CN114784862A - 一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及*** - Google Patents

一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及***，包括步骤：防孤岛微机装置进行第一次孤岛检测；判断第一次孤岛检测的结果是否符合第一孤岛特征标准；防孤岛微机装置下发指令，使逆变器在电网中产生扰动量；防孤岛微机装置进行第二次孤岛检测；判断第二次孤岛检测的结果是否符合第二孤岛特征标准，若光伏发电***出现孤岛效应，则断开光伏发电***与电网的连接，并且控制逆变器停止运行。本发明通过第一次检测标准作为主动式检测的切换依据，又以第二次检测标准作为最终孤岛保护动作的最终判定依据，一方面能够避免光伏发电***长时间向电网注入扰动带来的电能质量破坏，另一方面可保证孤岛检测的速度和准确性。

Description

一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及***
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，具体而言，涉及一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及***。
背景技术
孤岛保护是光伏电站继电保护的重要内容，要求在发生孤岛效应时，可以快速切除并网点，使光伏电站与电网***侧迅速脱离，从而保证整个电站设备和相关维护人员的生命安全。
光伏电站的孤岛检测方法可分为主动式和被动式两类。被动式检测易于实现，对***电能质量和稳定性没有影响，但按照一般性的阈值进行检测时，盲区较大。主动式检测克服了被动式方法的缺点，缩小了孤岛检测盲区，加快了检测时间。但主动式方法由于在逆变器控制信号中加入了扰动量，引起逆变器输出电流波形畸变，影响了光伏发电***供电质量。
已有专利提出了主动法和被动法相结合孤岛检测方法，需要检测负载功率和光伏发电功率的匹配程度，而在实际工程中，本地负载较小或不存在的情况下，光伏发电功率和负载长期不匹配，不适合将负载功率和光伏发电功率的匹配程度作为主动法和被动法的切换依据。此外，针对大型光伏电站直接并网的情况，负载情况几乎无法检测。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法及***。
第一方面，本公开提供了一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，包括如下步骤：
防孤岛微机装置进行第一次孤岛检测，得到所述第一次孤岛检测的结果；
根据所述第一次孤岛检测的结果，判断所述第一次孤岛检测的结果是否符合第一孤岛特征标准；若是则所述防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器运行，利用所述逆变器产生扰动量；否则所述防孤岛微机装置持续进行第一次孤岛检测；
所述防孤岛微机装置进行第二次孤岛检测，得到所述第二次孤岛检测的结果；
根据所述第二次孤岛检测的结果，判断所述第二次孤岛检测的结果是否符合第二孤岛特征标准，若是则所述光伏发电***出现孤岛效应，所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制所述逆变器停止运行，所述逆变器停止产生扰动量，所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制光伏发电***和电网之间的断路器断开，完成对所述电网的孤岛保护；否则，所述光伏发电***未出现孤岛效应，所述防孤岛微机装置持续进行第一次孤岛检测。
第二方面，本公开提供了一种基于通信网络的光伏孤岛保护***，包括防孤岛微机装置、光伏发电***与电网；
所述光伏发电***包括逆变器；所述防孤岛微机装置与所述逆变器电信号连接；所述电网与所述光伏发电***电连接；
所述防孤岛微机装置包括检测单元与控制单元；所述检测单元的一端与所述光伏发电***的升压变压器的二次侧电信号连接，所述检测单元的另一端与所述控制单元的输入端电信号连接；
所述电网与所述光伏发电***的公共端设置有断路器；所述控制单元的输出端与所述断路器电信号连接。
本发明的有益效果是：本发明通过第一次检测标准作为主动式检测的切换依据，又以第二次检测标准作为最终孤岛保护动作的最终判定依据，将第一孤岛特征标准进行第一次检测，实现较高灵敏度的检测，将第二孤岛特征标准进行第二次检测实现高准确度的检测，通过高灵敏度的检测与高准确度的检测两次检测结合的方式，有利于提高检测的速度和准确度，有利于避免孤岛保护误动作；采用通信网络的方式，提高孤岛检测的数据传输速度，保证孤岛检测的反应速度；防孤岛微机装置控制逆变器在发出的功率中注入扰动量和停止运行，能够避免长时间向电网注入扰动带来的电能质量破坏。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述防孤岛微机装置检测的信号为所述光伏发电***中升压变压器二次侧的电压信号。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过升压变压器二次侧的检测信号判断电网孤岛，有利于避免出现一次侧由于变压器的隔离作用造成的检测误差，提高检测结果准确度。
进一步，所述防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器运行，包括：所述防孤岛微机装置生成第一控制指令并通过所述通信网络将所述第一控制指令发送至所述逆变器，所述逆变器接收并执行所述第一控制指令后运行；所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制所述逆变器停止运行，包括：所述防孤岛微机装置生成第二控制指令并通过所述通信网络将所述第二控制指令发送至所述逆变器；所述逆变器接收并执行所述第二控制指令后停止运行；所述第一控制指令不同于所述第二控制指令。
采用上述进一步方案的有益效果是，防孤岛微机装置在第一次孤岛检测中通过第一控制指令控制逆变器运行，并且在第二次孤岛检测中通过第二控制指令控制逆变器停止运行，能够避免长时间向电网注入扰动带来的电能质量破坏。
进一步，所述通信网络为5G网络或者光纤通信网络。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过5G网络或者光纤通信网的高速通信方式，能够更迅速的控制断路器断开，保证数据的传输速度，有利于提高***的反应速度。
进一步，所述第一次孤岛检测与所述第二次孤岛检测均包括过压、欠压、过频、欠频以及总谐波失真的检测；所述第一孤岛特征包括：第一过压范围、第一欠压范围、第一过频范围、第一欠频范围以及第一总谐波失真范围；第二孤岛特征根据所述电网的电压等级与电网容量设定，包括第二过压范围、第二欠压范围、第二过频范围、第二欠频范围以及第二总谐波失真范围。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过第一次孤岛检测与第二次孤岛检测结合，检测过压、欠压、过频、欠频以及总谐波失真，利用不同的标准判断电网是否出现孤岛效应，将第二孤岛特征标准进行第一次检测作为粗检，将第二孤岛特征标准进行第二次检测作为精检，通过粗检与精检两次检测结合的方式，有利于提高检测的速度和准确度。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法的流程图；
图2为本发明实施例2提供的一种基于通信网络的光伏孤岛保护装置的原理图。
图标：N-逆变器；G-配电柜；T-升压变压器；L-断路器；Z-防孤岛微机装置；S-电网；W-光伏发电***。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
本实施例提供了一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，包括如下步骤：
防孤岛微机装置Z进行第一次孤岛检测，得到第一次孤岛检测的结果；
根据第一次孤岛检测的结果，判断第一次孤岛检测的结果是否符合第一孤岛特征标准；若是则防孤岛微机装置Z通过通信网络控制逆变器N运行，利用逆变器N产生扰动量；否则防孤岛微机装置Z持续进行第一次孤岛检测；
防孤岛微机装置Z进行第二次孤岛检测，得到第二次孤岛检测的结果；
根据第二次孤岛检测的结果，判断第二次孤岛检测的结果是否符合第二孤岛特征标准，若是则光伏发电***W出现孤岛效应，防孤岛微机装置Z通过通信网络控制逆变器N停止运行，逆变器N停止在光伏发电***W中产生扰动量，防孤岛微机装置通过通信网络控制光伏发电***和电网之间的断路器断开，完成对电网S的孤岛保护；否则，光伏发电***W未出现孤岛效应，防孤岛微机装置Z持续进行第一次孤岛检测。
本发明通过第一次检测标准作为主动式检测的切换依据，又以第二次检测标准作为最终孤岛保护动作的最终判定依据，将第一孤岛特征标准进行第一次检测，实现较高灵敏度的检测，将第二孤岛特征标准进行第二次检测实现高准确度的检测，通过高灵敏度的检测与高准确度的检测两次检测结合的方式，有利于提高检测的速度和准确度，有利于避免孤岛保护误动作；采用通信网络的方式，提高孤岛检测的数据传输速度，保证孤岛检测的反应速度；防孤岛微机装置控制逆变器运行和停止运行，能够避免长时间向电网S注入扰动带来的电网电能质量破坏。
可选的，防孤岛微机装置Z检测的信号为电网S中升压变压器T二次侧的电压信号。
传统方法主要依赖逆变器N中的孤岛检测模块实现光伏发电的孤岛检测，但在实际工程中，大型光伏电站中的逆变器N接收到的测量信号主要为在光伏电站变压器一次侧附近测量的三相电压、电流。由于变压器的隔离作用，通过一次侧的检测信号判断光伏发电***W孤岛可能存在较大误差。
在本实施例中，防孤岛微机装置Z检测的信号为光伏发电***W中升压变压器T二次侧的电压信号，通过升压变压器T二次侧的检测信号判断光伏发电***W孤岛，有利于避免出现一次侧由于变压器的隔离作用造成的检测误差，提高检测结果准确度。
可选的，防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器运行，包括：防孤岛微机装置生成第一控制指令并通过通信网络将第一控制指令发送至逆变器，逆变器接收并执行第一控制指令后运行；防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器停止运行，包括：防孤岛微机装置生成第二控制指令并通过通信网络将第二控制指令发送至逆变器；逆变器接收并执行第二控制指令后停止运行；第一控制指令不同于第二控制指令。
在实际应用过程中，防孤岛微机装置在第一次孤岛检测中通过第一控制指令控制逆变器运行，并且在第二次孤岛检测中通过第二控制指令控制逆变器停止运行，能够避免长时间向电网注入扰动带来的电能质量破坏。
可选的，通信网络为5G网络或者光纤通信网络。
在实际应用过程中，通信网络为5G网络或者光纤通信网络，端到端时延在数十毫秒以内，通信阻塞概率极低，可靠性高，能够避免出现无法完成被动法检测到主动法检测的快速切换、断路器动作控制以及逆变器N控制。
可选的，第二孤岛特征标准具体为：过压阈值为2％，欠压阈值为2％，过频阈值为0.2HZ，欠频阈值为0.2HZ，总谐波失真THD阈值为3％。第二孤岛特征标准小于第二孤岛特征标准，有利于确保孤岛检测的灵敏度。可选的，第一次孤岛检测的方法可以是Sandia电压偏移法(SVS)，检测盲区小且检测速度快。
可选的，第二孤岛特征标准具体为：过压阈值为5％，欠压阈值为5％，过频阈值为0.5HZ，欠频阈值为0.5HZ，总谐波失真THD阈值为5％。第二孤岛特征标准大于第二孤岛特征标准，避免第一次检测的不准确出现的误判，提高孤岛效应判断的准确度。
可选的，第一次孤岛检测与第二次孤岛检测均包括过压、欠压、过频、欠频以及总谐波失真的检测；第一孤岛特征包括：第一过压范围、第一欠压范围、第一过频范围、第一欠频范围以及第一总谐波失真范围；第二孤岛特征根据电网S的电压等级与电网S容量设定，包括第二过压范围、第二欠压范围、第二过频范围、第二欠频范围以及第二总谐波失真范围。
在实际应用过程中，通过第一次孤岛检测与第二次孤岛检测结合，检测过压、欠压、过频、欠频以及总谐波失真，利用不同的标准判断光伏发电***W是否出现孤岛效应，将第二孤岛特征标准进行第一次检测作为粗检，将第二孤岛特征标准进行第二次检测作为精检，通过粗检与精检两次检测结合的方式，有利于提高检测的速度和准确度。
可选的，控制单元与断路器L电信号连接。通过在光伏发电***W与电网S并网的公共连接点(PCC，Point of Common Coupling)处安装断路器L，用于断开光伏发电***W和电网S的连接。控制单元通过断路器L实现光伏发电***W与电网S的连接，实现电网S的防孤岛保护。此外，可选的，控制单元下发指令控制所有的逆变器N停止功率输出。可选的，控制单元采用微处理器。
实施例2
基于与本发明的实施例1中所示的方法相同的原理，在本发明的实施例1中所示的方法的基础上本发明的实施例中还提供了一种基于通信网络的光伏孤岛保护***，如附图2所示，该***包括防孤岛微机装置Z、光伏发电***W与电网S；
光伏发电***W包括逆变器N；防孤岛微机装置Z与逆变器N电信号连接；电网S与光伏发电***W电连接；
防孤岛微机装置Z包括检测单元与控制单元；检测单元的一端与光伏发电***W的升压变压器T的二次侧电信号连接，检测单元的另一端与控制单元的输入端电信号连接；
电网S与光伏发电***W的公共端设置有断路器L；控制单元的输出端与断路器L电信号连接。
可选的，控制单元与逆变器N电信号连接；控制单元下发指令控制逆变器N运行或者停止运行。
可选的，光伏发电***W逆变器连接有配电柜G；配电柜G与升压变压器T的一次侧电连接；升压变压器T的二次侧与断路器L电连接。逆变器N连接光伏发电***W中的配电柜G。
可选的，光伏发电***W与电网S的公共端设置有断路器L；控制单元与断路器L电信号连接。控制单元连接断路器L，控制单元通过控制断路器L动作，断开光伏发电***W与电网S的连接，实现电网S的防孤岛保护。
可选的，检测单元包括电压检测单元、电流检测单元、谐波检测单元，电压检测单元包括电压传感器与电压变送器；电压传感器与电压变送器与控制单元电信号连接。电流检测单元包括电流传感器与电流变送器，电流传感器通过电流变送器与控制单元电信号连接；谐波检测单元采用谐波检测仪，谐波检测仪与控制单元电信号连接，将谐波检测得到的数据传输至控制单元。可选的，控制单元采用微处理器。控制单元根据检测单元检测的数据，得到过压、欠压、过频欠以及谐波等数据。
可选的，检测单元设置在光伏发电***W的升压变压器T的二次侧，防孤岛微机装置Z检测的信号为光伏发电***W中升压变压器T二次侧的电压信号，通过检测升压变压器T二次侧的信号判断光伏发电***W孤岛，有利于避免出现一次侧由于变压器的隔离作用造成的检测误差，提高检测结果准确度。
可选的，通信网络为5G网络或者光纤通信网络，端到端时延在数十毫秒以内，通信阻塞概率极低，可靠性高，能够避免出现无法完成被动法检测到主动法检测的快速切换、断路器动作控制以及逆变器N动作控制。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
防孤岛微机装置进行第一次孤岛检测，得到所述第一次孤岛检测的结果；
根据所述第一次孤岛检测的结果，判断所述第一次孤岛检测的结果是否符合第一孤岛特征标准；若是则所述防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器运行，利用所述逆变器产生扰动量；否则所述防孤岛微机装置持续进行第一次孤岛检测；
所述防孤岛微机装置进行第二次孤岛检测，得到所述第二次孤岛检测的结果；
根据所述第二次孤岛检测的结果，判断所述第二次孤岛检测的结果是否符合第二孤岛特征标准，若是则所述光伏发电***出现孤岛效应，所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制所述逆变器停止运行，所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制光伏发电***和电网之间的断路器断开，完成对所述电网的孤岛保护；否则，所述光伏发电***W未出现孤岛效应，所述防孤岛微机装置持续进行第一次孤岛检测。
2.根据权利要求1所述一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，其特征在于，所述防孤岛微机装置检测的信号为所述电网中升压变压器二次侧的电压信号。
3.根据权利要求1所述一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，其特征在于，所述防孤岛微机装置通过通信网络控制逆变器运行，包括：所述防孤岛微机装置生成第一控制指令并通过所述通信网络将所述第一控制指令发送至所述逆变器，所述逆变器接收并执行所述第一控制指令后运行；所述防孤岛微机装置通过所述通信网络控制所述逆变器停止运行，包括：所述防孤岛微机装置生成第二控制指令并通过所述通信网络将所述第二控制指令发送至所述逆变器；所述逆变器接收并执行所述第二控制指令后停止运行；所述第一控制指令不同于所述第二控制指令。
4.根据权利要求1-3任一所述一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，其特征在于，所述通信网络为5G网络或者光纤通信网络。
5.根据权利要求1所述一种基于通信网络的光伏孤岛保护方法，其特征在于，所述第一次孤岛检测与所述第二次孤岛检测均包括过压、欠压、过频、欠频以及总谐波失真的检测；所述第一孤岛特征包括：第一过压范围、第一欠压范围、第一过频范围、第一欠频范围以及第一总谐波失真范围；第二孤岛特征根据所述电网的电压等级与电网容量设定，包括第二过压范围、第二欠压范围、第二过频范围、第二欠频范围以及第二总谐波失真范围。
6.一种基于通信网络的光伏孤岛保护***，其特征在于，包括防孤岛微机装置、光伏发电***与电网；
所述光伏发电***包括逆变器；所述防孤岛微机装置与所述逆变器电信号连接；所述电网与所述光伏发电***电连接；
所述防孤岛微机装置包括检测单元与控制单元；所述检测单元的一端与所述光伏发电***的升压变压器的二次侧电信号连接，所述检测单元的另一端与所述控制单元的输入端电信号连接；
所述电网与所述光伏发电***的公共端设置有断路器；所述控制单元的输出端与所述断路器电信号连接。
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