CN112379192B - 一种微电网孤岛检测装置及方法 - Google Patents

一种微电网孤岛检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种微电网孤岛检测装置及方法，其中，微电网孤岛检测装置包括：电压电流测量模块，用于测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；相位计算模块，用于根据采集的电压、电流信息计算出相角；孤岛指标计算模块，用于计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；第一孤岛判定模块，用于根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；第二孤岛判定模块，用于根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；第三孤岛判定模块，用于根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛。本发明采集测量成本低，适用于不同的功率匹配关系，适用于单个或多个逆变器并网，对电网质量没有影响。

Description

一种微电网孤岛检测装置及方法
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种微电网孤岛检测装置及方法。
背景技术
分布式电源提高了配电网供电可靠性，但非计划孤岛时，会影响电能质量甚至损坏电气设备，严重时可能会危及维护人员的人身安全，孤岛检测方法有助于快速发现孤岛状态。目前常用的孤岛检测方法主要分为本地主动式检测和远程通信式检测，远程通信检测根据断路器跳闸信号和载波信号识别孤岛，与分布式发电机的类型无关并且检测速度较快，该方法依赖配电网拓扑信息并且成本较高，存在通信链路丢失的风险，以及需要备份保护的问题。本地主动式检测通过注入一定规律的扰动信号(如电流幅值、频率和相位)来判断是否发生孤岛效应，包括阻抗测量法、特定频率阻抗测量、Sandia电压偏移、电压前馈正反馈检测法、主动频率偏移法、带正反馈的主动频率偏移法和结合脉动斩波因数的主动式移频法等方法，检测盲区小可靠性中等偏上、对分布式电源类型、容量、逆变器数量有特定要求，并且输入的信号会影响电能质量。如多台逆变器并网时，会存在检测盲区增大的风险。被动式检测方法是根据检测的电气信号判断孤岛是否发生，采用频率变化率继电器器测量分布式电源端电压的频率，根据频率是否高于或低于频率阈值来检测孤岛，孤岛中有多个分布式发电机时，频率继电器可能互相干扰，影响其他继电器测量准确性；被动式检测法不会影响电能质量，但存在较大的检测盲区。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提出一种采集测量成本低、适用于不同的功率匹配关系的微电网孤岛检测装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种微电网孤岛检测装置，包括：
电压电流测量模块，用于测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
相位计算模块，用于根据所述电压电流测量模块采集的电压、电流信息计算出相角；
孤岛指标计算模块，用于计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
第一孤岛判定模块，用于根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
第二孤岛判定模块，用于根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
第三孤岛判定模块，用于根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛。
进一步地，所述相位计算模块计算相角θ的方式如下：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-tj为j个采样时刻；V(t1)-V(tj)为j个采样时刻的电压值；I(t1)-I(tj)为j个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
进一步地，所述第一孤岛判定模块具体用于依次判断频率是否大于或等于频率上限值，同时小于或等于频率下限值；电压波动率是否大于或等于电压波动率限值；频率波动率是否大于或等于频率波动率第一限值；相角波动率是否大于或等于相角波动率第一限值；若均为是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛。
进一步地，所述第二孤岛判定模块具体用于判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，频率波动率第二限值大于频率波动率第一限值。
进一步地，所述第三孤岛判定模块具体用于判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，相角波动率第二限值大于相角波动率第一限值。
本发明还提供一种微电网孤岛检测方法，包括：
步骤S1，测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
步骤S2，根据采集的电压、电流信息计算出相角；
步骤S3，计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
步骤S4，根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S5，根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S6，根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛。
进一步地，所述步骤S2计算相角θ的方式如下：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-tj为j个采样时刻；V(t1)-V(tj)为j个采样时刻的电压值；I(t1)-I(tj)为j个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
依次判断频率是否大于或等于频率上限值，同时小于或等于频率下限值；电压波动率是否大于或等于电压波动率限值；频率波动率是否大于或等于频率波动率第一限值；相角波动率是否大于或等于相角波动率第一限值；若均为是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛。
进一步地，所述步骤S45具体包括：判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，频率波动率第二限值大于频率波动率第一限值。
进一步地，所述步骤S6具体包括：判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，相角波动率第二限值大于相角波动率第一限值。
本发明实施例的有益效果在于：测量并网点频率、电压和电流信息，实时计算电压和电流相位差，形成电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值四项孤岛指标逻辑判断组合，当频率值越限、电压波动率越限、频率波动率大于第一限值、相角波动率大于第一限值同时满足或频率波动率大于第二限值或相角波动率大于第一限值时，判定发生孤岛；采用四种孤岛指标组合，并且对频率波动率和相角波动率设定了两种限值，实现该孤岛检测方式不存在电压死区、采集测量成本低、适用于不同的功率匹配关系、适用于单个或多个逆变器并网，对电网质量没有影响，并且可有效避免短路故障时的误判。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一一种微电网孤岛检测装置的模块示意图。
图2为本发明实施例一一种微电网孤岛检测装置的工作流程示意图。
图3为本发明实施例一一种微电网孤岛检测装置的检测逻辑示意图。
图4为本发明实施例二一种微电网孤岛检测方法的流程示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
如图1所示，本发明实施例一提出一种微电网孤岛检测装置，包括：
电压电流测量模块，用于测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
相位计算模块，用于根据所述电压电流测量模块采集的电压、电流信息计算出相角；
孤岛指标计算模块，用于计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
第一孤岛判定模块，用于根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
第二孤岛判定模块，用于根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
第三孤岛判定模块，用于根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛。
如图2所示，本实施例微电网孤岛检测装置的具体工作流程如下：
步骤1，按照采样率h测量分布式电源并网点处电压V、电流I和频率信息f；
步骤2，根据五个电压采样和五个电流采样计算分布式电源并网点处相角信息θ：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-t5为五个采样时刻；V(t1)-V(t5)为五个采样时刻的电压值；I(t1)-I(t5)为五个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
步骤3，第一孤岛判定模块判断频率是否越限，即(f≥fmax)||(f≤fmin)＝1是否成立，fmax为频率上限值，fmin为频率下限值；如果成立，则转向步骤4，否则转向步骤10，判定未发生孤岛；
步骤4，第一孤岛判定模块判断电压波动率是否越限，即是否成立，u为电压波动率限值，/>为电压波动率；如果成立，则转向步骤5，否则转向步骤10，判定未发生孤岛；
步骤5，第一孤岛判定模块判断频率波动率是否超过频率波动率第一限值，即是否成立，λ1为频率波动率第一限值，/>为频率波动率；如果成立，则转向步骤6，否则转向步骤10，判定未发生孤岛；
步骤6，第一孤岛判定模块判断相角波动率是否超过相角波动率第一限值，即是否成立，β1为相角波动率第一限值，/>为相角波动率；如果成立，则转向步骤9，否则转向步骤10，判定未发生孤岛；
步骤7，第二孤岛判定模块判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，即是否成立，λ2为频率波动率第二限值并且λ2＞λ1，如果成立，则转向步骤9，否则转向步骤10，判定未发生孤岛；
步骤8，第三孤岛判定模块判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，即是否成立，β2为相角波动率第二限值并且β2＞β1，如果成立，则转向步骤9，否则转向10，判定未发生孤岛；
步骤9，孤岛判定模块发出孤岛信号；
步骤10，判定未发生孤岛。
如图3为孤岛算法判定逻辑，由图可知：
当分布式电源出力与负荷差值较大时，发生孤岛，频率和电压变化较大，并且电压和电流相位差开始增大。孤岛判定模块1(频率波动率第1限值判定、电压波动率越限判定、频率越限判定、相角波动率第1限值)判定都会成立，四个输出结果与门输出为1，检测到孤岛。在这种情况下，频率波动率第2限值判定和相角波动率第2限值判定会在一定时间延迟后成立。孤岛判定模块1中较低的门槛值确保了孤岛的快速检测，减少对配电网的影响
当分布式电源出力与负荷差值较大时，发生孤岛，频率和电压变化较小，这时频率波动率第1限值判定和频率波动率第2限值判定、电压波动率越限判定和频率越限判定则无法成立。电压和电流相位差同样会增大，相角波动率第1限值判定成立，但与门结果为0，需经过一段延迟后，相角波动率第2限值判定成立后才能检测到孤岛，确保了孤岛检测的可靠性。
当发生短路故障时，频率波动率第1限值判定、频率越限判定、相角波动率第1限值判定可能误判，但电压波动率越限判定则不会成立，与门逻辑避免了误判结果输出。频率波动率第2限值判定和相角波动率第2限值判定具有较高的阈值，在短路故障期间不会有误操作。
相应于本发明实施例一的微电网孤岛检测装置，本发明实施例二提供一种微电网孤岛检测方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1，测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
步骤S2，根据采集的电压、电流信息计算出相角；
步骤S3，计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
步骤S4，根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S5，根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S6，根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛。
进一步地，所述步骤S2计算相角θ的方式如下：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-tj为j个采样时刻；V(t1)-V(tj)为j个采样时刻的电压值；I(t1)-I(tj)为j个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
依次判断频率是否大于或等于频率上限值，同时小于或等于频率下限值；电压波动率是否大于或等于电压波动率限值；频率波动率是否大于或等于频率波动率第一限值；相角波动率是否大于或等于相角波动率第一限值；若均为是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛。
进一步地，所述步骤S45具体包括：判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，频率波动率第二限值大于频率波动率第一限值。
进一步地，所述步骤S6具体包括：判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，相角波动率第二限值大于相角波动率第一限值。
有关本实施例的工作原理和过程，请参照本发明实施例一的说明，此处不再赘述。
通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于：测量并网点频率、电压和电流信息，实时计算电压和电流相位差，形成电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值四项孤岛指标逻辑判断组合，当频率值越限、电压波动率越限、频率波动率大于第一限值、相角波动率大于第一限值同时满足或频率波动率大于第二限值或相角波动率大于第一限值时，判定发生孤岛；采用四种孤岛指标组合，并且对频率波动率和相角波动率设定了两种限值，实现该孤岛检测方式不存在电压死区、采集测量成本低、适用于不同的功率匹配关系、适用于单个或多个逆变器并网，对电网质量没有影响，并且可有效避免短路故障时的误判。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种微电网孤岛检测装置，其特征在于，包括：
电压电流测量模块，用于测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
相位计算模块，用于根据所述电压电流测量模块采集的电压、电流信息计算出相角；
孤岛指标计算模块，用于计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
第一孤岛判定模块，用于根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
第二孤岛判定模块，用于根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
第三孤岛判定模块，用于根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
所述相位计算模块计算相角θ的方式如下：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-tj为j个采样时刻；V(t1)—V(tj)为j个采样时刻的电压值；I(t1)—I(tj)为j个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
2.根据权利要求1所述的微电网孤岛检测装置，其特征在于，所述第一孤岛判定模块具体用于依次判断频率是否大于或等于频率上限值，同时小于或等于频率下限值；电压波动率是否大于或等于电压波动率限值；频率波动率是否大于或等于频率波动率第一限值；相角波动率是否大于或等于相角波动率第一限值；若均为是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛。
3.根据权利要求2所述的微电网孤岛检测装置，其特征在于，所述第二孤岛判定模块具体用于判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，频率波动率第二限值大于频率波动率第一限值。
4.根据权利要求3所述的微电网孤岛检测装置，其特征在于，所述第三孤岛判定模块具体用于判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，相角波动率第二限值大于相角波动率第一限值。
5.一种微电网孤岛检测方法，其特征在于，包括：
步骤S1，测量分布式电源并网点处电压、电流和频率信息；
步骤S2，根据采集的电压、电流信息计算出相角；
步骤S3，计算时间周期内电压、频率、相角的波动率；
步骤S4，根据电压波动率、频率波动率、相角波动率、频率值与各自的第一阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S5，根据频率波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
步骤S6，根据相角波动率与其第二阈值关系判定是否发生孤岛；
所述步骤S2计算相角θ的方式如下：
θ＝θv-θi
其中，为中间量；t1-tj为j个采样时刻；V(t1)—V(tj)为j个采样时刻的电压值；I(t1)—I(tj)为j个采样时刻的电流值；θv为电压相角；θi为电流相角。
6.根据权利要求5所述的微电网孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
依次判断频率是否大于或等于频率上限值，同时小于或等于频率下限值；电压波动率是否大于或等于电压波动率限值；频率波动率是否大于或等于频率波动率第一限值；相角波动率是否大于或等于相角波动率第一限值；若均为是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛。
7.根据权利要求6所述的微电网孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：判断频率波动率是否超过频率波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，频率波动率第二限值大于频率波动率第一限值。
8.根据权利要求7所述的微电网孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：判断相角波动率是否超过相角波动率第二限值，若是则判定发生孤岛，否则判定未发生孤岛，相角波动率第二限值大于相角波动率第一限值。
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