CN111769537A - 一种直流配电网防孤岛保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了直流配电网技术领域的一种直流配电网防孤岛保护方法及系统，包括：对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；将PCC点的电压与设定的第一阈值进行比较：若PCC点的电压满足第一阈值，则防孤岛保护动作；若PCC点的电压不满足第一阈值，则计算PCC点的电压的变化率；根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；将电压变化率的小波能量熵与设定的第二阈值进行比较：若电压变化率的小波能量熵满足第二阈值，则启动防孤岛保护。通过PCC点的电压及小波能量熵的波动规律判别直流配电网是否处于孤岛运行状态，并根据设定阈值启动防孤岛保护，具有检测时间短，准确率高的特点，能快速启动防孤岛保护动。

Description

一种直流配电网防孤岛保护方法及系统
技术领域
本发明属于直流配电网技术领域，具体涉及一种直流配电网防孤岛保护方法及系统。
背景技术
近年来，随着直流负荷以及分布式新能源的大量接入，配电网“源、荷、储”的直流特征愈发显著，未来配电网正在朝着直流化、功率双向传输的方向发展。直流配电网为直流负荷及分布式电源(Distributed Generation，简称DG)接入提供了一种灵活、高效及环保的接入方式。直流配电网具有多种控制模式，便于能量双向传输，同时也提高了供电可靠性。
直流配电网孤岛是指：直流配电网因故障或维修原因跳闸后，用户端的DG系统未能即时检测出停电状态而将自身切离主系统，形成由DG系统和周围的直流负荷组成的一个自给供电的孤岛。孤岛运行可分为非计划孤岛运行和计划孤岛运行。非计划孤岛是指在电网失电的情况下，分布式电源作为唯一电源对负载供电这一状态。计划孤岛运行是人为的孤岛运行，可以减少因停电而带来的损失，提髙可靠性。而非计划孤岛其不可预测的特性，会严重影响电力系统的安全运行。
直流配电网中的电压、电流等物理量为直流信号，其不包含频率和相位信息，基于交流信号相位、频率、无功功率等参数变化的交流系统检测方法在直流配电网内无法应用。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种直流配电网防孤岛保护方法及系统，能够根据直流配电网的特点快速检测配电网是否处于孤岛运行状态，并能快速启动防孤岛保护，保护直流配电网安全运行。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种直流配电网防孤岛保护方法，包括：对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；将PCC点的电压与设定的第一阈值进行比较：若PCC点的电压满足第一阈值，则启动防孤岛保护；若PCC点的电压不满足第一阈值，则计算PCC点的电压的变化率；根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；将电压变化率的小波能量熵与设定的第二阈值进行比较：若电压变化率的小波能量熵满足第二阈值，则启动防孤岛保护。
进一步地，所述第一阈值包括电压上限Uupper和电压下限Ulower；若PCC点的电压为U满足：U＞Uupper或U＜Ulower，则启动防孤岛保护；Ulower≤U≤Uupper，则计算PCC点的电压的变化率。
进一步地，所述第二阈值包括设定的小波能量熵Wset；若电压变化率的小波能量熵We满足：We>Wset，则启动防孤岛保护。
进一步地，将采集的PCC点的电压信号进行离散化处理，获得电压采样点，根据各电压采样点计算PCC点的电压的变化率。
进一步地，所述根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵，包括：基于离散小波变换快速算法，对离散化的电压信号进行小波变换，得到高频分量系数、低频分量系数；用固定时间窗内小波变换系数的平方得到各个频率段的小波能量，随着固定时间窗的滑动，可以得到电压变化率的小波能量熵随时间的变化规律。
一种直流配电网防孤岛保护系统，包括：测量单元，用于对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；第一判断单元，用于判断PCC点的电压是否满足设定的第一阈值，若满足设定的第一阈值，则向保护单元发送启动指令；第一计算单元，用于根据PCC点的电压信号计算PCC点的电压的变化率；第二计算单元，用于根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；第二判断单元，用于判断电压变化率的小波能量熵是否满足设定的第二阈值，若满足设定的第二阈值，则向保护单元发送启动指令；保护单元，用于根据第一判断单元和第二判断单元发送的启动指令，启动防孤岛保护。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明根据直流配电网的运行特点，通过PCC点的电压的波动规律及PCC点的电压变化率的小波能量熵的波动规律判别直流配电网是否处于孤岛运行状态，并根据设定阈值启动防孤岛保护，具有检测时间短，准确率高的特点，能快速启动防孤岛保护，保护直流配电网安全运行。
附图说明
图1是一种多个分布式电源接入的直流配电网的系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种直流配电网防孤岛保护方法的直流配电网防孤岛保护流程图；
图3是本发明实施例提供的一种直流配电网防孤岛保护系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，是一种多个分布式电源接入的直流配电网的系统结构示意图，非孤岛状态下，直流配电网的直流电压在系统上游AC/DC换流器和DC/DC变换器的控制下，电压非常稳定，波动相对很小，PCC点电压基本维持稳定。一旦出现孤岛，电压幅值、变化率、波动情况等将出现变化，此时存在两种孤岛情况：
1)情况一，发电和负荷达到新的平衡点，形成一个相对稳定的孤岛状态，新状态下PCC点的直流电压值会明显高于或低于正常电压范围，可根据电压值的高低判断是否处于孤岛运行状态；
2)情况二，在孤岛内的分布式电源与负荷功率匹配度较高的情况下，PCC点的电压幅值处于正常电压范围，但是由于分布式电源的位置分散性、功率随机性等特点，PCC点的电压波动幅度也将超过正常范围。此时通过计算电压微分值的小波能量熵，定量获取电压的波动程度，当波动程度高于阈值时，判断为孤岛运行状态。
实施例一：
基于上述特点，本实施例提供一种直流配电网防孤岛保护方法，如图2所示，包括：对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；将PCC点的电压与设定的第一阈值进行比较：若PCC点的电压满足第一阈值，则防孤岛保护动作；若PCC点的电压不满足第一阈值，则计算PCC点的电压的变化率；根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；将电压变化率的小波能量熵与设定的第二阈值进行比较：若电压变化率的小波能量熵满足第二阈值，则防孤岛保护动作。
第一阈值包括电压上限Uupper和电压下限Ulower；判断PCC点的电压U是否超过第一阈值，即若U＞Uupper或U＜Ulower，则判为系统运行状态不正常，防孤岛保护动作，切除电源；若Ulower≤U≤Uupper，则计算PCC点的电压U随时间t的变化率：
x(t)＝dU/dt (1)；
按照电压采样点离散化处理，根据离散化的电压采样点计算的电压的变化率x(n)为：
Figure BDA0002515439090000051
其中，n为采样点序号，ΔT为采样间隔，u(n)为第n个采样点的电压，u(n+1)为第n+1个采样点的电压。
根据PCC点的电压的变化率x(n)计算电压变化率的小波能量熵We，计算方法如下：
基于离散小波变换快速算法(DWT)，对离散化的电压信号进行小波变换，得到第j分解尺度下k时刻的高频分量系数为cDj(k)，低频分量系数为cAj(k)，进行单支重构后得到的信号分量为Dj(k)、Aj(k)；
用固定时间窗内小波变换系数的平方得到各个频率段的小波能量，设DWT在某一特定时刻，分解尺度为2j时，小波能量为Ej，取
Figure BDA0002515439090000052
其中，M为窗口采样数，WIm为固定时间窗内小波变换系数，i为第i个采样点；
由上式可得，E1,E2,…Em为电压的变化率x(n)在固定时间窗内，分解尺度分别为m上的各频段的小波能量，作为在尺度域上对信号能量的一种划分，定义
Figure BDA0002515439090000053
则电压变化率的小波能量熵We为：
Figure BDA0002515439090000061
随着固定时间窗的滑动，可以得到电压变化率的小波能量熵随时间的变化规律。
计算得到电压变化率的小波能量熵，能够定量反映电压的波动程度。将计算得到的电压变化率的小波能量熵We与设定的第二阈值Wset比较，若We>Wset，判断电压波动异常，经延时后防孤岛保护动作；若We≤Wset，判断电压波动正常，继续监测PCC点电压，防孤岛保护不动作。
本发明根据直流配电网的运行特点，通过PCC点的电压的波动规律及PCC点的电压变化率的小波能量熵的波动规律判别直流配电网是否处于孤岛运行状态，并根据设定阈值防孤岛保护动作，具有检测时间短，准确率高的特点，能快速启动防孤岛保护，保护直流配电网安全运行。
实施例二：
基于实施例一所述的直流配电网防孤岛保护方法，本实施例提供一种直流配电网防孤岛保护系统，如图3所示，包括：测量单元，用于对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；第一判断单元，用于判断PCC点的电压是否满足设定的第一阈值，若满足设定的第一阈值，则向保护单元发送启动指令；第一计算单元，用于根据PCC点的电压信号计算PCC点的电压的变化率；第二计算单元，用于根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；第二判断单元，用于判断电压变化率的小波能量熵是否满足设定的第二阈值，若满足设定的第二阈值，则向保护单元发送启动指令；保护单元，用于根据第一判断单元和第二判断单元发送的启动指令，启动防孤岛保护。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种直流配电网防孤岛保护方法，其特征是，包括：
对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；
将PCC点的电压与设定的第一阈值进行比较：若PCC点的电压满足第一阈值，则启动防孤岛保护；若PCC点的电压不满足第一阈值，则计算PCC点的电压的变化率；
根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；
将电压变化率的小波能量熵与设定的第二阈值进行比较：若电压变化率的小波能量熵满足第二阈值，则启动防孤岛保护。
2.根据权利要求1所述的直流配电网防孤岛保护方法，其特征是，所述第一阈值包括电压上限Uupper和电压下限Ulower；
若PCC点的电压为U满足：
U＞Uupper或U＜Ulower，则启动防孤岛保护；
Ulower≤U≤Uupper，则计算PCC点的电压的变化率。
3.根据权利要求1所述的直流配电网防孤岛保护方法，其特征是，所述第二阈值包括设定的小波能量熵Wset；
若电压变化率的小波能量熵We满足：We>Wset，则启动防孤岛保护。
4.根据权利要求1所述的直流配电网防孤岛保护方法，其特征是，将采集的PCC点的电压信号进行离散化处理，获得电压采样点，根据各电压采样点计算PCC点的电压的变化率。
5.根据权利要求4所述的直流配电网防孤岛保护方法，其特征是，所述根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵，包括：
基于离散小波变换快速算法，对离散化的电压信号进行小波变换，得到高频分量系数、低频分量系数；
用固定时间窗内小波变换系数的平方得到各个频率段的小波能量，随着固定时间窗的滑动，可以得到电压变化率的小波能量熵随时间的变化规律。
6.一种直流配电网防孤岛保护系统，其特征是，包括：
测量单元，用于对PCC点的电压信号进行采样，获得PCC点的电压；
第一判断单元，用于判断PCC点的电压是否满足设定的第一阈值，若满足设定的第一阈值，则向保护单元发送启动指令；
第一计算单元，用于根据PCC点的电压信号计算PCC点的电压的变化率；
第二计算单元，用于根据PCC点的电压的变化率计算电压变化率的小波能量熵；
第二判断单元，用于判断电压变化率的小波能量熵是否满足设定的第二阈值，若满足设定的第二阈值，则向保护单元发送启动指令；
保护单元，用于根据第一判断单元和第二判断单元发送的启动指令，启动防孤岛保护。
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