混联电网是由直流输电线路、交流输电线路和交流系统构成，并由所述新能源发电系统、直流输电线、和交流系统构成孤岛系统，其特征是，所述自适应孤岛检测方法是按照如下步骤进行：

步骤1、获取所述直流输电线路的额定传输功率P_dc；

设置新能源发电系统并网点处的低频率阈值f_th1和最大频率阈值f_th2，且满足50Hz<f_th1<f_th2；

设置两个计数器N₁和N₂，并设置两个计数器N₁和N₂的临界值分别为n₁和n₂；

每隔Δt测量所述新能源发电系统的输出功率和并网点处的频率值，并记任意第i次测量时刻的输出功率为P_out,i和并网点处的频率为f_i；

步骤2、初始化N₁和N₂的初值为0，初始化i＝1；

步骤3、利用式(1)和式(2)分别得到第i个时间间隔的频率增长率参考值ε_i和频率增长率k_i：

式(1)中，K为频率上升速度与功率差的关系系数；α为裕度系数；

步骤4、基于所述并网点处的频率f_i、频率增长率k_i以及频率增长率参考值ε_i判断所述孤岛系统是否处于孤岛状态：

步骤4.1、判断k_i≥ε_i是否成立，若成立，则执行步骤4.2，否则执行步骤4.5；

步骤4.2、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则将计数器N₂清零后，将N₁+1赋值给N₁，并执行步骤4.3，否则，将计数器N₁清零后，将N₂+1赋值给N₂，并执行步骤4.4；

步骤4.3、判断N₁≧n₁是否成立，若成立，则发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.4、判断N₂≧n₂是否成立，若成立，则发出孤岛信号，否则，将i+1赋值给i后，返回步骤3；

步骤4.5、判断f_i＜f_th1是否成立，若成立，则将计数器N₁和N₂清零，并将i+1赋值给i后，返回步骤3，否则，执行步骤4.6；

步骤4.6、判断f_i＜f_th2是否成立，若成立，则将计数器N₂清零且保持计数器N₁的值不变后，将i+1赋值给i，并返回步骤3，否则，将计数器N₁清零，并执行步骤4.7；

步骤4.7、判断k_i≥0是否成立，若成立，则将N₂+1赋值给N₂后，执行步骤4.4，否则保持计数器N₂不变，并将i+1赋值给i后，返回步骤3。