CN114825443A - 一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，以设定时间T内的电压频率摆动范围Δf和电压幅值摆动范围ΔU作为孤岛保护方式的盘踞，若电压频率摆动范围绝对值≥0.2Hz或电压幅值摆动范围绝对值≥20V，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若电压频率摆动范围绝对值＜0.2Hz，则启动主动式孤岛检测，向逆变器输出电流注入扰动。本发明在兼顾用电安全与电能质量的前提下，有效实现防孤岛效应的二次保护，确保电网更加安全可靠。

Description

一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法
技术领域
本发明涉及分布式发电技术领域，具体涉及一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法。
背景技术
近年来，随着能源需求的快速增长和人们对不可再生能源的过度开发，我国的光伏发电已全面进入规模化发展阶段。在有分布式光伏并网接入的电网中，孤岛效应的定义为：电网失压时，并网光伏发电系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。孤岛效应不仅会对电网负载或人身安全造成危害，还会对电能质量造成影响，具体表现为电力孤岛区域的供电电压和频率出现不稳定，在电网恢复供电时会引起大的电流冲击。因此，不管从用电安全方面还是从电能质量方面考虑，并网光伏发电系统都应具备孤岛保护功能。
随着光伏发电容量不断加大，光伏并网发电系统中会有多种类型的并网逆变器接入同一并网点，导致互相干扰。单纯依赖并网逆变器进行孤岛检测，无法保证孤岛检测可靠性，也难以在电网恢复供电后自动合闸并网。因此，在并网光伏逆变器具备孤岛保护功能的前提下，在光伏并网点处加装低压智能断路器，可以实现防孤岛二次保护，确保更加安全可靠。目前孤岛检测方法有两类：位于电网端的远程通信法和位于并网逆变器端的本地孤岛检测法。本地孤岛检测法又包含被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。被动式孤岛检测方法实现简单，不影响电能质量，但当逆变器输出功率与本地负载基本平衡时，检测盲区大；主动式防孤岛检测方法检测盲区小，灵敏度高，但会对电能质量产生负面影响。因此提出一种基于低压分布式光伏接入管控系统的主被动相结合的孤岛保护方法具有重要意义及应用价值。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，可以在兼顾用电安全与电能质量的前提下，有效实现防孤岛二次保护。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，包括以下步骤：
S01)、低压分布式光伏接入管控系统实时采集光伏并网点处的电压频率f和电压幅值U，计算设定时间T内的电压频率摆动范围Δf和电压幅值摆动范围ΔU；
S02)、若|Δf|≥0.2Hz或|ΔU|≥20V，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则启动主动式孤岛检测，向逆变器输出电流注入扰动；
S03)、判断设定时间T内|Δf|是否≥0.1Hz，若0.1Hz≤|Δf|＜0.2Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的大扰动；若|Δf|＜0.1Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的小扰动；
S04)、注入扰动后继续判断设定时间T内|Δf|是否≥0.2Hz，若|Δf|≥0.2Hz，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则重复步骤S01)。
进一步的，步骤S03)的主动式孤岛检测采用改进的正反馈频率偏移检测法，具体为：S31)、引入符号函数，符号的正负与电压频率的偏移方向同步；S32)、叠加品频率偏差的二次方项，以提高移频力度，提高检测效率；S33)、根据电压频率偏移量注入不同大小的扰动，电压频率偏移小时，为避免误判，注入小的扰动，减小扰动对电能质量的影响；当电压频率偏移大时，注入大的扰动，以提高检测性能。
进一步的，改进后的正反馈频率偏移检测法的斩波系数为：
Figure BDA0003637711680000021
其中，Δf的表达式为：
Δf＝f-fgrid (8)，
符号函数sign(Δf)的表达式为：
Figure BDA0003637711680000022
式中，初始斩波系数cf0为定值，正反馈系数k为定值，f为采集到的光伏并网点处的电压频率，fgrid为电网频率；
当|Δf|不超过0.1Hz时，仅施加小扰动，即与频率偏移方向一致的一次正反馈扰动和频率偏差的二次方项扰动kΔf±(kΔf)2，当|Δf|在0.1Hz和0.2Hz之间时，施加与频率偏移方向同步的大扰动±cf0+kΔf±(kΔf)2。
进一步的，设定时间T＝100ms。
本发明的有益效果：本发明提出一种基于低压分布式光伏接入管控系统的主被动相结合的孤岛保护方法，可以在兼顾用电安全与电能质量的前提下，有效实现防孤岛效应的二次保护，确保电网更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明的低压分布式光伏接入管控系统架构示意图；
图2为本发明的孤岛保护方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，如图1所示，低压分布式光伏接入管控系统包括配电变压器、智能网关、分支箱、低压智能断路器、逆变器、光伏组件，实现低压分布式光伏的安全接入与可知可控。其中，低压智能断路器加装在低压分布式光伏接入点(公共连接点)处，具备光伏并网点电压、电流、功率、负荷实时监测以及孤岛保护、过/欠电压保护等功能。智能网关对下汇集各个低压智能断路器采集的数据，可就地实现台区内低压分布式光伏运行状态的监测、分析和控制。
如图2所示的一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，包括以下步骤：
步骤S01：低压分布式光伏接入管控系统实时采集光伏并网点处的电压频率f和电压幅值U。计算100ms内的电压频率摆动范围Δf和电压幅值摆动范围ΔU。
步骤S02：若|Δf|≥0.2Hz或|ΔU|≥20V，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则启动主动式孤岛检测，向逆变器输出电流注入扰动。
步骤S03：判断100ms内|Δf|是否≥0.1Hz。若0.1Hz≤|Δf|＜0.2Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的大扰动；若|Δf|＜0.1Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的小扰动。
步骤S04：注入扰动后继续判断100ms内|Δf|是否≥0.2Hz。若|Δf|≥0.2Hz，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则重复第一步。
在步骤S02中，被动式孤岛检测选择电压频率/幅值摆动范围作为孤岛检测判据，具体为：100ms内电压频率摆动范围≥0.2Hz或电压幅值摆动范围≥20V，则判定发生孤岛效应。
低压分布式光伏接入管控系统中，当电网正常工作时，光伏并网运行，此时负载有功和无功功率关系式为：
Figure BDA0003637711680000031
Figure BDA0003637711680000032
式中，Pload、Qload分别为本地负载消耗的有功功率和无功功率；PPV、QPV分别为光伏逆变器输出的有功功率和无功功率；ΔP、ΔQ分别为电网侧吸收或提供的有功功率和无功功率；UPCC为公共连接点的电压幅值：ω为公共连接点的电压角频率；R、L、C分别为负载电路的电阻、电感、电容值。
当电网侧失压时，逆变器的输出有功和无功功率近似不变，但电网侧吸收或提供的有功和无功功率将消失，此时负载有功和无功功率的关系式为：
Figure BDA0003637711680000041
Figure BDA0003637711680000042
式中，
Figure BDA0003637711680000043
为电网侧失压后本地负载消耗的有功功率和无功功率；UPCC1为电网侧失压后公共连接点的电压幅值；ω1为电网侧失压后公共连接点的电压角频率。
由式(1)–(4)可知，
Figure BDA0003637711680000044
Figure BDA0003637711680000045
由式(5)、(6)分析可知，当ΔP和ΔQ很大时，发生孤岛前后公共连接点处的电压幅值和电压频率会产生大的偏移量，从而超出过/欠压和过/欠频的保护阈值，此时过/欠压和过/欠频被动孤岛检测方法有效；但当ΔP和ΔQ很小或者接近于0时，发生孤岛前后公共连接点处的电压幅值偏移量和电压频率偏移量会很小，此时过/欠压和过/欠频被动孤岛检测方法易出现检测盲区，因此需引入主动式孤岛检测方法。
在步骤S03中，主动式孤岛检测方法采取改进的正反馈频率偏移检测法。具体改进为：(1)引入符号函数sign(Δf)。符号的正负与检测到电压频率的偏移方向同步，避免因注入的扰动方向与频率偏移方向不一致而产生稀释效应，以提高检测准确性；(2)叠加频率偏差的二次方项(kΔf)2。以提高移频力度，提高检测效率；(3)根据电压频率偏移量注入不同大小的扰动。电压频率偏移小时，为避免误判，注入小的扰动，减小扰动对电能质量的影响；当电压频率偏移大时，注入大的扰动，以提高检测性能。
改进后的正反馈频率偏移检测法的斩波系数为：
Figure BDA0003637711680000046
其中，Δf的表达式为：
Δf＝f-fgrid (8)，
sign(Δf)的表达式为：
Figure BDA0003637711680000051
式中，初始斩波系数cf0为定值，正反馈系数k为定值，f为采集到的光伏并网点处的电压频率，fgrid为电网频率。
当|Δf|不超过0.1Hz时，此时偏差幅度很小，可能是由于光照、遮挡等因素造成的暂时性不稳定运行，为防止误判，仅施加与频率偏移方向一致的一次正反馈扰动和频率偏差的二次方项扰动kΔf±(kΔf)2，由于扰动量很小，不会对电能质量造成大影响；当|Δf|在0.1Hz和0.2Hz之间时，此时偏差幅度未达到被动式孤岛判据触发条件，但偏差幅度相对大，因此施加与频率偏移方向同步的大扰动±cf0+kΔf±(kΔf)2，以提高检测效率。
在步骤S04中，通过在逆变器侧注入相应的扰动，使得并网点电压频率发生变化，此时再根据被动式孤岛检测判据，判断电压频率摆动范围是否≥0.2Hz，从而判断是否发生孤岛效应。
在步骤S04中，低压分布式光伏接入管控系统若判定发生孤岛效应，低压智能断路器立即切断并网点与电网的连接，并上报智能网关，并在电网恢复供电后自动合闸并网发电。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01)、低压分布式光伏接入管控系统实时采集光伏并网点处的电压频率f和电压幅值U，计算设定时间T内的电压频率摆动范围Δf和电压幅值摆动范围ΔU；
S02)、若|Δf|≥0.2Hz或|ΔU|≥20V，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则启动主动式孤岛检测，向逆变器输出电流注入扰动；
S03)、判断设定时间T内|Δf|是否≥0.1Hz，若0.1Hz≤|Δf|＜0.2Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的大扰动；若|Δf|＜0.1Hz，则注入与电压频率偏移方向同步的小扰动；
S04)、注入扰动后继续判断设定时间T内|Δf|是否≥0.2Hz，若|Δf|≥0.2Hz，则被动式孤岛检测判据成立，低压智能断路器判定发生孤岛效应，立即切断并网点，并上报至智能网关；若|Δf|＜0.2Hz，则重复步骤S01)。
2.根据权利要求1所述的基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，其特征在于：步骤S03)的主动式孤岛检测采用改进的正反馈频率偏移检测法，具体为：S31)、引入符号函数，符号的正负与电压频率的偏移方向同步；S32)、叠加品频率偏差的二次方项，以提高移频力度，提高检测效率；S33)、根据电压频率偏移量注入不同大小的扰动，电压频率偏移绝对值小于0.1时，为避免误判，注入小扰动，减小扰动对电能质量的影响；当电压频率偏移绝对值在0.1Hz和0.2Hz之间时，注入大扰动，以提高检测性能。
3.根据权利要求2所述的基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，其特征在于：改进后的正反馈频率偏移检测法的斩波系数为：
Figure FDA0003637711670000011
其中，Δf的表达式为：
Δf＝f-fgrid (8)，
符号函数sign(Δf)的表达式为：
Figure FDA0003637711670000012
式中，初始斩波系数cf0为定值，正反馈系数k为定值，f为采集到的光伏并网点处的电压频率，fgrid为电网频率；当|Δf|不超过0.1Hz时，仅施加小扰动，即与频率偏移方向一致的一次正反馈扰动和频率偏差的二次方项扰动kΔf±(kΔf)2，当|Δf|在0.1Hz和0.2Hz之间时，施加与频率偏移方向同步的大扰动±cf0+kΔf±(kΔf)2。
4.根据权利要求1所述的基于低压分布式光伏接入管控系统的孤岛保护方法，其特征在于：设定时间T＝100ms。
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