CN110308371B - 一种纵联式孤岛检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纵联式孤岛检测装置，包括电流控制端、并网逆变器、电压检测模块、数据分析单元、被动检测模块、通道选择单元、监测单元、处理器、显示单元、存储单元、警报单元和管理单元；本发明通过检测单元和通道选择单元，能够随时切换被动检测模块和借助数据分析单元分析得到是否产生孤岛效应的两种方案，避免了传统检测方法单一，实施起来存在较大难度的问题；之后通过获取到孤岛效应对应的量化数据，并解除处理器对量化数据分析，能够得到该片供电网络的整体好坏情况和单个位置点的孤岛效应是否频发，并针对频发地点提醒工作人员注意排查。
Description
技术领域
本发明属于孤岛检测领域，具体涉及一种纵联式孤岛检测装置。
背景技术
随着全球能源危机及环境问题日益严重，光伏、风电等新能源发电近年来得到迅猛发展。目前我国光伏发电总装机量约达到47GW，我国已成为全球光伏装机容量最大的国家。由于孤岛易造成设备损伤、运检人员的安全危害以及影响新能源的可靠运行，光伏并网孤岛问题受到了越来越多的关注。按照孤岛检测标准UL17417和IEEEStdl547的相关规定，分布式并网发电系统必须具有孤岛检测功能，并在规定时间内迅速完成检测。因此，及时有效地检测孤岛效应对整个系统具有重要意义。
目前,孤岛检测方法主要分为通信式检测法和本地检测法。通信式孤岛检测法需要额外增设检测设备，其应用场景可能受到限制。本地检测法又可进一步分为被动和主动2类。被动法关注光伏系统孤岛后输出功率与本地负荷不匹配导致的并网点电气量变化，包括过/欠电压法、过/欠频率法、相位跳变法、电压谐波检测法等，这类方法无需注入扰动信号，但在光伏电源的出力和本地负载匹配度较高时存在检测死区。主动检测法通过向电网注入扰动信号，并利用扰动信号引起的电气量变化来判断孤岛的发生，常见的方法有移频法、阻抗测量法、有/无功功率扰动法等，此类方法有效地减小了检测盲区，但会对电能质量造成影响。为了克服各类孤岛检测方法中存在的缺点和局限性，对是否存在既能正确、快速的反应孤岛运行状态同时又不会增加太多投入的孤岛检测方法要求迫切；
为了解决这一技术缺陷，现提供一种解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纵联式孤岛检测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种纵联式孤岛检测装置，包括电流控制端、并网逆变器、电压检测模块、数据分析单元、被动检测模块、通道选择单元、监测单元、处理器、显示单元、存储单元、警报单元和管理单元；
其中，所述被动检测模块用于根据电压相位突变检测法实时检测孤岛效应，并在检测到孤岛效应时产生孤岛信号并获取对应孤岛信号所在位置，将孤岛信号、产生时间和对应的位置融合形成孤岛信息；所述被动检测模块将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于将负载阻抗角传输到电流控制端，所述电流控制端在负载阻抗角低于预设值时周期性减小并网逆变器一半的输出电流，即输出电流变为原来的一半；所述电压检测模块用于实时检测配电网络中负载的电压并将实时负载电压传输到数据分析单元，所述数据分析单元用于对实时负载电压进行处理分析，具体处理分析步骤如下：
步骤一：获取到初始时候的负载电压，将其标记为参考负载电压Uc；
步骤二：获取到实时负载电压，将其标记为Us；
步骤三：利用公式Bu＝(Uc-Us)/Uc，计算得到实时压差比Bu；
步骤四：利用公式Js＝|Bu-0.5|/Bu，计算得到电压变化的接近值Js；
步骤五：当Js大于等于预设值X1时，获取到此时的变化时间T1；
步骤六：持续监控Js值，获取到下一次满足Js大于等于预设值X1时，对应的变化时间T2；
步骤七：重复步骤六，直到得到第一预设组变化时间Ti，i＝1...n；
步骤八：计算得到所有Ti与Ti+1之间的间隔时间，得到n-1组间隔时间，将间隔时间标记为Jt，t＝1...n-1；
步骤九：计算得到间隔时间的均值，将其标记为Jj；
步骤十：利用公式
计算得到间隔时间的稳值Q；
步骤十一：当Q低于预设值X2时，产生孤岛信号，获取到对应孤岛信号产生的位置，并将孤岛信号、产生时间和位置融合形成孤岛信息；
所述数据分析单元用于将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于实时监控电网的负载阻抗角，并将其传输到通道选择单元；所述通道选择单元在负载阻抗角低于预设值时产生变更信号，否则产生维持信号；
所述通道选择单元在产生维持信号时持续接收被动检测模块传输的消息；所述通道选择单元在产生变更信号时仅接收数据分析单元传输的信息；
所述通道选择单元在接收到被动检测模块或数据分析单元任一项传输的孤岛信息时会将孤岛信息传输到处理器，所述处理器接收通道选择单元传输的孤岛信息；所述存储单元内存储有停电计划，停电计划包括停电位置和停电时间；所述处理器用于结合存储单元的停电计划对孤岛信息进行反向判定，具体判定步骤如下：
S1：获取到孤岛信息的产生时间和位置；
S2：获取到停电计划内的停电位置和停电时间；
S3：自动比对孤岛信息的位置是否处于停电位置，若处于则产生第一确认信号，否则不动作；
S4：自动比对孤岛信息的产生时间是否处于停电时间内，若处于则产生第二确认信号，否则不动作；
S5：只有在同时产生第一确认信号和第二确认信号的情况下，才会产生正常信号；否则产生存疑信号；
所述处理器在产生存疑信号时获取到对应的孤岛信息，并驱动显示单元显示“产生计划停电外的孤岛+孤岛信息，请核查”；所述处理器用于在产生存疑信号时将该孤岛信息对应位置的电网标记为故障电网，所述处理器用于将故障电网打上时间戳传输到存储单元，所述存储单元接收处理器传输的带有时间戳的故障电网并进行实时存储。
进一步地，所述处理器还用于对孤岛信息进行惯性分析，惯性分析的具体步骤如下：
S10：获取到孤岛信息内的孤岛信号、产生时间和位置；
S20：持续一个月获取受监控范围内的所有孤岛信息，形成孤岛信息组；
S30：任选一孤岛信息,对该孤岛信息进行高稳分析，高稳分析的具体步骤为：
S31：获取到该孤岛信息的位置，获取到在位置产生孤岛信息的所有产生时间，形成对应位置的产生时间组，Ci，i＝1...n；
S32：获取到前一项产生时间和后一项产生时间的时间差，得到n-1组时间差，将该时间差标记为Ti，i＝1...n-1；Ti表示Ci和Ci+1之间的时间差；
S33：计算得到时间差Ti的均值J，利用公式计算时间差Ti的稳定值W，
S34：当n>X3，且W<X4时，挑选出本条孤岛信息，将其标定为高稳孤岛信息；否则剔除对应的孤岛信息；
S40：任选下一位置与步骤S30中不同的孤岛信息，重复步骤S31-S34；
S50：重复步骤S40，直到对所有不同位置的孤岛信息处理完，得到若干个高稳孤岛信息，将其标记为Gj，j＝1...m；其中，m<n；
S60：对高稳孤岛信息Gj进行区域分析，具体分析步骤如下：
S61：任选一高稳孤岛信息Gj；
S62：以该高稳孤岛信息Gj所在位置为原点，获取到方圆L1范围内所有高稳孤岛信息的个数；
S63：当该个数超过预设值X5时，将该高稳孤岛信息对应的位置标记为紧急位置点，否则不做任何处理；
S64：任选下一高稳孤岛信息Gj，重复步骤S62-S63；
S65：重复步骤S64直到对所有高稳孤岛信息Gj分析完成，得到若干个紧急位置点构成的紧急位置组。
进一步地，所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组传输到显示单元，所述显示单元接收处理器传输的高稳孤岛信息Gj并实时显示“以下位置经常产生孤岛效应+高稳孤岛信息Gj，请核修”；
所述显示单元接收处理器传输的紧急位置组并显示“以下位置处，出现大面积常态孤岛效应，请核修”；
所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组打上时间戳传输到存储单元进行实时存储。
进一步地，所述处理器还用于在接收到孤岛信息时驱动警报单元报警。
进一步地，所述管理单元用于管理人员录入所有的预设值X1、X2、X3、X4和X5。
本发明的有益效果：本发明通过检测单元和通道选择单元，能够随时切换被动检测模块和借助数据分析单元分析得到是否产生孤岛效应的两种方案，避免了传统检测方法单一，实施起来存在较大难度的问题；之后通过获取到孤岛效应对应的量化数据，并解除处理器对量化数据分析，能够得到该片供电网络的整体好坏情况和单个位置点的孤岛效应是否频发，并针对频发地点提醒工作人员注意排查；同时通过处理器反向比对停电计划和孤岛效应，能够判断某处位置是否产生停止供电或者电路故障的情况发生，可以反向提醒工作人员一起维修处理，避免多次派发人员处理不同的故障情况；本发明简单有效，且易于实用。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
如图1所示，一种纵联式孤岛检测装置，包括电流控制端、并网逆变器、电压检测模块、数据分析单元、被动检测模块、通道选择单元、监测单元、处理器、显示单元、存储单元、警报单元和管理单元；
其中，所述被动检测模块用于根据电压相位突变检测法实时检测孤岛效应，并在检测到孤岛效应时产生孤岛信号并获取对应孤岛信号所在位置，将孤岛信号、产生时间和对应的位置融合形成孤岛信息；所述被动检测模块将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于将负载阻抗角传输到电流控制端，所述电流控制端在负载阻抗角低于预设值时周期性减小并网逆变器一半的输出电流，即输出电流变为原来的一半；所述电压检测模块用于实时检测配电网络中负载的电压并将实时负载电压传输到数据分析单元，所述数据分析单元用于对实时负载电压进行处理分析，具体处理分析步骤如下：
步骤一：获取到初始时候的负载电压，将其标记为参考负载电压Uc；
步骤二：获取到实时负载电压，将其标记为Us；
步骤三：利用公式Bu＝(Uc-Us)/Uc，计算得到实时压差比Bu；
步骤四：利用公式Js＝|Bu-0.5|/Bu，计算得到电压变化的接近值Js；
步骤五：当Js大于等于预设值X1时，获取到此时的变化时间T1；
步骤六：持续监控Js值，获取到下一次满足Js大于等于预设值X1时，对应的变化时间T2；
步骤七：重复步骤六，直到得到第一预设组变化时间Ti，i＝1...n；
步骤八：计算得到所有Ti与Ti+1之间的间隔时间，得到n-1组间隔时间，将间隔时间标记为Jt，t＝1...n-1；
步骤九：计算得到间隔时间的均值，将其标记为Jj；
步骤十：利用公式
计算得到间隔时间的稳值Q；
步骤十一：当Q低于预设值X2时，产生孤岛信号，获取到对应孤岛信号产生的位置，并将孤岛信号、产生时间和位置融合形成孤岛信息；
所述数据分析单元用于将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于实时监控电网的负载阻抗角，并将其传输到通道选择单元；所述通道选择单元在负载阻抗角低于预设值时产生变更信号，否则产生维持信号；
所述通道选择单元在产生维持信号时持续接收被动检测模块传输的消息；所述通道选择单元在产生变更信号时仅接收数据分析单元传输的信息；
所述通道选择单元在接收到被动检测模块或数据分析单元任一项传输的孤岛信息时会将孤岛信息传输到处理器，所述处理器接收通道选择单元传输的孤岛信息；所述存储单元内存储有停电计划，停电计划包括停电位置和停电时间；所述处理器用于结合存储单元的停电计划对孤岛信息进行反向判定，具体判定步骤如下：
S1：获取到孤岛信息的产生时间和位置；
S2：获取到停电计划内的停电位置和停电时间；
S3：自动比对孤岛信息的位置是否处于停电位置，若处于则产生第一确认信号，否则不动作；
S4：自动比对孤岛信息的产生时间是否处于停电时间内，若处于则产生第二确认信号，否则不动作；
S5：只有在同时产生第一确认信号和第二确认信号的情况下，才会产生正常信号；否则产生存疑信号；
所述处理器在产生存疑信号时获取到对应的孤岛信息，并驱动显示单元显示“产生计划停电外的孤岛+孤岛信息，请核查”；所述处理器用于在产生存疑信号时将该孤岛信息对应位置的电网标记为故障电网，所述处理器用于将故障电网打上时间戳传输到存储单元，所述存储单元接收处理器传输的带有时间戳的故障电网并进行实时存储。
所述处理器还用于对孤岛信息进行惯性分析，惯性分析的具体步骤如下：
S10：获取到孤岛信息内的孤岛信号、产生时间和位置；
S20：持续一个月获取受监控范围内的所有孤岛信息，形成孤岛信息组；
S30：任选一孤岛信息,对该孤岛信息进行高稳分析，高稳分析的具体步骤为：
S31：获取到该孤岛信息的位置，获取到在位置产生孤岛信息的所有产生时间，形成对应位置的产生时间组，Ci，i＝1...n；
S32：获取到前一项产生时间和后一项产生时间的时间差，得到n-1组时间差，将该时间差标记为Ti，i＝1...n-1；Ti表示Ci和Ci+1之间的时间差；
S33：计算得到时间差Ti的均值J，利用公式计算时间差Ti的稳定值W，
S34：当n>X3，且W<X4时，挑选出本条孤岛信息，将其标定为高稳孤岛信息；否则剔除对应的孤岛信息；
S40：任选下一位置与步骤S30中不同的孤岛信息，重复步骤S31-S34；
S50：重复步骤S40，直到对所有不同位置的孤岛信息处理完，得到若干个高稳孤岛信息，将其标记为Gj，j＝1...m；其中，m<n；
S60：对高稳孤岛信息Gj进行区域分析，具体分析步骤如下：
S61：任选一高稳孤岛信息Gj；
S62：以该高稳孤岛信息Gj所在位置为原点，获取到方圆L1范围内所有高稳孤岛信息的个数；
S63：当该个数超过预设值X5时，将该高稳孤岛信息对应的位置标记为紧急位置点，否则不做任何处理；
S64：任选下一高稳孤岛信息Gj，重复步骤S62-S63；
S65：重复步骤S64直到对所有高稳孤岛信息Gj分析完成，得到若干个紧急位置点构成的紧急位置组；
所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组传输到显示单元，所述显示单元接收处理器传输的高稳孤岛信息Gj并实时显示“以下位置经常产生孤岛效应+高稳孤岛信息Gj，请核修”；
所述显示单元接收处理器传输的紧急位置组并显示“以下位置处，出现大面积常态孤岛效应，请核修”；
所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组打上时间戳传输到存储单元进行实时存储。
所述处理器用于将孤岛信息传输到显示单元进行实时显示；所述处理器还用于在接收到孤岛信息时驱动警报单元报警。
所述管理单元用于管理人员录入所有的预设值X1、X2、X3、X4和X5。
一种纵联式孤岛检测装置，通过检测单元和通道选择单元，能够随时切换被动检测模块和借助数据分析单元分析得到是否产生孤岛效应的两种方案，避免了传统检测方法单一，实施起来存在较大难度的问题；之后通过获取到孤岛效应对应的量化数据，并解除处理器对量化数据分析，能够得到该片供电网络的整体好坏情况和单个位置点的孤岛效应是否频发，并针对频发地点提醒工作人员注意排查；同时通过处理器反向比对停电计划和孤岛效应，能够判断某处位置是否产生停止供电或者电路故障的情况发生，可以反向提醒工作人员一起维修处理，避免多次派发人员处理不同的故障情况；本发明简单有效，且易于实用。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种纵联式孤岛检测装置，其特征在于，包括电流控制端、并网逆变器、电压检测模块、数据分析单元、被动检测模块、通道选择单元、监测单元、处理器、显示单元、存储单元、警报单元和管理单元；
其中，所述被动检测模块用于根据电压相位突变检测法实时检测孤岛效应，并在检测到孤岛效应时产生孤岛信号并获取对应孤岛信号所在位置，将孤岛信号、产生时间和对应的位置融合形成孤岛信息；所述被动检测模块将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于将负载阻抗角传输到电流控制端，所述电流控制端在负载阻抗角低于预设值时周期性减小并网逆变器一半的输出电流，即输出电流变为原来的一半；所述电压检测模块用于实时检测配电网络中负载的电压并将实时负载电压传输到数据分析单元，所述数据分析单元用于对实时负载电压进行处理分析，具体处理分析步骤如下：
步骤一：获取到初始时候的负载电压，将其标记为参考负载电压Uc；
步骤二：获取到实时负载电压，将其标记为Us；
步骤三：利用公式Bu＝(Uc-Us)/Uc，计算得到实时压差比Bu；
步骤四：利用公式Js＝|Bu-0.5|/Bu，计算得到电压变化的接近值Js；
步骤五：当Js大于等于预设值X1时，获取到此时的变化时间T1；
步骤六：持续监控Js值，获取到下一次满足Js大于等于预设值X1时，对应的变化时间T2；
步骤七：重复步骤六，直到得到第一预设组变化时间Ti，i＝1...n；
步骤八：计算得到所有Ti与Ti+1之间的间隔时间，得到n-1组间隔时间，将间隔时间标记为Jt，t＝1...n-1；
步骤九：计算得到间隔时间的均值，将其标记为Jj；
步骤十：利用公式
计算得到间隔时间的稳值Q；
步骤十一：当Q低于预设值X2时，产生孤岛信号，获取到对应孤岛信号产生的位置，并将孤岛信号、产生时间和位置融合形成孤岛信息；
所述数据分析单元用于将孤岛信息传输到通道选择单元；
所述监测单元用于实时监控电网的负载阻抗角，并将其传输到通道选择单元；所述通道选择单元在负载阻抗角低于预设值时产生变更信号，否则产生维持信号；
所述通道选择单元在产生维持信号时持续接收被动检测模块传输的消息；所述通道选择单元在产生变更信号时仅接收数据分析单元传输的信息；
所述通道选择单元在接收到被动检测模块或数据分析单元任一项传输的孤岛信息时会将孤岛信息传输到处理器，所述处理器接收通道选择单元传输的孤岛信息；所述存储单元内存储有停电计划，停电计划包括停电位置和停电时间；所述处理器用于结合存储单元的停电计划对孤岛信息进行反向判定，具体判定步骤如下：
S1：获取到孤岛信息的产生时间和位置；
S2：获取到停电计划内的停电位置和停电时间；
S3：自动比对孤岛信息的位置是否处于停电位置，若处于则产生第一确认信号，否则不动作；
S4：自动比对孤岛信息的产生时间是否处于停电时间内，若处于则产生第二确认信号，否则不动作；
S5：只有在同时产生第一确认信号和第二确认信号的情况下，才会产生正常信号；否则产生存疑信号；
所述处理器在产生存疑信号时获取到对应的孤岛信息，并驱动显示单元显示“产生计划停电外的孤岛+孤岛信息，请核查”；所述处理器用于在产生存疑信号时将该孤岛信息对应位置的电网标记为故障电网，所述处理器用于将故障电网打上时间戳传输到存储单元，所述存储单元接收处理器传输的带有时间戳的故障电网并进行实时存储。
2.根据权利要求1所述的一种纵联式孤岛检测装置，其特征在于，所述处理器还用于对孤岛信息进行惯性分析，惯性分析的具体步骤如下：
S10：获取到孤岛信息内的孤岛信号、产生时间和位置；
S20：持续一个月获取受监控范围内的所有孤岛信息，形成孤岛信息组；
S30：任选一孤岛信息,对该孤岛信息进行高稳分析，高稳分析的具体步骤为：
S31：获取到该孤岛信息的位置，获取到在位置产生孤岛信息的所有产生时间，形成对应位置的产生时间组，Ci，i＝1...n；
S32：获取到前一项产生时间和后一项产生时间的时间差，得到n-1组时间差，将该时间差标记为Ti，i＝1...n-1；Ti表示Ci和Ci+1之间的时间差；
S33：计算得到时间差Ti的均值J，利用公式计算时间差Ti的稳定值W，
S34：当n>X3，且W<X4时，挑选出本条孤岛信息，将其标定为高稳孤岛信息；否则剔除对应的孤岛信息，其中，X3、X4为预设值；
S40：任选下一位置与步骤S30中不同的孤岛信息，重复步骤S31-S34；
S50：重复步骤S40，直到对所有不同位置的孤岛信息处理完，得到若干个高稳孤岛信息，将其标记为Gj，j＝1...m；其中，m<n；
S60：对高稳孤岛信息Gj进行区域分析，具体分析步骤如下：
S61：任选一高稳孤岛信息Gj；
S62：以该高稳孤岛信息Gj所在位置为原点，获取到方圆L1范围内所有高稳孤岛信息的个数；
S63：当该个数超过预设值X5时，将该高稳孤岛信息对应的位置标记为紧急位置点，否则不做任何处理；
S64：任选下一高稳孤岛信息Gj，重复步骤S62-S63；
S65：重复步骤S64直到对所有高稳孤岛信息Gj分析完成，得到若干个紧急位置点构成的紧急位置组。
3.根据权利要求1所述的一种纵联式孤岛检测装置，其特征在于，所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组传输到显示单元，所述显示单元接收处理器传输的高稳孤岛信息Gj并实时显示“以下位置经常产生孤岛效应+高稳孤岛信息Gj，请核修”；
所述显示单元接收处理器传输的紧急位置组并显示“以下位置处，出现大面积常态孤岛效应，请核修”；
所述处理器用于将高稳孤岛信息Gj和紧急位置组打上时间戳传输到存储单元进行实时存储。
4.根据权利要求1所述的一种纵联式孤岛检测装置，其特征在于，所述处理器还用于在接收到孤岛信息时驱动警报单元报警。
5.根据权利要求1所述的一种纵联式孤岛检测装置，其特征在于，所述管理单元用于管理人员录入所有的预设值X1、X2、X3、X4和X5。
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