CN108879790B - 一种光伏站域防孤岛效应的保护系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光伏站域防孤岛效应的保护系统，在光电电源线路中加装功率方向继电器，采集单元采集功率方向继电器的信号并传输给分析单元；分析单元判断信号组合与满足孤岛效应情况下的信号组合是否一致，若一致则向控制单元发出跳闸指令，控制单元断开光伏系统与电网公共连接点处的断路器。本发明还公开一种光伏站域防孤岛效应的检测方法，首先得到流过功率方向继电器的实时功率方向；然后对比功率方向继电器实时输出信号的组合与发生孤岛效应时功率方向继电器输出信号的组合，判断发生孤岛效应时，断开公共连接点处的断路器。此种技术方案采集加装功率方向继电器输出信号，根据其排列组合判断是否发生孤岛效应，达到防孤岛保护的目的。

Description

一种光伏站域防孤岛效应的保护系统及检测方法

技术领域

本发明属于分布式发电技术领域，特别涉及一种光伏站域孤岛效应的保护系统及检测方法。

背景技术

随着新能源的开发与利用，分布式新能源发电尤其是分布式光伏发电等被越来越广泛地应用。在分布式发电系统中，孤岛效应是不可忽视的一个重点问题。所谓孤岛效应，即指当电网因发生故障或维修而跳脱时，分布式发电系统与本地负载形成一个电网无法掌握的、封闭的自给供电孤岛。当形成孤岛现象时，会带来很多危害，如危及电网输电线路上维修人员的安全；影响配电系统上的保护开关的动作程序，冲击电网保护装置；影响传输电能质量，电力孤岛区域的供电电压与频率将不稳定；当电网供电恢复后会造成的相位不同步等等。因此，分布式发电系统的防孤岛保护很重要。

根据国内外目前研究情况，孤岛效应检测方法一般分为本地检测法和基于远程通信法。本地检测法即逆变器端检测法，主要通过并网逆变器来检测是否发生孤岛效应，它又可以分为被动法和主动法。被动法主要是实时监测公共连接点处的电压、频率和相位的变化来判断是否发生孤岛效应，常用的被动法有3次电压谐波变动、电压相位跳动、频率变化等等。主动法主要依据是并网逆变器输出的电流公式I＝I_m sin(2πft+θ)，通过对幅值I_m、频率f和初始相位θ三个变量施加小扰动，使得并网逆变器的输出电压、频率或功率产生周期性扰动。系统正常运行时，因为电网作用检测不到这些扰动，一旦电网跳脱，这些扰动将会触发孤岛效应的保护电路。常见的主动法主要有有功/无功功率的变动、频率偏移、电流脉冲注入引起的阻抗变动等等。远程通信法是电网端的检测法，主要是通过监测相关断路器的开断状态，来判读是否发生孤岛效应，常见的远程通信法有电力载波通信方式、传输断路器跳闸等等。传统孤岛效应检测法都存在一些不足，被动法存在检测盲区，主动法因向电网施加扰动信号会导致电能质量的下降。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种光伏站域防孤岛效应的保护系统及检测方法，采集加装功率方向继电器输出信号，根据其排列组合判断是否发生孤岛效应，达到防孤岛保护的目的。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种光伏站域防孤岛效应的保护系统，包括：

采集单元，采集加装功率方向继电器的信号，并将采集得到的信号传输给分析单元，并定义功率方向；所述功率方向继电器安装在光伏电源所在馈线上游的每段线路(即从配电网到光伏电源的每段线路)的首末两端；

分析单元，根据采集单元传输的功率方向继电器的信号，判断其信号组合与满足孤岛效应情况下的信号组合是否一致，若一致则向控制单元发出跳闸指令；以及，

控制单元，如果收到跳闸指令，则断开光伏系统与电网公共连接点处的断路器。

上述功率方向继电器包括电压形成回路、第一整流滤波电路、第二整流滤波电路、比较回路、跳闸开关和保持电路，其中，电压形成回路的输入端连接在光伏电源所在馈线上游的每段线路首端或末端，电压形成回路的输出端分别连接第一、第二整流滤波电路的输入端，而第一、第二整流滤波电路的输出端连接比较回路的输入端，比较回路的输出端经跳闸开关连接保持电路的一端，保持电路的另一端连接采集单元，所述比较回路与采集单元还直接连接。

一种光伏站域防孤岛效应的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，在光伏电源所在馈线上游的每段线路首末两端分别设置功率方向继电器，获取所述功率方向继电器的输出信号，以得到流过功率方向继电器的实时功率方向；

步骤2，通过对比功率方向继电器实时输出信号的组合与发生孤岛效应时功率方向继电器输出信号的组合，来判断是否发生孤岛效应；

步骤3，当判断发生孤岛效应时，发出跳闸指令，断开公共连接点处的断路器。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)有效降低检测盲区，提高防孤岛保护的可靠性；

(2)所使用设备价格便宜，提高防孤岛保护的经济性；

(3)实时监测电网运行，提高防孤岛保护的检测效率。

本发明通过采集光伏并网发电系统实时运行的相关信息进行分析、判断与控制，不会扰动系统正常运行，提高了光伏站域防孤岛系统的可靠性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的站域防孤岛保护流程图；

图2是本发明实施例所加装功率方向继电器改进实现框图；

图3是本发明实施例的配电网示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

如图3所示，本发明提供的一种光伏站域防孤岛效应的保护系统实施例，包含以下单元：

采集单元，采集线路AB段和BC段首末端加装的功率方向继电器的实时输出信号，并且传输给分析单元；

分析单元，通过分析由采集单元传输来的实时功率方向继电器的输出信号组合方式，与发生孤岛效应时功率方向继电器的输出信号进行对比，如果两者一致，则向控制单元发出跳闸指令；

控制单元，当接收到分析单元发出的跳闸指令时，执行断开公共连接点处断路器的动作。

在本实施例中，所加装的功率方向继电器需要在具有方向电流保护功能的普通功率方向继电器基础上增加一个保持电路，配合图2所示，保持电路与受跳闸信号控制的开关串联后并联在功率方向继电器的输出端，当电网系统发生故障时，根据已有保护系统的需要，对该段电路发出跳闸信号，在跳闸信号发生后，开关闭合，使得功率方向继电器的输出信号可以保持约1s的时间。此法可防止由于电网断电导致功率方向继电器的输出信号丢失，采集单元采集不到信号，导致保护失败。

为了避免当线路保护动作后，线路上断路器跳开导致功率方向继电器信号丢失，造成防孤岛保护的失败，需要对传统功率方向继电器进行改进，如图2所示，为加装功率方向继电器构成框图。

本发明提供的一种光伏站域防孤岛效应的检测方法实施例，如图3所示，为本实施例的配电网示意图，步骤如下：

(1)配合图2所示，在AB段和BC段母线两端分别加装4个功率方向继电器，采集单元提取的功率方向继电器实时信号分别为g0、g1、g2和g3，并且规定流过功率方向继电器的功率方向由母线流向线路为“+”，由线路流向母线为“-”。

(2)采集单元实时监测4个功率方向继电器的输出信号，并传输给分析单元。下表为各个情况下功率方向继电器的输出信号组合。

表1

如表1所示，光伏并网发电系统有两种正常工作方式，一种不向电网提供负向功率，只给本地负载供电；另一种向电网提供负向功率，除了给本地负载供电外，还给电网负载供电。这两种工作方式时，功率方向继电器的输出信号组合分别为“+-+-”和“+--+”。当线路f1处和f2处发生故障时，触发线路保护引起的断路器跳开将会导致发生孤岛效应，其功率方向继电器的输出信号组合分别为“++-+”和“+-++”。f3处发生故障时，功率方向继电器的输出信号组合为“+-+-”；f4处发生故障时，功率方向继电器的输出信号组合为“+--+”；f5处发生故障时，功率方向继电器的输出信号组合为“-+-+”。

(3)当分析单元判断出实时功率方向继电器的输出信号组合满足“++-+”或“+-++”时，则判断发生孤岛效应，并向控制单元发出跳闸指令。尽管f3和f4处发生故障时与系统正常运行时的功率方向继电器输出信号一致，但是这两种情况不会引起孤岛效应，所以不予考虑。

(4)控制单元一旦接到分析单元发出的跳闸指令，将立即执行跳闸动作，断开公共连接点处的断路器，从而达到防孤岛保护的目的。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光伏站域防孤岛效应的保护系统，其特征在于包括：

采集单元，采集加装功率方向继电器的信号，并将采集得到的信号传输给分析单元，并定义功率方向；所述功率方向继电器安装在光伏电源所在馈线上游的每段线路首末两端；

分析单元，根据采集单元传输的功率方向继电器的信号，判断其信号组合与满足孤岛效应情况下的信号组合是否一致，若一致则向控制单元发出跳闸指令；以及，

控制单元，如果收到跳闸指令，则断开光伏系统与电网公共连接点处的断路器；

所述功率方向继电器包括电压形成回路、第一整流滤波电路、第二整流滤波电路、比较回路、跳闸开关和保持电路，其中，电压形成回路的输入端连接在光伏电源所在馈线上游的每段线路首端或末端，电压形成回路的输出端分别连接第一、第二整流滤波电路的输入端，而第一、第二整流滤波电路的输出端连接比较回路的输入端，比较回路的输出端经跳闸开关连接保持电路的一端，保持电路的另一端连接采集单元，所述比较回路与采集单元还直接连接。

2.一种光伏站域防孤岛效应的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，在光伏电源所在馈线上游的每段线路首末两端分别设置功率方向继电器，获取所述功率方向继电器的输出信号，以得到流过功率方向继电器的实时功率方向；

功率方向继电器包括电压形成回路、第一整流滤波电路、第二整流滤波电路、比较回路、跳闸开关和保持电路，其中，电压形成回路的输入端连接在光伏电源所在馈线上游的每段线路首端或末端，电压形成回路的输出端分别连接第一、第二整流滤波电路的输入端，而第一、第二整流滤波电路的输出端连接比较回路的输入端，比较回路的输出端经跳闸开关连接保持电路的一端，保持电路的另一端连接采集单元，所述比较回路与采集单元还直接连接；

步骤2，通过对比功率方向继电器实时输出信号的组合与发生孤岛效应时功率方向继电器输出信号的组合，来判断是否发生孤岛效应；

步骤3，当判断发生孤岛效应时，发出跳闸指令，断开公共连接点处的断路器。

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