CN107516908A - 分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，包括如下步骤：步骤1、对区域内挂接的低压反孤岛装置根据接入位置进行分级；步骤2、低压反孤岛装置将上级断路器、开关状态和线路电压上送至分布式电源运行控制器，分布式光伏并网接口装置将并网点电流值上送至分布式电源运行控制器；步骤3、分布式电源运行控制器根据上级分布式电源运维检修管理***的调度命令，以及低压反孤岛装置和分布式光伏并网接口装置上送的数据，依据自身判别策略，自动判断识别非计划孤岛，若发生非计划孤岛现象，则确定非计划孤岛发生区域；步骤4、分布式电源运行控制器协调辖区内多台低压反孤岛装置，并控制低压反孤岛装置投入进而破坏非计划孤岛。

Description

分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法

技术领域

本发明涉及一种分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法。

背景技术

孤岛效应(Islanding Effect)是指电网突然失压时，并网光伏发电***仍保持对电网中的邻近部分线路供电状态的一种效应。当电力检修人员在维护与分布式光伏发电相关线路或设备时，一旦分布式光伏发电的防孤岛保护功能失效，将给电力检修人员的现场安全作业等工作带来隐患。

2013年初国家电网公司开展“分布式光伏并网相关技术深化研究”专项课题研究，研究分布式光伏专用低压反孤岛装置，同年发布《Q/GDW 1974-2013分布式光伏专用低压反孤岛装置技术规范》。分布式光伏专用低压反孤岛装置，由操作开关和扰动负载组成。当分布式光伏发电***非计划孤岛运行时，通过改变分布式光伏发电孤岛***的功率平衡，破坏非计划孤岛运行，有效保护***设备和相关人员的安全。但装置为全手动操作，自动化程度薄弱，无法主动进行安全检测和孤岛防护，且当装置安装在配变电压母线上时，一旦投入将对下级所有线路进行干扰，干扰范围较大，对不存在孤岛效应的支路产生了不必要的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，能够准确判定孤岛的发生位置，快速有效切除非计划孤岛，减少孤岛防护干扰面积，提升了分布式光伏安全防护自动化程度和配电网运维管理水平。

名词解释：

1、低压反孤岛装置：

反孤岛装置是一种可向分布式电源并网点主动注入电压或频率扰动信号的专用安全保障设备，避免逆变器设备自身孤岛检测失效。

2、分布式电源运行控制器：

分布式电源运行控制器可获得分布式发电/微网运行的实时数据、历史数据和环境数据，实现分布式发电/微网和主网的协调运行，并根据分布式发电/微网和主网的实际运行情况对其进行相应的控制。

3、低压分布式光伏并网接口装置：

应用于380V接入的分布式电源并网项目，集信息采集、远程通信、电量计量、安全加密等功能为一体，可采集分布式电源的发电功率、并网点开关的位置信息，并通过GPRS无线模块将信息上传。

4、非计划孤岛：

非计划、不受控地发生孤岛现象。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，包括如下步骤：

步骤1、对区域内挂接的低压反孤岛装置根据接入位置进行分级；

步骤2、低压反孤岛装置将上级断路器、开关状态和线路电压上送至分布式电源运行控制器，分布式光伏并网接口装置将并网点电流值上送至分布式电源运行控制器；

步骤3、分布式电源运行控制器根据上级分布式电源运维检修管理***的调度命令，以及低压反孤岛装置和分布式光伏并网接口装置上送的数据，依据自身判别策略，自动判断识别非计划孤岛，若发生非计划孤岛现象，则确定非计划孤岛发生区域；

步骤4、分布式电源运行控制器协调辖区内多台低压反孤岛装置，并控制低压反孤岛装置投入进而破坏非计划孤岛。

优选，步骤1中，将接入380V低压母线的低压反孤岛装置划分为1级，将接入配电分支箱的低压反孤岛装置划分为2级，将接入用户配电箱的低压反孤岛装置划分为3级，其中，第1级低压反孤岛装置在进线的最上端，第3级低压反孤岛装置在进线的最下端。

优选，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第1级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

D₁是低压反孤岛装置安装位置上级断路器的状态量，定义D₁＝1为闭合，D₁＝0为断开，U_a是低压反孤岛装置安装位置处电压值；I_a是在低压母线处并网的光伏并网点电流值。

优选，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第2级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

即当该防护区域处于单线路供电，检修上级变压器或380V低压母线时，母线上级开关断开D₁＝0或第2级低压反孤岛装置上级开关断开D₃＝0，检测低压反孤岛装置接入点电压U_C＞0，接入配电分支箱光伏的并网点电流值I_C＞0，则判断接入配电分支箱的光伏和其就近负载发生非计划孤岛，判定非计划孤岛发生的位置在第2级。

优选，当线路中挂接多个分布式光伏时，若上级开关断开时，且检测光伏并网点处仍有电压、电流存在时，则判定该分布式光伏发生非计划孤岛，进而确定非计划孤岛位置。

优选，确定非计划孤岛发生区域后，分布式电源运行控制器对母线区域内存在非计划孤岛现象的支路数量进行统计，若数量占整个区域支路数量的一半以上，则投入母线侧的低压反孤岛装置。

优选，确定非计划孤岛发生区域后，当分布式电源运行控制器检测到2级或3级低压反孤岛装置处发生非计划孤岛时，直接投入非计划孤岛发生处的低压反孤岛装置；

当分布式电源运行控制器检测到2级和3级低压反孤岛装置处同时发生非计划孤岛，则投入对应的2级反孤岛装置。

本发明的有益效果是：

第一、当低压配电网中含有高渗透率分布式光伏时，可依托分布式电源运行控制器通过本方法迅速定位孤岛发生位置，进而控制低压反孤岛装置的投入，降低并网线路的电压值，触及光伏并网逆变器的孤岛保护，强迫逆变器停止运行，并网光伏强制脱网。

第二、该方法克服了被动式孤岛检测法死区大、灵敏性不足、易受外界因素干扰的缺点，也克服了主动式孤岛检测法电流谐波大、影响电能质量、电气设备损耗严重、实际可操作性差的缺点，弥补了传统低压反孤岛装置无自动检测孤岛状态的不足。

第三、准确判定孤岛的发生位置，快速有效切除非计划孤岛，减少孤岛防护干扰面积，提升了分布式光伏安全防护自动化程度和配电网运维管理水平，保障了检修人员的人身安全。

附图说明

图1是本发明配电网区域孤岛防护***架构图；

图2是本发明反孤岛装置组网的典型方式示意图；

图3是本发明孤岛切除流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

图1是配电网区域孤岛防护***架构图，自上而下分为三层，分别为调度管理层、协调控制层和就地控制层，调度管理层设有分布式电源运维检修管理***，协调控制层设有分布式电源运行控制器，就地控制层设置有低压反孤岛装置、并网接口装置和并网逆变器，各装置之间通过网络通信，低压反孤岛装置可采用智能低压反孤岛装置。

分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，包括如下步骤：

步骤1、对区域内挂接的低压反孤岛装置根据接入位置进行分级；

步骤2、低压反孤岛装置将上级断路器、开关状态和线路电压上送至分布式电源运行控制器，分布式光伏并网接口装置将并网点电流值上送至分布式电源运行控制器；

步骤3、分布式电源运行控制器根据上级分布式电源运维检修管理***的调度命令，以及低压反孤岛装置和分布式光伏并网接口装置上送的数据，依据自身判别策略，自动判断识别非计划孤岛，若发生非计划孤岛现象，则确定非计划孤岛发生区域；

步骤4、分布式电源运行控制器协调辖区内多台低压反孤岛装置，并控制低压反孤岛装置投入进而破坏非计划孤岛。

图2是反孤岛装置组网的典型方式示意图，优选，步骤1中，将接入380V配变低压母线的低压反孤岛装置划分为1级，将接入配电分支箱的低压反孤岛装置划分为2级，将接入用户配电箱的低压反孤岛装置划分为3级，其中，第1级低压反孤岛装置在进线的最上端，第3级低压反孤岛装置在进线的最下端。

优选，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第1级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

D₁是低压反孤岛装置安装位置上级断路器的状态量，定义D₁＝1为闭合，D₁＝0为断开，U_a是低压反孤岛装置安装位置处电压值；I_a是在低压母线处并网的光伏并网点电流值。

以图2中a点为例，该孤岛发生区域的判据是：

D₁是低压反孤岛装置安装位置上级断路器的状态量，定义D₁＝1为闭合，D₁＝0为断开，U_a是低压反孤岛装置安装位置侧电压；I_a是在a点并网的光伏PV4的光伏并网点电流值。即当该防护区域处于单线路供电时，因检修变压器上级开关K1断开D₁＝0，检测反孤岛装置接入点电压U_a＞0，a点并网的光伏PV4的光伏并网点电流值I_a＞0，则并网光伏PV4和其就近负载发生非计划孤岛，可迅速判定孤岛发生的位置为a点。

优选，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第2级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

即当该防护区域处于单线路供电，检修上级变压器或380V低压母线时，母线上级开关断开D₁＝0或第2级低压反孤岛装置上级开关(母线出线开关)断开D₃＝0，检测低压反孤岛装置接入点电压U_C＞0，接入配电分支箱光伏的并网点电流值I_C＞0，则判断接入配电分支箱的光伏和其就近负载发生非计划孤岛，判定非计划孤岛发生的位置在第2级。

以图2为例，若一条线路下挂接多个分布式电源，如开关K3下的L3线路,c点发生非计划孤岛的判据是：

即当该防护区域处于单线路供电，检修上级变压器或380V低压母线时，上级开关K1断开D₁＝0或K3断开D₃＝0，检测反孤岛装置接入点电压U_C＞0，c点并网的光伏PV4的光伏并网点电流值I_C＞0，则并网光伏PV2和其就近负载发生非计划孤岛，可迅速判定孤岛发生的位置为c点。

当线路中挂接多个分布式光伏时，若上级开关(光伏接入点上级任意位置)断开时，标明该区域处于计划检修阶段，当检测光伏并网点处仍有电压、电流存在时，则判定该分布式光伏发生非计划孤岛，进而确定非计划孤岛位置。

图3是低压反孤岛装置接入网络逐级切除孤岛现象的流程图：

当确定非计划孤岛发生区域后，分布式电源运行控制器对母线区域内存在非计划孤岛现象的支路数量进行统计，若数量占整个区域支路数量的一半以上，则投入母线侧的低压反孤岛装置。当分布式电源运行控制器检测到2级或3级低压反孤岛装置处发生非计划孤岛时，直接投入非计划孤岛发生处的低压反孤岛装置；当分布式电源运行控制器检测到2级和3级低压反孤岛装置处同时发生非计划孤岛，则投入对应的2级反孤岛装置。对于区域内分布式光伏渗透率较高，且接入多台智能低压反孤岛装置的低压配电网网络，本策略能够从“全局把控+就地切除”两方面保障孤岛现象快速消除，保证检修工作的安全正常进行。

本发明的有益效果是：

第一、当低压配电网中含有高渗透率分布式光伏时，可依托分布式电源运行控制器通过本方法迅速定位孤岛发生位置，进而控制低压反孤岛装置的投入，降低并网线路的电压值，触及光伏并网逆变器的孤岛保护，强迫逆变器停止运行，并网光伏强制脱网。

第二、该方法克服了被动式孤岛检测法死区大、灵敏性不足、易受外界因素干扰的缺点，也克服了主动式孤岛检测法电流谐波大、影响电能质量、电气设备损耗严重、实际可操作性差的缺点，弥补了传统低压反孤岛装置无自动检测孤岛状态的不足。

第三、准确判定孤岛的发生位置，快速有效切除非计划孤岛，减少孤岛防护干扰面积，提升了分布式光伏安全防护自动化程度和配电网运维管理水平，保障了检修人员的人身安全。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、对区域内挂接的低压反孤岛装置根据接入位置进行分级；

步骤2、低压反孤岛装置将上级断路器、开关状态和线路电压上送至分布式电源运行控制器，分布式光伏并网接口装置将并网点电流值上送至分布式电源运行控制器；

步骤3、分布式电源运行控制器根据上级分布式电源运维检修管理***的调度命令，以及低压反孤岛装置和分布式光伏并网接口装置上送的数据，依据自身判别策略，自动判断识别非计划孤岛，若发生非计划孤岛现象，则确定非计划孤岛发生区域；

步骤4、分布式电源运行控制器协调辖区内多台低压反孤岛装置，并控制低压反孤岛装置投入进而破坏非计划孤岛。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，步骤1中，将接入380V低压母线的低压反孤岛装置划分为1级，将接入配电分支箱的低压反孤岛装置划分为2级，将接入用户配电箱的低压反孤岛装置划分为3级，其中，第1级低压反孤岛装置在进线的最上端，第3级低压反孤岛装置在进线的最下端。

3.根据权利要求2所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第1级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>a</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

D₁是低压反孤岛装置安装位置上级断路器的状态量，定义D₁＝1为闭合，D₁＝0为断开，U_a是低压反孤岛装置安装位置处电压值；I_a是在低压母线处并网的光伏并网点电流值。

4.根据权利要求3所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，分布式电源运行控制器依据自身判别策略自动判断识别非计划孤岛，其中：

第2级低压反孤岛装置接入位置发生非计划孤岛现象的判定依据为：

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;cup;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>U</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>I</mi> <mi>C</mi> </msub> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

即当该防护区域处于单线路供电，检修上级变压器或380V低压母线时，母线上级开关断开D₁＝0或第2级低压反孤岛装置上级开关断开D₃＝0，检测低压反孤岛装置接入点电压U_C＞0，接入配电分支箱光伏的并网点电流值I_C＞0，则判断接入配电分支箱的光伏和其就近负载发生非计划孤岛，判定非计划孤岛发生的位置在第2级。

5.根据权利要求4所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，当线路中挂接多个分布式光伏时，若上级开关断开时，且检测光伏并网点处仍有电压、电流存在时，则判定该分布式光伏发生非计划孤岛，进而确定非计划孤岛位置。

6.根据权利要求5所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，确定非计划孤岛发生区域后，分布式电源运行控制器对母线区域内存在非计划孤岛现象的支路数量进行统计，若数量占整个区域支路数量的一半以上，则投入母线侧的低压反孤岛装置。

7.根据权利要求6所述的分布式光伏规模接入下的配电网区域孤岛防护方法，其特征在于，确定非计划孤岛发生区域后，当分布式电源运行控制器检测到2级或3级低压反孤岛装置处发生非计划孤岛时，直接投入非计划孤岛发生处的低压反孤岛装置；

当分布式电源运行控制器检测到2级和3级低压反孤岛装置处同时发生非计划孤岛，则投入对应的2级反孤岛装置。