基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术属于信号处理技术与含分布式电源的配电网系统故障诊断相结合的技术领域，具体涉及基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法及系统。本发明专利技术基于同步相量测量装置(PMU)，利用PMU测得配电网系统侧和微电网接入端的相角数据，通过全相位时移相位差法(APFFT)计算两节点之间的相角差，判断相角差是否超过设定阈值来进行孤岛检测。相较于其他相位计算方法，APFFT可有效抑制频谱泄露、改善信号采样数据因为截断而产生误差，具有计算速度快、相位差精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法及系统
本专利技术属于信号处理技术与含分布式电源的配电网系统故障诊断相结合的
，具体涉及基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法及系统。
技术介绍
为应对能源危机和环境污染的双重挑战，传统的基于化石能源的大电网也在寻求转变，逐步进入“大电网+互联网”的新时代，这种全新的格局以大电网系统作为核心网络，实现能源网与信息网的深度融合，最终构建能源互联网。在能源互联网构建过程中，需要大力发展清洁能源，充分利用可再生能源，发展分布式发电(DistributedGeneration，DG)，实现“以电代煤、以电代油”的电能清洁替代。虽然分布式发电系统优点突出，但是大规模大容量地分散接入会给配电网的稳定运行带来新的影响，例如电压波动、频率波动、潮流方向多变、孤岛效应等问题，其中，电力系统的非计划性孤岛运行是较为突出的问题。非计划性孤岛将会对电网以及本地用户带来安全隐患，因此必须设计合理有效的控制策略以检测孤岛，尽可能的缩短孤岛运行的持续时间，维护电力系统的安全运行，保证用户的用电质量。以分布式光伏并网发电系统为例，其主要结构可分为三大部分：分布式电源、本地负载以及主电网。其中分布式电源侧主要由光伏阵列和并网逆变器组成，主要功能是将太阳能转换为交流电并提供给负载或馈入主电网，而本地负载通常用并联的RLC负载表示。当主电网因供电故障、停电维修或事故导致供电中断时，分布式电源侧没有能够及时准确地检测出供电中断状态，从而未能将逆变器输出端与主电网切离，导致并网逆变器继续向本地并联RLC负载供电，形成一组不受主电网指令控制的孤岛运行系统。由于孤岛系统的运行状态不受公共电网的控制，因此可能会导致非常严重的后果。当逆变器处于非计划性孤岛运行状态时，会对电力系统造成以下危害：①当分布式系统中发生孤岛现象后，主电网因供电中断而失去对逆变器输出电压和频率的钳位，使得电压和频率会超出允许的范围，导致系统失稳，从而导致用电设备的损坏；②当公共电网恢复供电时，孤岛系统中并网逆变器与公共电网之间的电压、电流的幅值或相位会形成不同步现象，产生过大的冲击电流影响光伏系统的安全稳定运行，甚至会引起系统二次跳闸，进一步损坏用电设备；③当孤岛效应发生时，分布式电源侧并未及时检测出孤岛状态并与公共电网切离，有可能会给线路维修人员的人身安全带来威胁，导致触电伤亡的危险；④若分布式发电系统为单相发电系统且本地负载为三相负载时，孤岛效应的发生会导致三相本地负载的缺相供电，影响系统的稳定性。鉴于非计划孤岛给用户设备、检修人员、保护装置等可能带来的安全隐患，微电网系统孤岛检测就具有十分紧迫的现实意义，需要快速准确地检测出孤岛状态，并作出响应。
技术实现思路
本专利技术提供了基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法及系统。本专利技术基于同步相量测量装置(PMU)，利用PMU测得配电网系统侧和微电网接入端的相角数据，通过全相位时移相位差法(APFFT)计算两节点之间的相角差，判断相角差是否超过设定阈值来进行孤岛检测。本专利技术的目的之一是提供基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法，包括以下步骤：S1、对同步相量测量装置原始数据初始化；S2、利用同步相量测量装置检测配电网系统侧和微电网接入端的相角数据；S3、通过全相位时移相位差法计算两节点之间的相角差；S4、判断相角差是否超过设定阈值；S5、根据阈值判断系统是否处于非计划孤岛故障运行状态。所述步骤S3中，全相位时移相位差法计算两节点之间的相角差方式为：信号为单频复指数序列，如式(1)所示，式中：A为幅值，ω0＝2πf0/N为角频率，θ0为初相位；对序列x(n)进行双窗APFFT谱分析，得到的离散谱表达式为：式中：Δw＝2π/N，k*为峰值谱线，δ为频偏量；幅值校正公式如式(3)所示，式中：Y(k*)为APFFT谱分析后所得离散谱的峰值谱线幅值；Fg(δ)为APFFT谱分析中选用的窗函数的幅值谱；峰值谱线k*处的相位值为：式(2)延时L后变为：n∈[-N+1,N-1],其峰值谱线k*处相位值为：取式(4)和式(5)的差值，可得相位差：所述孤岛故障系统电压、电流之间满足条件为：所述步骤S4中，判断相角差是否超过设定阈值的判定方程为：|ΔθDS|＝|θDG(t)-θS(t)|＞θlim(9)式中ΔθDS为配电网系统侧与微电网接入端之间相角差；θDG(t)为微电网接入端实时相角；θS(t)配电网系统侧实时相角；θlim为设定相角阈值。所述步骤S4中，判断相角差是否超过设定阈值过程中，在相角差未超过设定阈值的情况下，操作步骤重新移至步骤S2，直至满足判定条件，程序结束。本专利技术的另一目的是提供基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断系统，所述配电网线路侧和微电网侧分别接入同步相量测量装置，两个同步相量测量装置之间由通讯网联结，所述配电网线路和微电网导线连通。所述同步相量测量装置测得配电网系统侧与微电网接入端处的相角数据，计算相角差。本专利技术的有益效果为：相较于其他相位计算方法，APFFT可有效抑制频谱泄露、改善信号采样数据因为截断而产生误差，具有计算速度快、相位差精度高的特点。附图说明图1是基于PMU的分布式电源接入配电网典型结构图；图2是输电线路结构等效图；图3是输电线路电压偏移量图；图4是孤岛故障等效电路图；图5是孤岛系统故障相量图；图6是基于PMU的孤岛检测流程图。具体实施方式下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本专利技术的技术方案：实施例1本专利技术的目的是建立基于PMU测量电压相角差对含分布式电源的配电网进行实时的孤岛检测的模型。主要思想是基于同步相量测量装置(PMU)，利用PMU测得配电网系统侧和微电网接入端的相角数据，通过全相位时移相位差法(APFFT)计算两节点之间的相角差，判断相角差是否超过设定阈值来进行孤岛检测。所述的同步相量测量装置是利用全球定位系统(GPS)秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元。基于GPS时钟的PMU能够测量电力系统枢纽点的电压相位、电流相位等相量数据，通过通信网把数据传到监测主站，监测主站根据不同点的相位幅度，在遭到系统扰动时确定系统如何解列、切机及切负荷，防止事故的进一步扩大甚至电网崩溃。根据功能要求PMU应包括同步采样触发脉冲的发生模块、同步相量的测量计算模块和通信模块。本专利技术是将PMU接入到配电网系统侧和微电网接入侧，通过全相位FFT(APFFT)对两侧系统的电压相位进行测量。所述的APFFT不仅能反映频率特性，而且能反映出信号的相位和振幅特性。另外，截断不会引发频谱泄露，影响FFT频谱分析的质量，因此APFFT有更高的校正精度，能够更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对同步相量测量装置原始数据初始化；/nS2、利用同步相量测量装置检测配电网系统侧和微电网接入端的相角数据；/nS3、通过全相位时移相位差法计算两节点之间的相角差；/nS4、判断相角差是否超过设定阈值；/nS5、根据阈值判断系统是否处于非计划孤岛故障运行状态。/n

【技术特征摘要】
1.基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对同步相量测量装置原始数据初始化；
S2、利用同步相量测量装置检测配电网系统侧和微电网接入端的相角数据；
S3、通过全相位时移相位差法计算两节点之间的相角差；
S4、判断相角差是否超过设定阈值；
S5、根据阈值判断系统是否处于非计划孤岛故障运行状态。


2.根据权利要求1所述的基于改进节点相角差计算方法的孤岛故障诊断方法，其特征在于：所述步骤S3中，全相位时移相位差法计算两节点之间的相角差方式为：信号为单频复指数序列，如式(1)所示，



式中：A为幅值，ω0＝2πf0/N为角频率，θ0为初相位；
对序列x(n)进行双窗APFFT谱分析，得到的离散谱表达式为：



式中：Δw＝2π/N，k*为峰值谱线，δ为频偏量；
幅值校正公式如式(3)所示，



式中：Y(k*)为APFFT谱分析后所得离散谱的峰值谱线幅值；Fg(δ)为APFFT谱分析中选用的窗函数的幅值谱；
峰值谱线k*处的相位值为：



式(2)延时L后变为：n∈[-N+1,N-1],其峰值谱线k*处相位值为：



取式(4)和式(5)的差值，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：拜润卿，郑晶晶，李志新，王伟，杨勇，张建华，彭飞云，张刚，解佗，马瑞东，马镇东，聂楚滢，张继蕊，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司电力科学研究院，国网甘肃省电力公司，国家电网有限公司，国网甘肃综合能源服务有限公司，西安理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62