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一种孤岛检测方法，将被动法与主动法相配合，采用过/欠频和过/欠压的方法能够快速检测出孤岛，且对电能质量没有影响；当发生孤岛后，且孤岛***内功率匹配时，采用以谐波检测作为判据的电容投切法，能够破坏***的功率匹配，使得***内的电压和频率发生变化，从而检测出孤岛。

Description

一种孤岛检测方法
技术领域
本发明属于大规模新能源集中并网的防孤岛保护领域，是一种被动检测和主动检测相结合的防孤岛保护检测方案，特别涉及电压/频率检测和谐波检测电容投切的孤岛检测方法。
背景技术
孤岛是指电网故障后，分布式发电***仍向周围负载供电，从而形成一个无法控制的局域供电网络。非计划孤岛会给电力***的安全稳定运行带来一些严重的问题，如孤岛中的电压和频率无法控制，可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全等。孤岛检测的主要作用在于当分布式***与主网脱离时，及时断开分布式电源，防止非计划孤岛运行。目前常用的孤岛检测方法可分为远程检测法、被动检测法和主动检测法三大类。
被动检测法是通过采集本地信号，在不外加任何扰动的情况下进行孤岛检测，常用的有电压/频率检测法、电压谐波检测法和电压相位突变检测法等。其优点是原理简单，设备投入少，易于实现，对电网无干扰，对电能质量无影响；在多台逆变器下，检测效率不会降低，缺点是检测盲区较大。
其中，电压/频率检测法是通过检测PCC(电网公共连接点)的电压和频率，来判断并网***是否发生孤岛状态。正常运行时，DG(分布式发电)***输出电压或频率受大电网电压钳制，不会发生变 化。当孤岛状态时，DG***不受大电网电压钳制，若DG***逆变器的输出功率和本地负荷功率不平衡，输出电压或频率就会发生变化。若电压和频率变化超过了设定的正常阈值，则可检测到孤岛发生。一般并网逆变器会配置过压保护(OVR)、欠压保护(UVR)、过频保护(OFR)、欠频保护(UFR)四种保护，这些保护是检测孤岛效应的最基本、最直接的方法，一旦检测到电网电压、频率超过正常的范围时，即判断为孤岛发生，保护电路就将并网逆变器切离电网。但当DG***输出功率与本地负载功率近乎匹配时电网断电后PCC点的电压和频率变化很小，这些变化量不足以启动OVR/UVR和OFR/UFR，孤岛检测失败。同时，为防止电网电压和频率的正常波动引起误动作，四种保护的门槛值不能设置太低，导致存在较大检测盲区。
主动检测法是通过人为向***引入微小电压、电流或频率扰动信号进行检测判定，常用的有阻抗测量法、电抗***法、电压偏移法、功率扰动法、主动频率偏移法和滑模频率漂移等。优点是当分布式电源输出功率与负载所需功率匹配时,主动法仍能检测出孤岛，盲区较小、灵敏度较高，缺点是如引入***的扰动控制不当，会导致微电网进入孤岛状态后无法稳定运行。
其中，外部开关电容检测法是在DG与本地负载容量匹配的区域附近的继电器上加装可自动投切的电容，改变***负载阻抗，当市电故障时，即将电容并入，通过无功功率破坏***平衡，可以通过检测到电压、频率的异常变化来判断是否发生孤岛。这种方法有两种实现方式，一种是周期性投切电容，即设置一个时间间隔，每隔一个或几 个周期电容开关状态由断开到闭合，经过一定时间后断开，如此反复，若在电容开关闭合期间发生孤岛，则电容将改变孤岛***的输出功率。但是采用周期性投入电容器的方法，若投入的电容较大，并网运行时可能会对容量较小的配电网***不间断造成电压冲击，对电能质量有一定的影响；其次，这种方法对开关可靠性要求较高，且周期性投切会缩短开关的使用寿命。第二种则是与PCC点处开关相配合，如图1中开关S1，当开关S1断开时，开关S2闭合，外置电容器并入***，破坏***的功率平衡。该方法的缺点是电容的投切要和PCC点处的开关配合，必须检测到PCC点开关已断开才能投入电容，若检测装置出现故障，孤岛检测将失败。另外，该方法必须寻找功率匹配点，但是电力***的潮流是经常变化的，难以寻找固定的功率匹配点。
综合以上分析可知，电压/频率检测法能在DG***逆变器的输出功率和本地负荷功率不平衡时有效检测出孤岛，但当DG***逆变器的输出功率和本地负荷功率平衡时，该方法失效。而外部开关电容检测法能在DG***逆变器的输出功率和本地负荷功率平衡时有效检测孤岛，但对开关性能要求高或需要与PCC点开关配合。因此，可以结合电压/频率检测法和外部开关电容检测法各自的优点，并做适当的改进，寻找出一种更有效实用的孤岛检测方法，实现检测无盲区。
发明内容
为保障微电网运行状态转换的平稳性，同时考虑检测精度、灵敏度及扰动对***稳定运行的影响，本申请提出一种适用于微电网特点，以被动检测为主，主动检测为辅的组合决策孤岛检测方案：本方 案的被动法采用过/欠频和过/欠压检测法，主动法采用以谐波畸变率为判据的电容投切法。该方案首先利用逆变器自带的过/欠频装置和过/欠压装置实时检测PCC点的频率和电压，在DG***的任意处装设谐波检测装置，实时检测谐波畸变率，不需要再找功率匹配点来设置安装。电容器通过开关与谐波检测装置连接，并受其控制。原理图见图2，若谐波检测装置检测到谐波畸变率超出了设定的阈值，而过/欠频装置和过/欠压装置检测的频率、电压并未超过阈值，此时可能的原因是：
1、***本身的扰动，如附近有高铁经过或大型炼钢厂正在炼钢或发生了瞬时故障等；
2、在DG***逆变器的输出功率和本地负荷功率平衡时发生了孤岛。
考虑到发生***扰动的可能性，设置1s的延时来躲过瞬时扰动作用时间及故障切除后的重合闸时间，在1s延时内，若谐波畸变率低于阈值，电压、频率也没有超出阈值，则说明原先的谐波畸变是由***本身的扰动引起的或者自动重合闸使PCC开关重合，没有发生孤岛；当1s延时结束后，谐波畸变率仍然超出阈值，而电压、频率没有超出阈值，则说明此时可能发生了孤岛，并且逆变器发出的功率与本地负荷功率匹配，将开关S2闭合，投入电容，破坏***平衡，使得电压、频率发生较大的变化，逆变器能够检测到这些变化，在2s内检测出孤岛，停止供电(根据我国光伏***并网技术要求GB/T 19939-2005的要求，当孤岛发生时，应在2s内检测出孤岛，若2s内无法检测出孤岛，则视为检测失败)。
基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法包括以下步骤，其流程图见图3：
步骤一：利用过/欠频装置和过/欠压装置实时检测PCC点的频率和电压，利用主动式检测方法，即，谐波检测装置实时检测谐波畸变率；
步骤二：判断检测出的频率、电压是否超过了设定的阈值，如果是，进行步骤五，如果不是，判断谐波畸变率是否超出了阈值，如果是，进行步骤三；如果不是，进行步骤一；
步骤三：启动延时1S，如果在延时1S结束后检测到电压、频率、谐波畸变率均未超出阈值，则返回步骤一；如果在延时1S结束后检测到谐波畸变率仍超出阈值，而电压、频率未超出阈值，则进行步骤四；
步骤四：闭合开关S1，投入电容，使用逆变器测量孤岛***的电压和频率，如果电压和频率超出阀值，则执行步骤五，若未超出阀值，则返回步骤一；
步骤五：判定为孤岛。
本发明的有益效果为：本申请是一种将被动法与主动法相配合的孤岛检测方案，在大多数情况下，发生孤岛后孤岛***内功率不匹配，电压和频率会发生较大的变化，此时采用过/欠频和过/欠压的方法能够快速检测出孤岛，且对电能质量没有影响；当发生孤岛后且孤 岛***内功率匹配时，采用以谐波检测作为判据的电容投切法，能够破坏***的功率匹配，使得***内的电压和频率发生变化，从而检测出孤岛。与传统的被动检测法相比，本方案能够检测出功率匹配状态，且在功率匹配时投入了电容，能够破坏功率匹配，不存在检测盲区；与传统的主动检测法相比，本方案在逆变器并网运行时不影响电能质量，并且只需在网侧进行简单改造，可使用逆变器本身具有的过/欠频和过/欠压保护即可实现检测，不需要在每台逆变器上加装新算法，易于实现；与传统的电容投切法相比，本方案使用谐波畸变率作为启动判据，无需与PCC开关状态配合，无需寻找功率匹配的点，且检测效率与装置安装的位置无关，易于实现。因此，新方法不存在检测盲区，对电能质量影响小，可以实现快速有效的孤岛检测功能，具有工程实际意义。
附图说明
图1是传统的外部开关电容检测法原理图；
图2是基于谐波检测电容投切孤岛检测方法的原理图；
图3是基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法的流程图；
图4(a)是孤岛时基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法的谐波仿真图；
图4(b)是孤岛时基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法的公共点电压仿真图；
图4(c)是孤岛时基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法的公共点频率仿真图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
基于谐波检测电容投切与电压/频率检测相配合的孤岛检测方法包括以下步骤：
步骤一：利用过/欠频装置和过/欠压装置实时检测PCC点的频率和电压，利用主动式检测方法，即，谐波检测装置实时检测谐波畸变率；
步骤二：判断检测出的频率、电压是否超过了设定的阈值，如果是，进行步骤五，如果不是，判断谐波畸变率是否超出了阈值，如果是，进行步骤三；如果不是，进行步骤一；
步骤三：启动延时1S，如果在延时1S结束后检测到电压、频率、谐波畸变率均未超出阈值，则返回步骤一；如果在延时1S结束后检测到谐波畸变率仍超出阈值，而电压、频率未超出阈值，则进行步骤四；
步骤四：闭合开关S1，投入电容，使用逆变器测量孤岛***的电压和频率，如果电压和频率超出阀值，则执行步骤五，若未超出阀值，则返回步骤一；
步骤五：判定为孤岛。
检测判据如下：
(1)GB12326-90中规定，衡量点为公共连接点电压允许偏移为额定值的±5％，若折算到标幺值，当检测到公共点电压大于1.05或小于0.95时即判定为孤岛。
(2)GB/T15945-95中规定，对于电力***允许的偏差，正常允许为±0.2Hz，对于小容量***可以放宽到±0.5Hz，微网属于小容量***，频率检测判据设定为fmin＝49.5Hz,fmax＝50.5Hz，即检测到的公共点电压频率小于49.5Hz或大于50.5Hz，即判定为孤岛。
(3)GB/T14549-93中规定，380V电压等级的衡量点为公共连接点的电网谐波畸变率THD为5％(0.05)，即检测到谐波畸变率大于5％(0.05)时，判定电网出现异常。
图4所示为使用本发明方法得到的孤岛检测仿真图，从第4秒开始发生孤岛，第5秒投入电容C＝0.0001F。图4(a)给出了基于该方法的谐波仿真图，从图中可以看出在第4秒发生孤岛后谐波畸变率就超过了5％，延时1秒谐波畸变率仍然超过5％；图4(b)给出了基于该方法的公共点电压仿真图，从图中可以看出在第4秒发生孤岛后，由于***功率匹配，电压基本无变化，延时1秒后电压仍然无变化，没有超出阈值；图4(c)给出了基于该方法的公共点频率仿真图，从图中可以看出在第4秒发生孤岛后，由于***功率匹配，频率变化很小，延时1秒后频率变化仍然很小，没有超出阈值。在第5秒投入电容，从仿真图中可以看出，谐波畸变率在投入电容后反而比不投之前小，说明选择的电容容量适当，提供了***无功功率，减小了谐波畸变率；公共点电压在投入电容后迅速减小，超出阈值；公共点频率 也迅速减小，超出阈值。电压/频率检测装置启动孤岛保护迅速动作，孤岛检测成功。

Claims (4)

1.一种孤岛检测方法，包括以下步骤：
步骤一：利用过/欠频装置和过/欠压装置实时检测PCC点的频率和电压，利用谐波检测装置实时检测谐波畸变率；
步骤二：判断检测出的频率、电压是否超过了设定的阈值，如果是，进行步骤五，如果不是，判断谐波畸变率是否超出了阈值，如果是，进行步骤三；如果不是，进行步骤一；
步骤三：启动延时1S，如果在启动延时1S结束后检测到电压、频率、谐波畸变率均未超出阈值，则返回步骤一；如果在延时1S结束后检测到谐波畸变率仍超出阈值，而电压、频率未超出阈值，则进行步骤四；所述谐波畸变率为5％；
步骤四：闭合开关S1，投入电容，使用逆变器测量孤岛***的电压和频率，如果电压和频率超出阀值，则执行步骤五，若未超出阀值，则返回步骤一；
步骤五：判定为孤岛。
2.根据权利要求1所述孤岛检测方法，其特征在于，步骤二中所述频率的阈值为fmin＝49.5Hz，fmax＝50.5Hz。
3.根据权利要求1所述孤岛检测方法，其特征在于，步骤二中所述电压的阈值是公共连接点电压允许的偏移量，其范围为额定值的±5％。
4.根据权利要求1所述孤岛检测方法，其特征在于，步骤四中所述投入的电容C＝0.0001F。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104267317B (zh) * 2014-10-21 2017-02-22 华北电力大学 基于电抗分层投切的孤岛检测方法
CN104655957B (zh) * 2015-01-28 2018-05-04 东南大学 一种主被动结合的混合型孤岛检测方法
CN105974238B (zh) * 2016-06-20 2019-07-23 重庆瑜欣平瑞电子股份有限公司 汽油机逆变器自动测试方法及***
CN107765108B (zh) * 2016-08-18 2020-01-21 华为技术有限公司 一种逆变器的孤岛检测方法、装置和供电***
CN107918082B (zh) * 2016-10-10 2021-01-15 中国电力科学研究院 一种逆变器并联运行的孤岛检测方法
CN107422196B (zh) * 2017-02-27 2019-12-06 国电南瑞科技股份有限公司 一种基于谐波畸变率和频率的孤岛检测方法
CN107526009B (zh) * 2017-09-13 2019-04-05 国电南瑞科技股份有限公司 一种根据频率和电流变化时序的孤岛检测防误闭锁方法
CN110632413B (zh) * 2019-09-02 2022-02-11 国网吉林省电力有限公司 一种延时触发的无功功率扰动孤岛检测方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2563647B2 (ja) * 1990-06-12 1996-12-11 関西電力株式会社 平行２回線電力系統用事故点標定方式
CN101847876A (zh) * 2010-05-28 2010-09-29 上海理工大学 一种三相光伏并网逆变***
CN101944746B (zh) * 2010-07-20 2013-06-05 深圳市红岩电控设备有限公司 光伏并网发电***的孤岛检测方法、装置及***
CN102255329B (zh) * 2011-04-14 2013-11-20 东南大学 一种光伏并网***的孤岛检测方法
KR101354895B1 (ko) * 2012-06-01 2014-01-23 엘에스산전 주식회사 전력 감시 시스템 및 전력 시스템 정보 디스플레이 방법
CN103064035B (zh) * 2013-01-08 2015-05-13 天津大学 一种多分布式电源并网的主动式孤岛检测方法
CN103138268B (zh) * 2013-02-25 2015-02-25 国家电网公司 分布式光伏发电***低压反孤岛装置
CN103323695B (zh) * 2013-05-16 2016-01-20 国家电网公司 防孤岛保护测试***自动加载装置及其方法
CN103412207B (zh) * 2013-07-11 2015-08-05 华北电力大学（保定） 基于负序电流注入的光伏并网逆变器孤岛检测方法
CN103645404B (zh) * 2013-12-16 2016-03-23 辽宁工业大学 一种微电网孤岛检测方法和检测***

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