適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法
【專利說明】適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法 所屬技術領域
[0001] 本發明屬于電力系統微電網保護與控制領域，針對可能出現的微電網非計劃孤島 問題，提出了一種適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法。
【背景技術】
[0002] 微電網非計劃孤島運行的發生具有偶然性和不確定性。當由于誤操作、系統發生 故障等原因引起公共禪合點或其上游斷路器跳閩時，微電網內分布式電源可能無法及時檢 測到微電網已經與系統斷開而繼續保持運行。此時，微電網的非計劃孤島運行可能會給電 力系統的安全穩定運行帶來一系列問題，比如重合閩失敗、備自投時間延長甚至失敗、孤島 系統內電能質量惡化等，同時也會危害運維人員的人身安全。為了保證供電的可靠性和穩 定性，美國電氣電子工程師協會（16邸）相關標準、我國國家標準W及電網公司企業標準要 求分布式電源值G)具有反孤島保護的功能，即DG能夠檢測到非計劃孤島運行狀態并退出 運行。
[0003] 現有的孤島檢測方法包括開關狀態監測法、被動檢測法和主動檢測法=大類。其 中，開關狀態監測法是基于通訊技術將配電網側斷路器的開合狀態發送給DG來判斷微電 網的運行模式，該方法不存在檢測盲區，也不影響電能質量，但是實現較為復雜，經濟性差。 被動檢測法通過檢測電壓、相位、頻率及其變化率等基本電氣量是否在允許變化范圍之內 來判定孤島，該方法不會對系統電能質量造成影響，但是存在較大檢測盲區，通常與主動檢 測法結合運用。主動檢測法通過在DG的控制信號中引入擾動信號來判定孤島，該方法能夠 減小甚至消除檢測盲區，但同時也對電能質量造成了一定影響。另外，由于多個DG中的擾 動信號無法保證同步，從而大大降低了孤島檢測的可靠性。
[0004] 目前，接入到低壓電網中的分布式電源主要是光伏發電系統、永磁直驅式風力發 電系統W及微型燃氣輪機發電系統等逆變型分布式電源（I抓G)。本發明通過在IBDG的無 功輸出上附加分段式自適應擾動，提出了一種適用于含多個IBDG微電網的孤島檢測方法。 該方法沒有檢測盲區，并通過分段式無功擾動來減小無功擾動量。另外，當微電網中含有多 個IBDG時，各個IBDG僅根據本地信息就能保證無功擾動的同步性，從而保證了孤島檢測的 可靠性和有效性。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于分段式無功擾動的、適 用于含多個IBDG微電網的孤島檢測方法。該方法通過對IBDG無功輸出附加能夠自適應調 整無功擾動幅值的分段無功擾動，減小了系統正常并網運行時的無功擾動，并能夠根據系 統頻率的變化實現各個IBDG無功擾動的同步性，無需通信，簡單易行。本發明的技術方案 如下：
[0006] 1. 一種適用于含多個IBDG微電網的孤島檢測方法，包括下面的步驟：
[0007] 第一步：進行初始化設置，設置內容包括；分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻 率分界值w及分段式無功擾動切換時的啟動判據，其中；分段式無功擾動共包括兩段，根據 擾動幅值、持續時間W及設計目標的不同，分別定義為第一段無功擾動和第二段無功擾動， 第一段無功擾動為擾動幅值較小的周期性擾動，能夠減小正常運行時的擾動并在孤島發生 后打破功率平衡，為轉換到第二段無功擾動提供啟動條件，第二段無功擾動為擾動幅值較 大、持續時間較長的擾動，能夠保證同步性并在孤島發生后使得系統頻率偏移出口檻值；設 置49. 7化和50. 3化分別為[49. 3Hz，50Hz)和[50Hz，50. 5Hz]兩個頻率區間內分段無功擾 動的分界值；根據孤島發生后在第一段無功擾動的作用下可能產生的系統頻率變化特征， 設置3個由第一段無功擾動切換為第二段無功擾動的啟動判據：
[000引根據不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設置的啟動判據1 ;與前的系 統頻率f相比，當前時刻的f發生變化，滿足f > 50. 3化或者f《49. 7化，并且滿足該條件 的持續時間不小于t%其中，為持續時間整定值，t ft為鎖相環中頻率由某一穩態值變化到 另一穩態值所需要的時間；
[0009] 根據不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設置的啟動判據2 : 設在ttM時間段內的頻率偏移量的絕對值的總和為A FtM，其相鄰的兩個最大值之間的時間 差等于擾動周期T，其中，AFtM如下式所示：
[0010]
【主權項】
1. 一種適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法，包括下面的步驟： 第一步：進行初始化設置，設置內容包括：分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻率分 界值以及分段式無功擾動切換時的啟動判據，其中：分段式無功擾動共包括兩段，根據擾 動幅值、持續時間以及設計目標的不同，分別定義為第一段無功擾動和第二段無功擾動，第 一段無功擾動為擾動幅值較小的周期性擾動，能夠減小正常運行時的擾動并在孤島發生后 打破功率平衡，為轉換到第二段無功擾動提供啟動條件，第二段無功擾動為擾動幅值較大、 持續時間較長的擾動，能夠保證同步性并在孤島發生后使得系統頻率偏移出門檻值；設置 49. 7Hz和50. 3Hz分別為[49. 3Hz，50Hz)和[50Hz，50. 5Hz]兩個頻率區間內分段無功擾動 的分界值；根據孤島發生后在第一段無功擾動的作用下可能產生的系統頻率變化特征，設 置3個由第一段無功擾動切換為第二段無功擾動的啟動判據： 根據不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設置的啟動判據1 :與t#+t#前的系統頻 率f?相比，當前時刻的f?發生變化，滿足f?多50. 3Hz或者f< 49. 7Hz，并且滿足該條件的持 續時間不小于t%其中，為持續時間整定值，t#為鎖相環中頻率由某一穩態值變化到另一 穩態值所需要的時間； 根據不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設置的啟動判據2 :設在ttot時間段內的頻率偏移量的絕對值的總和為△Ft(rt，其相鄰的兩個最大值之間的時間差等 于擾動周期T，其中，AFtot如下式所示：
式中，Afn為移動數據窗tt(rt內第n個頻率瞬時值和額定值之間的頻率偏移值，AF為由當前時刻計起之前tt()t時間內頻率偏移值的絕對值的和，Ts為采樣時間，N為tt(rt內頻 率值的個數。另外，tt(rt的取值大于的取值。 根據不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的并且不存在重疊而設置的啟動判據3 :當 前時刻頻率瞬時值和額定值之間的頻率偏移值的絕對值|Af|大于零，并且滿足下式：
式中，AFtotjPAFt(rtl分別為當前時刻和當前時刻之前At時的頻率偏移量的絕對值 的總和，|Aftot21和|Aft(rt」|分別為當前時刻和當前時刻之前At時的頻率偏移量的絕 對值。 第二步：檢測系統頻率以及是否滿足上述的3個啟動判據，并根據檢測結果施加無功 擾動：當3個啟動判據均不滿足時，在IBDG無功輸出的參考值上附加第一段無功擾動；當 滿足任何一個第二段無功擾動的啟動判據時，在IBDG無功輸出的參考值上附加第二段無 功擾動，并在第二段無功擾動結束后，直接切換為第一段無功擾動，直到再次滿足啟動判據 時，才會再次啟動第二段無功擾動。 第三步：檢測是否滿足判定孤島的判據，若滿足判定孤島的判據，則判定為孤島運行狀 態，IBDG停止運行；否則返回至第二步，重復上述檢測過程，其中， 若IBDG整功率因數運行，判定孤島的判據為： 系統頻率超出門檻值，并且持續時間達到時間整定值t% 若IBDG非整功率因數運行，判定孤島的判據有兩個，只要滿足下面的任何一個孤島判 據，即可判定為孤島運行狀態： 孤島判據1 :系統頻率超出門檻值，并且持續時間達到時間整定值t#; 孤島判據2 :第二段無功擾動啟動后，后部分矩形無功擾動結束前^時的頻率偏移量 的絕對值是前部分矩形無功擾動結束前時頻率偏差絕對值的3倍以上，并且該狀態的持 續時間達到時間整定值f。
2. 根據權利要求1所述的適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法，其 特征在于， 第一段無功擾動共包括三部分，即持續時間相同但擾動幅值相差一倍的連續的兩部分 矩形無功擾動和擾動幅值為零的一部分，設A〇"81和A〇_2分別為這兩部分矩形無功擾動 的幅值，At為擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的持續時間，T為無功擾動周期，則 一個完整擾動周期內的第一段無功擾動為：
八Q腸81和八Qmag2的取值與IBDG運行方式、IBDG有功輸出以及第一段無功擾動開始時 刻的系統頻率有關。
3. 根據權利要求2所述的適用于含多個逆變型分布式電源微電網的孤島檢測方法，其 特征在于，設f為第一段無功擾動開始時刻的系統頻率，若在并網模式下IBDG為整功率因 數運行，則第一段無功擾動中擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的幅值分別為：
若在并網模式下IBDG為本地負載提供無功而非整功率因數運行，則第一段無功擾動 中擾動幅值不為零的兩部分矩形無功擾動的幅值分別為：
式中，PDe為IBDG輸出有功值，〇{為負載品質因數，根據IEEE標準其值取為2. 5 ; 另外，第一段無功擾動的擾動周期T，單位為s，應滿足如下式所示條件：
第二段無功擾動為無功擾動幅值不為零的矩形無功擾動，其幅值和持續時間根據IBDG運行方式的不同而不同；若IBDG整功率因數運行，則其持續時間為1. 5At，設矩形無功擾 動的幅值為AQmag3，則可用下式表示：
若IBDG非整功率因數運行，則第二段無功擾動為持續時間均為1. 5At但擾動幅值不 同的連續的兩部分矩形無功擾動，設兩部分矩形無功擾動的幅值分別為△(LgjP ，則 可用下面兩式表示：
【專利摘要】本發明涉及一種用于含逆變型DG配電網的自適應正序電流速斷保護方法，包括：適用于含多個IBDG微電網的孤島檢測方法，包括：初始化設置，設置分段式無功擾動、分段式無功擾動的頻率分界值以及分段式無功擾動切換時的啟動判據；根據不同IBDG的第一段無功擾動是同步的而設置的啟動判據1；根據不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的但是存在重疊而設置的啟動判據2；根據不同IBDG的第一段無功擾動不是同步的并且不存在重疊而設置的啟動判據3；檢測系統頻率以及是否滿足上述的3個啟動判據，并根據檢測結果施加無功擾動；檢測是否滿足判定孤島的判據。發明減小系統正常并網運行時的無功擾動。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104569690
【申請號】CN201510032742
【發明人】李永麗, 陳曉龍
【申請人】天津大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月22日