一种混合孤岛检测方法技术

本发明专利技术公开了一种混合孤岛检测方法，本方法基于决策树的人工智能与电压，频率正反馈的混合，基于决策树的人工智能的方法测量并存储选定的目标位置的预设事件的特征量指标，并提取和分析数据集的信息来训练DT分类器，通过与预先规定发生事件时的数据集进行比较，从而判断出DG的运行状态是联网运行还是孤岛运行。本发明专利技术在DT法的基础上进一步结合基于逆变器控制的正反馈方法，具有较强的互补性与兼容性，本发明专利技术通过引入正反馈扰动，特征量指标在系统孤岛运行和并网运行时将会有明显的区分，有助于DT法判断孤岛，通过增加特征变量参数在孤岛和非孤岛运行条件时的差异性，从而降低孤岛检测错误率，提高孤岛检测可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种混合孤岛检测方法
本专利技术涉及孤岛检测
，特别是涉及一种混合孤岛检测方法。
技术介绍
分布式发电(DistributedGeneration，DG)，通常是指发电功率在几千瓦至数百兆的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、太阳能发电(光伏电池、光热发电)、风力发电、生物质能发电等。分布式电源通常接入中压或低压配电系统，其运行状态包括孤岛运行和并网运行[文献1]。DG孤岛运行指的是分布式电源与主网断开，单独带本地负荷运行。由于设备故障，系统扰动或误操作等因素，引起DG进入非计划孤岛运行时，会对DG系统产生一些不利影响，包括：电压、频率的异常扰动，降低电能质量；容易导致用电设备发生故障和损坏；可能造成人身安全问题等[文献2]。并且，DG和含DG的配电网与微网，在孤岛情况下的运行策略不同于并网情况的运行策略[文献3]。因此，快速与准确的孤岛检测对DG和含DG的配电网与微网的运行控制具有十分重要的意义。基于决策树(DecisionTree,DT)的智能化孤岛检测方法是指在目标位置(一般设定为公共连接点，PointofCommonCoupling,PCC)监测若干参数的变化，通过提取和分析数据集的特征，并模拟预先设定发生事件时的数据集训练决策树分类器，从而确定出当前DG的运行状态[文献4,5]。1.决策树数学模型1)特征量(独立变量)：由目标位置所监测的若干参数值组成，Xi＝{xi1,xi2,...,xim}表示第i个事件下的一组特征量，{xi1,xi2,...,xim}为输入的m个检测变量的取值，X＝{X1,X2,...,Xn}T表示n个事件的特征量集合。2)类变量(因变量)：yi为类型输出值，表示第i个事件时系统状态所属类型，取值与Xi相关，yi＝1表示当前为孤岛运行状态，yi＝0表示为非孤岛运行状态，组成Y＝{y1,y2,...,yn}表示n个事件时的类向量。3)数据集的训练：表示为{X,Y}，记录预先规定事件时所有因变量和与之对应特征变量的取值，并采用分类与回归树法(ClassificationandRegressionTree,CART)形成决策树。4)数据集的测试：即输入某个状态下的特征量，采用分类器进行孤岛的判断。5)分类错误的成本：待测数据进行错误分类有关的固有成本。2.DT法流程1)选择合适的目标位置，并选择合适的特征量指标。2)模拟预设事件，测量与存储各个预设事件，例如第i个事件下的特征量向量为与对应的DG运行状态Yi，利用得到的数据集{X,Y}训练决策树分类器，提高分类器判断孤岛的准确率。3)测量实际目标位置实时特征向量作为决策树分类器的输入，其输出Yt为DT法判断的DG运行状态，Yt＝1表示检测结果为孤岛运行，Yt＝0表示检测结果为并网运行。3.决策树的结构设计根据不同决策树构成方法，都会形成对应的决策树，例如：图1为二维空间的特征量指标样本分布示意图，根据图1特征量指标的分布与边界设计的决策树结构如图2所示，其实线边界构成(a)和虚线边界构成(b)，图1中：X1，X2表示特征量指标，样本可分为x，ο，+三类，实线和虚线分别表示两种决策树的边界。在选择最优决策树时可根据具体目标，比如节点数最少，节点杂质率最低等目标进行选择[6]。该方法在一些特殊条件下，所选择的特征量指标灵敏度较低。例如DG输出功率与负载消耗功率平衡时，电压偏移、频率偏移等指标在DG孤岛运行和并网运行时区别不够明显，因而导致孤岛检测判断错误。为了确保孤岛检测的准确性，单独采用DT法需要选取的特征量指标繁多，而且某些指标可能与最后的结果相关性不大。该方法对特征量指标的检测需要一定的响应时间，特别当DG输出功率与负载消耗功率平衡时，响应时间可能较长，因此孤岛检测的速度将受到较大影响。基于电压、频率正反馈的孤岛检测方法是一种主动式的孤岛检测方法[7,8]，其基本原理是根据DG运行时电压，频率与额定电压，额定频率的偏差大小改变引入扰动的有功，无功功率大小。当DG并网运行时，由于电网的钳制作用，电压和频率的偏移不会随扰动的引入而扩大，DG依旧能够在额定范围内运行。一旦DG孤岛运行，正反馈的作用将不断增加电压与频率的偏差，直到检测出孤岛。系统电压，频率与DG与负荷之间有功功率与无功功率差额的关系为：其中P，Q分别表示额定有功，无功功率；ΔP，ΔQ表示DG与负载的有功无功差额；Vinv，ωinv表示逆变器输出的电压与角频率；Vg，ωg为系统并网时额定电压与角频率；Qc表示电容谐振时的无功功率。图3所示为电压正反馈原理图，实时检测和测量逆变器端口的三相电压Va，Vb，Vc，采用锁相环作用并对其进行dp变换，并与额定电压值Vrate进行比较。若测量的电压值大于额定电压值，在逆变器参考输出电流Idref的基础上增加相应Δid的输出电流，通过电流补偿器的作用后增加了逆变器的功率输出。当DG并网运行时，由于电网的支撑作用，逆变器功率扰动不会进一步引起电压发生变化。若DG孤岛运行时，由公式(1)(2)可知逆变器的功率输出增加会明显提高逆变器输出。而这种电压的增加又会进一步引起逆变器输出功率的增加，从而形成正反馈，直至电压超出一定的阈值范围，检测出孤岛。相反若测量的电压值小于额定电压值时，逆变器输出电流减小，输出功率减少。当DG孤岛运行时，逆变器的输出电压将明显减小，引起逆变器功率输出进一步减小，直至电压幅值小于阈值检测出孤岛。图4所示为频率正反馈原理图，与电压正反馈的原理相似，频率正反馈方法则是通过比较检测的ω与额定角频率ωrate。若ω高于ωrate，在逆变器参考输出电流Iqref的基础上增加Δiq的扰动。若DG并网运行时，同样由于电网的支撑作用，DG的输出频率不发生变化。若DG孤岛运行，DG输出的频率将会发生相对应的偏移，引起逆变器控制电流进一步产生扰动，从而形成正反馈。该方法在DG输出功率与负荷消耗功率平衡时仍可存在检测盲区。该方法仅选择电压偏移，频率偏移作为检测指标，在一定条件下可能造成孤岛检测的错误。当选择电压，频率阈值时，受外电网的运行条件或者分布式发电系统的运行条件等影响较大，因此选择合适的阈值比较困难。电压正反馈方法电压下限与上限一般设定为0.88p.u和1.1p.u。当外电网运行电压与标准值存在一定的电压偏移时，例如系统电压为0.9p.u，由于离阈值较为接近，当DG系统负荷产生扰动或者突然增加一定量的负荷时，可造成该方法出现孤岛检测的误判。另一方面，该方法需要时时刻刻对DG系统注入一定量的扰动，无法完全消除对电能质量的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，即电压幅值，频率正反馈方法仅选择电压偏移，频率偏移作为判断孤岛的指标，通常存在较大的检测盲区，并且错误地检测出由系统扰动引起的非孤岛的可能性大；仅采用DT法，孤岛发生时，如果DG系统内的发电功率与负载的消耗功率平衡，此时主网与分布式电网之间的功率传输基本为0，由公式(1)、(2)可知DG系统进入孤岛运行后的特征量参数偏移或变化不够明显，导致孤岛检测出现错误，而提供一种能够检测参数所隐藏的特征、增加特征量指标的灵敏度、提高孤岛检测的准确率的基于决策树的人工智能与电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合孤岛检测方法，其特征在于：该方法基于决策树的人工智能与电压，频率正反馈的混合，该检测方法的具体检测步骤如下：a.选择检测特征量指标的目标位置，选择PCC处或者待检测DG处；b.对DG系统内的分布式电源的逆变器引入电压和频率的正反馈，即将逆变器的三相输出电压和电流分别变换为横轴的Id和纵轴的Iq，然后，检测DG的电压与频率标准值的偏移，并根据偏移量的大小给逆变器输出电流引入扰动Δi，电压偏移将引起Id变化，频率偏移将引起Iq变化，相对应引起逆变器有功功率和无功功率输出变化，导致电压和频率产生进一步偏移，形成正反馈，随着正反馈的引入，若DG并网运行，由于电网的支撑作用扰动对DG系统影响不大；若DG孤岛运行，正反馈引入扰动将引起特征量指标产生显著变化；c.模拟各个系统条件下的预设事件，检测特征量指标在各个预设事件下的测量值；d.存储特征量指标数据和与之对应的DG运行状态Y，若预设事件未全部模拟完成则返回步骤c，若全部模拟完成则进入下一步骤；e.训练数据集，产生DT分类器，并通过训练提高分类器的准确率；f.输入实时特征量指标，并采用DT分类器判断孤岛，对于所选目标位置的DG，输出Y＝1判断DG为孤岛运行，输出Y＝0判断DG为非孤岛运行。...

【技术特征摘要】
1.一种混合孤岛检测方法，其特征在于：该方法基于决策树的人工智能与电压，频率正反馈的混合，该检测方法的具体检测步骤如下：a.选择检测特征量指标的目标位置，所述特征量指标主要包括电压偏移、频率偏移、电压幅值变化率、频率变化率、有功功率变化率、无功功率变化率,选择PCC处或者待检测DG处；b.对DG系统内的分布式电源的逆变器引入电压和频率的正反馈，即将逆变器的三相输出电压和电流分别变换为横轴的Id和纵轴的Iq，然后，检测DG的电压与频率标准值的偏移，并根据偏移量的大小给逆变器输出电流引入扰动Δi，电压偏移将引起Id变化，频率偏移将引起Iq变化，相对应引起逆变器有功功率和无功功...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹一家，黎灿兵，曾龙，曹驰，周斌，吴兰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43