一种防孤岛控制智能电能表及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种防孤岛控制智能电能表及其控制方法，该智能电能表包括电能表本体，电能表本体内部设置有计量数据单元，以用于采集电压、电流数据并进行处理得到计量数据，电能表本体通过一外置开关与电网连接，电能表本体内部还设置有防孤岛检测单元以及开关控制单元，防孤岛检测单元通过开关控制单元与外置开关连接，防孤岛检测单元用于采集计量数据单元输出的周波数据，并根据周波数据进行孤岛判断，当判断到处于孤岛状态时，驱动开关控制单元产生控制信号以控制所述外置开关分闸，周波数据包括原始采样数据以及单周波电压、频率数据。本发明专利技术具有结构简单、成本低、安全可靠性高、盲区以及对电能质量影响小等优点。盲区以及对电能质量影响小等优点。盲区以及对电能质量影响小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种防孤岛控制智能电能表及其控制方法


[0001]本专利技术涉及光伏并网发电系统
，尤其涉及一种防孤岛控制智能电能表及其控制方法。

技术介绍

[0002]光伏并网发电系统可以将太阳能电池阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅、同频、同相的交流电，并实现与电网连接并向电网输送电能。但是当电网由于电气故障或自然因素等原因中断供电时，光伏并网发电系统仍然向周围的负载供电，会形成一个无法控制的自给供电孤岛。孤岛是光伏并网发电系统中不可避免的现象且危害较大，当光伏侧或者电网侧任何一侧出现频率、电压或者过载运行时会给两侧主设备造成冲击，因而准确及时地检测出孤岛效应是光伏并网发电系统设计中的一个关键性问题。
[0003]现有技术中光伏发电系统防孤岛主要可以分为三大类:外部孤岛检测、主动孤岛检测和被动孤岛检测，其中主动孤岛检测和被动孤岛检测均属于内部孤岛检测方式，主动孤岛检测是对电网施加扰动，成本低且可以有效减小盲区，但是扰动会导致电能质量降低，且扰动力度较难以精准控制，如果扰动力度太小，则检测速度慢、盲区大，而扰动力度大又会造成电能质量差，对电网的谐波污染较严重，降低功率因数影响输出效率等，还可能导致系统不能正常工作。被动孤岛检测不影响电能质量且成本较低，但是盲区太大，尤其是当负载和Pv的有功、无功接近或者匹配时，系统参数变化很小，此时被动检测法失效。外部检测法可靠性高、盲区很小，但是安装与使用过程较为繁琐，且成本较高，不适用于中小型发电系统。
[0004]为实现孤岛防护，现有技术中通常都是在大中型光伏电站在并网点为光伏逆变器装设专门的防孤岛装置，当光伏本侧或者电网侧中任何一侧失电时，防孤岛保护装置迅速向并网开关发出命令控制跳闸。对于分布式光伏电站，由于安装容量比较小且是低压并网，为了保证电网的安全，通常也需要加装专门的防孤岛保护装置。但是专门的光伏逆变器防孤岛装置价格昂贵、成本，且安装、拆卸均不方便。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单、成本低、安全可靠性高、盲区以及对电能质量影响小的防孤岛控制智能电能表及其控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种防孤岛控制智能电能表，包括电能表本体，所述电能表本体内部设置有计量数据单元，以用于采集电压、电流数据并进行处理得到计量数据，所述电能表本体外部通过一外置开关与电网连接，所述电能表本体内部还设置有防孤岛检测单元以及开关控制单元，所述防孤岛检测单元通过所述开关控制单元与所述外置开关连接，所述防孤岛检测单元用于采集所述计量数据单元输出的周波数据，并根据所述周波数据进行孤岛判断，当判
断到处于孤岛状态时，驱动所述开关控制单元产生控制信号以控制所述外置开关分闸，所述周波数据包括原始采样数据以及单周波电压、频率数据。
[0008]进一步的，所述防孤岛检测单元包括依次连接的超限判断子单元、统计子单元以及孤岛判断单元，所述超限判断子单元用于按照指定频率获取当前电能数据的频率值和电压值，并判断获取的频率值和电压值的摆动范围是否超过对应预设阈值或摆动超过对应的预设范围，如果是则判断为超限；所述统计子单元用于统计所述超限判断子单元判断为超限的数量；所述孤岛判断单元用于接收所述统计子单元的统计数据，当电压值、频率值超限的个数超过预设值时判定处于孤岛状态，发送驱动信号给所述开关控制单元。
[0009]进一步的，还包括与所述防孤岛检测单元连接的防孤岛频率计算单元，以用于当判断到处于孤岛状态时根据连续两次过零点的间隔时间计算出电压频率，以得到防孤岛产生对应的频率。
[0010]进一步的，所述防孤岛检测单元还用于根据所述周波数据进行电能质量，以监测电能质量状态。
[0011]进一步的，还包括与防孤岛检测单元连接的所述数据管理单元，用于管理所述计量数据单元输出的数据，以及在电能质量越限和/或判断到处于孤岛状态时上报对应的事件信息。
[0012]一种上述防孤岛控制智能电能表的控制方法，步骤包括：
[0013]S01.所述计量数据单元实时采集逆变器输出端的电压、电流数据；
[0014]S02.按照指定频率获取所述计量数据单元输出的周波数据，根据获取的所述周波数据进行孤岛判断，所述周波数据包括原始采样数据以及单周波电压、频率数据；
[0015]S03.当判断到处于孤岛状态时，驱动所述开关控制单元产生控制信号以控制所述外置开关分闸，断开智能电能表的连接。
[0016]进一步的，所述步骤S02包括：
[0017]S201.按照指定频率获取当前电能数据的频率值和电压值，并判断获取的频率值和电压值的摆动范围是否超过对应预设阈值或摆动超过对应的预设范围，如果是则判断为超限；
[0018]S202.统计电压值、频率值判断为超限的数量，当电压值或者频率值超限的个数超过预设值时初步判定处于孤岛状态。
[0019]进一步的，所述步骤S02中当判断到处于孤岛状态时，还包括根据所述连续两次过零点的间隔时间t
s
计算得到对应的电压频率f。
[0020]进一步的，所述计算连续两次过零点的间隔时间t
s
中，通过实时比对当前采样点数据的符号与上一个采样点数据的符号位，当符号位发生改变时判定发生了过零，确定出所述过零点。
[0021]进一步的，所述根据所述连续两次过零点的间隔时间t
s
计算得到对应的电压频率f的步骤包括：
[0022]获取采集到的半周波数据，计算正向过零点与s1之间时间t0：
[0023][0024]其中，t0为正向过零点与s1之间时间，s1为正向过零点后的第一个点，amp0为s0的
幅值，s0为正向过零点前最后一个点，amp1为s1的幅值，s为采样率；
[0025]计算s2与负向过零点之间时间t1：
[0026][0027]其中，t1为负向过零点与s2之间时间，s2为负向过零点前最后一个点，amp2为s2的幅值，amp3为s3的幅值，s3为负向过零点后第一个点；
[0028]计算s1与s2之间时间：
[0029][0030]其中，n为s1和s2之间的采样点数；
[0031]计算连续两次过零点的间隔时间t
s
：t
s
＝t0+t1+t2；
[0032]计算所述电压频率f：f＝1/2/ts。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0034]1、本专利技术通过在智能电能表中加设防孤岛检测单元以及开关控制单元，在智能电能表获取计量数据的过程中进行孤岛判断，在判断到处于孤岛状态时控制断开电能表外部的外置开关，使得智能电能表在电能计量的基础上能够具备孤岛防护功能，不仅安装方便、成本低，无需使用专门的防孤岛设备，且利用智能电能表的计量数据进行孤岛判断，还能够有效提高孤岛判断的精度以及效率，大大减少盲区，且不会对电能质量造成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防孤岛控制智能电能表，包括电能表本体，所述电能表本体内部设置有计量数据单元，以用于采集电压、电流数据并进行处理得到计量数据，其特征在于，所述电能表本体外部通过一外置开关与电网连接，所述电能表本体内部还设置有防孤岛检测单元以及开关控制单元，所述防孤岛检测单元通过所述开关控制单元与所述外置开关连接，所述防孤岛检测单元用于采集所述计量数据单元输出的周波数据，并根据所述周波数据进行孤岛判断，当判断到处于孤岛状态时，驱动所述开关控制单元产生控制信号以控制所述外置开关分闸，所述周波数据包括原始采样数据以及单周波电压、频率数据。2.根据权利要求1所述的防孤岛控制智能电能表，其特征在于，所述防孤岛检测单元包括依次连接的超限判断子单元、统计子单元以及孤岛判断单元，所述超限判断子单元用于按照指定频率获取当前电能数据的频率值和电压值，并判断获取的频率值和电压值的摆动范围是否超过对应预设阈值或摆动超过对应的预设范围，如果是则判断为超限；所述统计子单元用于统计所述超限判断子单元判断为超限的数量；所述孤岛判断单元用于接收所述统计子单元的统计数据，当电压值、频率值超限的个数超过预设值时判定处于孤岛状态，发送驱动信号给所述开关控制单元。3.根据权利要求1所述的防孤岛控制智能电能表，其特征在于，还包括与所述防孤岛检测单元连接的防孤岛频率计算单元，以用于当判断到处于孤岛状态时根据连续两次过零点的间隔时间计算出电压频率，以得到防孤岛产生对应的频率。4.根据权利要求1所述的防孤岛控制智能电能表，其特征在于，所述防孤岛检测单元还用于根据所述周波数据进行电能质量，以监测电能质量状态。5.根据权利要求1所述的防孤岛控制智能电能表，其特征在于，还包括与防孤岛检测单元连接的所述数据管理单元，用于管理所述计量数据单元输出的数据，以及在电能质量越限和/或判断到处于孤岛状态时上报对应的事件信息。6.一种权利要求1～5中任意一项所述的防孤岛控制智能电能表的控制方法，其特征在于，步骤包括：S01.所述计量数据单元实时采集逆变器输出端的电压、电流数据；S02.按照指定频率获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺星，黄瑞，肖宇，苏玉萍，陈浩，刘谋海，曾文伟，申丽曼，吴聪，苏志鹏，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司供电服务中心计量中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：