适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法技术

本发明专利技术涉及一种用于含逆变型DG配电网的自适应正序电流速断保护方法，包括：适用于含多个IBDG微电网的孤岛检测方法，包括：初始化设置，设置分段式无功扰动、分段式无功扰动的频率分界值以及分段式无功扰动切换时的启动判据；根据不同IBDG的第一段无功扰动是同步的而设置的启动判据1；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的但是存在重叠而设置的启动判据2；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的并且不存在重叠而设置的启动判据3；检测系统频率以及是否满足上述的3个启动判据，并根据检测结果施加无功扰动；检测是否满足判定孤岛的判据。本发明专利技术减小系统正常并网运行时的无功扰动。

【技术实现步骤摘要】
适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法所属
本专利技术属于电力系统微电网保护与控制领域，针对可能出现的微电网非计划孤岛问题，提出了一种适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法。
技术介绍
微电网非计划孤岛运行的发生具有偶然性和不确定性。当由于误操作、系统发生故障等原因引起公共耦合点或其上游断路器跳闸时，微电网内分布式电源可能无法及时检测到微电网已经与系统断开而继续保持运行。此时，微电网的非计划孤岛运行可能会给电力系统的安全稳定运行带来一系列问题，比如重合闸失败、备自投时间延长甚至失败、孤岛系统内电能质量恶化等，同时也会危害运维人员的人身安全。为了保证供电的可靠性和稳定性，美国电气电子工程师协会(IEEE)相关标准、我国国家标准以及电网公司企业标准要求分布式电源(DG)具有反孤岛保护的功能，即DG能够检测到非计划孤岛运行状态并退出运行。现有的孤岛检测方法包括开关状态监测法、被动检测法和主动检测法三大类。其中，开关状态监测法是基于通讯技术将配电网侧断路器的开合状态发送给DG来判断微电网的运行模式，该方法不存在检测盲区，也不影响电能质量，但是实现较为复杂，经济性差。被动检测法通过检测电压、相位、频率及其变化率等基本电气量是否在允许变化范围之内来判定孤岛，该方法不会对系统电能质量造成影响，但是存在较大检测盲区，通常与主动检测法结合运用。主动检测法通过在DG的控制信号中引入扰动信号来判定孤岛，该方法能够减小甚至消除检测盲区，但同时也对电能质量造成了一定影响。另外，由于多个DG中的扰动信号无法保证同步，从而大大降低了孤岛检测的可靠性。目前，接入到低压电网中的分布式电源主要是光伏发电系统、永磁直驱式风力发电系统以及微型燃气轮机发电系统等逆变型分布式电源(IBDG)。本专利技术通过在IBDG的无功输出上附加分段式自适应扰动，提出了一种适用于含多个IBDG微电网的孤岛检测方法。该方法没有检测盲区，并通过分段式无功扰动来减小无功扰动量。另外，当微电网中含有多个IBDG时，各个IBDG仅根据本地信息就能保证无功扰动的同步性，从而保证了孤岛检测的可靠性和有效性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于分段式无功扰动的、适用于含多个IBDG微电网的孤岛检测方法。该方法通过对IBDG无功输出附加能够自适应调整无功扰动幅值的分段无功扰动，减小了系统正常并网运行时的无功扰动，并能够根据系统频率的变化实现各个IBDG无功扰动的同步性，无需通信，简单易行。本专利技术的技术方案如下：一种适用于含多个IBDG微电网的孤岛检测方法，包括下面的步骤：第一步：进行初始化设置，设置内容包括：分段式无功扰动、分段式无功扰动的频率分界值以及分段式无功扰动切换时的启动判据，其中：分段式无功扰动共包括两段，根据扰动幅值、持续时间以及设计目标的不同，分别定义为第一段无功扰动和第二段无功扰动，第一段无功扰动为扰动幅值较小的周期性扰动，能够减小正常运行时的扰动并在孤岛发生后打破功率平衡，为转换到第二段无功扰动提供启动条件，第二段无功扰动为扰动幅值较大、持续时间较长的扰动，能够保证同步性并在孤岛发生后使得系统频率偏移出门槛值；设置49.7Hz和50.3Hz分别为[49.3Hz，50Hz)和[50Hz，50.5Hz]两个频率区间内分段无功扰动的分界值；根据孤岛发生后在第一段无功扰动的作用下可能产生的系统频率变化特征，设置3个由第一段无功扰动切换为第二段无功扰动的启动判据：根据不同IBDG的第一段无功扰动是同步的而设置的启动判据1：与t*+t**前的系统频率f相比，当前时刻的f发生变化，满足f≥50.3Hz或者f≤49.7Hz，并且满足该条件的持续时间不小于t*，其中，t*为时间整定值，t**为锁相环中频率由某一稳态值变化到另一稳态值所需要的时间；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的但是存在重叠而设置的启动判据2：其相邻的两个最大值之间的时间差等于扰动周期T，设ΔFtot.2为当前时刻的频率偏移量的绝对值的总和，如下式所示：式中，Δfn为移动数据窗ttot内第n个频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值，Ts为采样时间，N为ttot内频率值的个数；另外，ttot的取值大于t**的取值；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的并且不存在重叠而设置的启动判据3：当前时刻频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值的绝对值|Δf|大于零，并且满足下式：式中，ΔFtot.1为当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值的总和，|Δftot.2|和|Δftot.1|分别为当前时刻和当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值，其中，Δt为扰动幅值不为零的两部分矩形无功扰动的持续时间；第二步：检测系统频率以及是否满足上述的3个启动判据，并根据检测结果施加无功扰动：当3个启动判据均不满足时，在IBDG无功输出的参考值上附加第一段无功扰动；当满足任何一个第二段无功扰动的启动判据时，在IBDG无功输出的参考值上附加第二段无功扰动，并在第二段无功扰动结束后，直接切换为第一段无功扰动，直到再次满足启动判据时，才会再次启动第二段无功扰动；第三步：检测是否满足判定孤岛的判据，若满足判定孤岛的判据，则判定为孤岛运行状态，IBDG停止运行；否则返回至第二步，重复上述检测过程，其中，若IBDG整功率因数运行，判定孤岛的判据为：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；若IBDG非整功率因数运行，判定孤岛的判据有两个，只要满足下面的任何一个孤岛判据，即可判定为孤岛运行状态：孤岛判据1：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；孤岛判据2：第二段无功扰动启动后，后部分矩形无功扰动结束前t*时的频率偏移量的绝对值是前部分矩形无功扰动结束前t*时频率偏差绝对值的3倍以上，并且该状态的持续时间达到时间整定值t*。作为优选实施方式，所述的适用于含多个IBDG微电网的孤岛检测方法，其特征在于，第一段无功扰动共包括三部分，即持续时间相同但扰动幅值相差一倍的连续的两部分矩形无功扰动和扰动幅值为零的一部分，设ΔQmag1和ΔQmag2分别为这两部分矩形无功扰动的幅值，Δt为扰动幅值不为零的两部分矩形无功扰动的持续时间，T为无功扰动周期，则一个完整扰动周期内的第一段无功扰动为：ΔQmag1和ΔQmag2的取值与IBDG运行方式、IBDG有功输出以及第一段无功扰动开始时刻的系统频率等有关。其特征在于，设f为第一段无功扰动开始时刻的系统频率，若在并网模式下IBDG为整功率因数运行，则第一段无功扰动中扰动幅值不为零的两部分矩形无功扰动的幅值分别为：若在并网模式下IBDG为本地负载提供无功而非整功率因数运行，则第一段无功扰动中扰动幅值不为零的两部分矩形无功扰动的幅值分别为：式中，PDG为IBDG输出有功值，Qf为负载品质因数，根据IEEE标准其值取为2.5；另外，第一段无功扰动的扰动周期T，单位为s，应满足如下式所示条件：第二段无功扰动为无功扰动幅值不为零的矩形无功扰动，其幅值和持续时间根据IBDG运行方式的不同而不同；若IBDG整功率因数运行，则其持续时间为1.5Δt，设矩形无功扰动的幅值为ΔQmag3，则可用下式表示：若IBDG非整功率因数运行，则第二段无功扰动为持续时间均为1.5Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法，包括下面的步骤：第一步：进行初始化设置，设置内容包括：分段式无功扰动、分段式无功扰动的频率分界值以及分段式无功扰动切换时的启动判据，其中：分段式无功扰动共包括两段，根据扰动幅值、持续时间以及设计目标的不同，分别定义为第一段无功扰动和第二段无功扰动，第一段无功扰动为扰动幅值较小的周期性扰动，能够减小正常运行时的扰动并在孤岛发生后打破功率平衡，为转换到第二段无功扰动提供启动条件，第二段无功扰动为扰动幅值较大、持续时间较长的扰动，能够保证同步性并在孤岛发生后使得系统频率偏移出门槛值；设置49.7Hz和50.3Hz分别为[49.3Hz，50Hz)和[50Hz，50.5Hz]两个频率区间内分段无功扰动的分界值；根据孤岛发生后在第一段无功扰动的作用下可能产生的系统频率变化特征，设置3个由第一段无功扰动切换为第二段无功扰动的启动判据：根据不同IBDG的第一段无功扰动是同步的而设置的启动判据1：与t*+t**前的系统频率f相比，当前时刻的f发生变化，满足f≥50.3Hz或者f≤49.7Hz，并且满足该条件的持续时间不小于t*，其中，t*为持续时间整定值，t**为锁相环中频率由某一稳态值变化到另一稳态值所需要的时间；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的但是存在重叠而设置的启动判据2：设在ttot时间段内的频率偏移量的绝对值的总和为ΔFtot，其相邻的两个最大值之间的时间差等于扰动周期T，其中，ΔFtot如下式所示：ΔFtot=Σn=1N|Δfn|N=ttotTs]]>式中，Δfn为移动数据窗ttot内第n个频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值，ΔFtot为由当前时刻计起之前ttot时间内频率偏移值的绝对值的和，Ts为采样时间，N为ttot内频率值的个数。另外，ttot的取值大于t**的取值。根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的并且不存在重叠而设置的启动判据3：当前时刻频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值的绝对值|Δf|大于零，并且满足下式：ΔFtot.1=ΔFtot.2-N·|Δftot.22|Δftot.2|=2·|Δftot.1|]]>式中，ΔFtot2和ΔFtot1分别为当前时刻和当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值的总和，|Δftot.2|和|Δftot.1|分别为当前时刻和当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值。第二步：检测系统频率以及是否满足上述的3个启动判据，并根据检测结果施加无功扰动：当3个启动判据均不满足时，在IBDG无功输出的参考值上附加第一段无功扰动；当满足任何一个第二段无功扰动的启动判据时，在IBDG无功输出的参考值上附加第二段无功扰动，并在第二段无功扰动结束后，直接切换为第一段无功扰动，直到再次满足启动判据时，才会再次启动第二段无功扰动。第三步：检测是否满足判定孤岛的判据，若满足判定孤岛的判据，则判定为孤岛运行状态，IBDG停止运行；否则返回至第二步，重复上述检测过程，其中，若IBDG整功率因数运行，判定孤岛的判据为：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；若IBDG非整功率因数运行，判定孤岛的判据有两个，只要满足下面的任何一个孤岛判据，即可判定为孤岛运行状态：孤岛判据1：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；孤岛判据2：第二段无功扰动启动后，后部分矩形无功扰动结束前t*时的频率偏移量的绝对值是前部分矩形无功扰动结束前t*时频率偏差绝对值的3倍以上，并且该状态的持续时间达到时间整定值t*。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法，包括下面的步骤：第一步：进行初始化设置，设置内容包括：分段式无功扰动、分段式无功扰动的频率分界值以及分段式无功扰动切换时的启动判据，其中：分段式无功扰动共包括两段，根据扰动幅值、持续时间以及设计目标的不同，分别定义为第一段无功扰动和第二段无功扰动，第一段无功扰动为扰动幅值较小的周期性扰动，能够减小正常运行时的扰动并在孤岛发生后打破功率平衡，为转换到第二段无功扰动提供启动条件，第二段无功扰动为扰动幅值较大、持续时间较长的扰动，能够保证同步性并在孤岛发生后使得系统频率偏移出门槛值；设置49.7Hz和50.3Hz分别为[49.3Hz，50Hz)和[50Hz，50.5Hz]两个频率区间内分段无功扰动的分界值；根据孤岛发生后在第一段无功扰动的作用下可能产生的系统频率变化特征，设置3个由第一段无功扰动切换为第二段无功扰动的启动判据：根据不同IBDG的第一段无功扰动是同步的而设置的启动判据1：与t*+t**前的系统频率f相比，当前时刻的f发生变化，满足f≥50.3Hz或者f≤49.7Hz，并且满足该条件的持续时间不小于t*，其中，t*为时间整定值，t**为锁相环中频率由某一稳态值变化到另一稳态值所需要的时间；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的但是存在重叠而设置的启动判据2：其相邻的两个最大值之间的时间差等于扰动周期T，设ΔFtot.2为当前时刻的频率偏移量的绝对值的总和，如下式所示：式中，Δfn为移动数据窗ttot内第n个频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值，Ts为采样时间，N为ttot内频率值的个数；另外，ttot的取值大于t**的取值；根据不同IBDG的第一段无功扰动不是同步的并且不存在重叠而设置的启动判据3：当前时刻频率瞬时值和额定值之间的频率偏移值的绝对值|Δf|大于零，并且满足下式：式中，ΔFtot.1为当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值的总和，|Δftot.2|和|Δftot.1|分别为当前时刻和当前时刻之前Δt时的频率偏移量的绝对值，其中，Δt为扰动幅值不为零的两部分矩形无功扰动的持续时间；第二步：检测系统频率以及是否满足上述的3个启动判据，并根据检测结果施加无功扰动：当3个启动判据均不满足时，在IBDG无功输出的参考值上附加第一段无功扰动；当满足任何一个第二段无功扰动的启动判据时，在IBDG无功输出的参考值上附加第二段无功扰动，并在第二段无功扰动结束后，直接切换为第一段无功扰动，直到再次满足启动判据时，才会再次启动第二段无功扰动；第三步：检测是否满足判定孤岛的判据，若满足判定孤岛的判据，则判定为孤岛运行状态，IBDG停止运行；否则返回至第二步，重复上述检测过程，其中，若IBDG整功率因数运行，判定孤岛的判据为：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；若IBDG非整功率因数运行，判定孤岛的判据有两个，只要满足下面的任何一个孤岛判据，即可判定为孤岛运行状态：孤岛判据1：系统频率超出门槛值，并且持续时间达到时间整定值t*；孤岛判据2：第二段无功扰动启动后，后部分矩形无功扰动结束前t*时的频率偏移量的绝对值是前部分矩形无功扰动结束前t*时频率偏差绝对值的3倍以上，并且该状态的持续时间达到时间整定值t*。2.根据权利要求1所述的适用于含多个逆变型分布式电源微电网的孤岛检测方法，其特征在于，第一段无功扰动共包括三部分，即持续时间相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，陈晓龙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12