本发明专利技术涉及通过使用由多个逆变器进行受控无功功率注入检测孤岛的方法和区域电力系统。区域电力系统(32；32′；32″；32”’)包括：多个直流电源(34)；与所述多个直流电源可操作地关联的多个逆变器(36)。所述多个逆变器的每个逆变器构造(58)成提供有功功率以及受控无功功率注入以检测孤岛。输出(38)由所述多个逆变器供电。多个电气开关装置(48)构造成将所述多个逆变器电气连接到市电网(42)以及将所述多个逆变器从市电网(42)电气断开。多个设备(44；46)构造成响应于输出的交流频率或电压的多个变化而检测相对于市电网的孤岛。
【技术实现步骤摘要】
所公开的构思一般涉及检测孤岛(islanding)的方法，尤其涉及对于区域电力系统(area electric power system)检测孤岛的方法。所公开的构思还涉及提供反孤岛功能的区域电力系统。
技术介绍
在市电系统中，电网断电情况可以导致包括电负荷以及发电源的“孤岛”的产生。 这种孤岛是不希望出现的，并且，在多个发电源和负荷在配电馈线上并存的分布式发电系统中是特别担心的。例如，这种孤岛可导致异常电压或频率被提供给负荷。此外，通过反馈， 这种孤岛可以对上游电力电路的工人产生安全危险。当逆变器电气连接到市电网时，必须使得逆变器频率和电压幅值与电网的相匹配。逆变器将电网用作其基准，并产生与电网同步的输出电压。如果电网变为断开，那么逆变器不会发现频率或电压中的任何改变，并且如果逆变器的输出功率与电网上的本地负荷要求匹配的话将继续供电。这种情况被称为孤岛，其可具有实质上的安全以及性能含义。在图1中，当断路器(CB)2在流进电网4中的零电流的情况下开路时，电气孤岛6 形成，包括光伏(PV)逆变器8和本地负荷10。例如，孤岛导致在由于缺少市电控制的孤岛期间提供给用户(例如，本地负荷10) 的电力质量下降。未受控的频率和/或电压漂移可损坏用户设备。此外，如果电网断开是系统中的暂态故障的结果，中断装置将在几个周期(例如，典型地，大约12到15个周期) 后试图重新闭合电网连接。重合闸可潜在地毁坏逆变器8，这是因为孤岛6中的电压不是必然与电网(例如，市电网4)同步。当电网被重新连接时，电网电压可具有相对于孤岛电压 12不同的相角。这可导致出现能够毁坏逆变器8的相对较大的过电流，其已经出现在系统中并且已经被负荷10孤岛化。为了解决这些关注的问题，已经对市电互连逆变器建立了 IEEE巧47(用于将分布式电源与电力系统互连的标准)。这个标准由安全检测实验室(Underwriters Laboratories)作为UL1741 (分布式能源所用的逆变器，变换器，控制器以及互连系统设备)采用。在解决孤岛问题时，这些标准要求逆变器能通过采用与标准所定义的负荷并联连接的谐振电路而在规定时间内检测电网丧失并断开。参考图2，示出了用以验证常规的电网连接逆变器16的反孤岛控制功能的IEEE测试(谐振)电路14。测试逆变器16与谐振电路14电气连接，谐振电路14包括无功部件 18、20，其大小为断路器或中断器22断开时形成的孤岛中的负荷21 (K)的250% (K*2. 5) 0 当逆变器16的反孤岛控制功能停用时，逆变器16和无功部件18、20的输出被调谐以形成例如60Hz的孤岛。在反孤岛测试过程中，市电端断路器或者中断器22断开，断开逆变器接触器M并且停止向负荷21供电的时刻被计时。如果在断开断路器或者中断器22的两秒内停止功率输出，那么，逆变器16满足IEEE 1547.在电网断电之后，谐振电路14将不允许逆变器16的输出电压和频率偏移。因此，逆变器16必须具有恰当的反孤岛控制功能，以检测孤岛情况。已经知道，电网具有特定的阻抗，通过注入与电网频率不同的信号到电网互连点中并且通过查找该信号的丧失，可以检测出孤岛情况。例如，美国专利No. 6，603，290公开了检测在分布式发电源到电力系统或者市电网的电气连接中的孤岛情况的出现。将电压或电流信号注入到系统中，确定所得的系统阻抗。所得的结果用作孤岛情况的指示。IEEE 1547没有触及近些年来的常见情况如图3所示，在发电场地，多个逆变器 26,28,30电气连接到市电网32。然而，每个逆变器沈、28、30能够影响其他逆变器的孤岛检测，这将负面地影响到反孤岛控制功能的运行和相关的安全性。已知的常规逆变器通常通过确保注入到电网中的无功功率在所有的逆变器输出功率等级上为零而以1.0的功率因数运行。当功率因数对于为一的功率因数受到调节时， 谐振电路14(图2)的谐振状态在孤岛情况下不受打扰。此外，由于IEEE 1547的跳闸时间要求是从市电网丧失开始的两秒，负荷可能在反孤岛控制功能正在确定该状态的同时经历相对很差质量的供电。换句话说，异常的负荷状态不受控制。
技术实现思路
这些需求和其他需求通过所公开构思的实施例来满足，其提供了一种方法，该方法通过使用多个逆变器中的每个逆变器的受控无功功率注入来响应于电网断电在孤岛中产生安全的异常状态。例如，通过采用外部且独立的保护继电器来检测多个异常状态(例如，频率跳闸设定值；电压跳闸设定值)并做出响应地断开所述多个逆变器，所公开的构思可解决负荷质量性能问题。例如但并不限制于，安全的异常状态可通过在电网断电的过程中限制和控制逆变器输出频率到59Hz来形成，或者通过限制和控制逆变器输出电压不超过标称额定电压的110%而形成。例如，这种安全的异常状态可通过采用外部保护继电器检测低频 (under-frequency)而进行检测，其中，低频指示孤岛的出现。例如，除通过逆变器控制器检测频率偏移之外，通过采用保护继电器内的一个以上的参数(例如但不限于，低频；过频(over-frequency)，欠压，过压)，可改进该检测。例如，在线路电感相对较高且谐振状态不存在的位置，电容性无功电流(即，超前电压)的注入将导致过压状态的出现，保护继电器将能够检测该异常状态。根据所公开构思的一个方面，一种检测孤岛的方法用于区域电力系统，区域电力系统包含输出包括电压和频率的交流电压的多个逆变器。该方法包含采用所述多个逆变器的受控无功功率注入；响应于所述多个逆变器输出的交流电压的电压和频率的多个变化，检测孤岛。该方法还可进一步包括通过检测由所述多个逆变器输出的交流电压的低频状态、过频状态、欠压状态和过压状态中的若干个，提供这种孤岛检测。该方法可通过所述多个逆变器外部的保护继电器来提供这种孤岛检测。该方法可通过采用多个逆变器控制器来测量所述多个逆变器中的每个逆变器的逆变器功率因数偏移而单独地检测孤岛。该方法还可包括，通过由所述多个逆变器中一个逆变器的逆变器控制器检测所述多个逆变器输出的交流电压的低频状态或过频状态，独立地检测孤岛。该方法可在所述多个逆变器中的一个逆变器的逆变器控制器之外提供这种孤岛检测。该方法还包括通过采用保护继电器来检测由所述多个逆变器输出的交流电压的异常电压状态或异常频率状态来提供这种孤岛检测；做出响应地采用保护继电器来断开电路断续器。该方法可通过采用所述多个逆变器的一个逆变器的逆变器控制器检测异常频率状态而独立地检测孤岛。该方法还可包括将所述多个逆变器从并网运行模式切换至故意的孤岛运行模式。作为所公开构思的另一方面，一种区域电力系统包括多个直流电源；与所述多个直流电源可操作地关联的多个逆变器，所述多个逆变器的每个逆变器被构造成提供有功功率和受控无功功率注入，以检测孤岛；由所述多个逆变器供电的输出；多个电气开关装置，其被构造成将所述多个逆变器电气连接到市电网或者将所述多个逆变器从市电网断开；以及被构造成响应于该输出的交流频率或电压的若干个变化而检测相对于市电网的孤岛的多个设备。所述多个设备中的一个可以是所述多个逆变器外部的保护继电器。交流频率或电压的所述若干个变化可选自输出的低频状态、过频状态、欠压状态以及过压状态。所述多个设备可以是所述多个逆变器中的一个逆本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种检测区域电力系统（３２）的孤岛的方法，该区域电力系统包括输出交流电压的多个逆变器（３６），该交流电压包括电压和频率，该方法包括：通过所述多个逆变器，使用受控无功功率注入（５８）；以及响应于由所述多个逆变器输出的交流电压的电压和频率中的多个变化来检测（４４；４６）孤岛。
【技术特征摘要】
2009.11.13 US 12/617,9941.一种检测区域电力系统(32)的孤岛的方法，该区域电力系统包括输出交流电压的多个逆变器(36)，该交流电压包括电压和频率，该方法包括通过所述多个逆变器，使用受控无功功率注入(58)；以及响应于由所述多个逆变器输出的交流电压的电压和频率中的多个变化来检测 46)孤岛。2.根据权利要求1的方法，还包括通过检测由所述多个逆变器输出的交流电压的低频状态、过频状态、欠压状态以及过压状态中的若干个来提供所述的孤岛检测。3.根据权利要求1的方法，还包括通过所述多个逆变器外部的保护继电器G4)来提供所述的孤岛检测。4.根据权利要求3的方法，还包括通过用多个逆变器控制器G6)测量所述多个逆变器中的每个逆变器的逆变器功率因数偏差，独立地检测孤岛。5.根据权利要求3的方法，还包括通过由所述多个逆变器中的一个逆变器的逆变器控制器G6)检测由所述多个逆变器输出的交流电压的低频状态或过频状态，独立地检测孤岛。6.根据权利要求1的方法，还包括在所述多个逆变器中的一个逆变器的逆变器控制器外部，提供G4)所述的孤岛检测。7.根据权利要求1的方法，还包括将太阳能转换场或风能转换场(32' ；32)用作所述区域电力系统。8.根据权利要求1的方法，还包括 将一个逆变器(36)用作所述多个逆变器。9.根据权利要求1的方法，还包括将电气连接在公共变压器(62)上的多个逆变器(36')用作所述多个逆变器。10.根据权利要求9的方法，还包括将太阳能转换场或风能转换场(32)用作所述区域电力系统。11.根据权利要求1的方法，还包括通过用保护继电器G4)检测由所述多个逆变器输出的交流电压的异常电压状态或异常频率状态，提供所述孤岛检测；以及由所述保护继电器作为响应地断开电路断续器G8)。12.根据权利要求11的方法，还包括通过用所述多个逆变器中的一个逆变器的逆变器控制器G6)检测异常频率状态，独立地检测孤岛。13.根据权利要求1的方法，还包括在所述多个逆变器的额定功率等级的全部范围上，使用所述孤岛检测G6)。14.根据权利要求1的方法，还包括将包括多个光伏电源(34)、所述多个逆变器(36)以及本地负荷(7 的区域电力系统(32”’ )用作所述区域电力系统。15.根据权利要求1的方法，还包括将所述多个逆变器从并网运行模式切换)到故意的孤岛运行模式。16.根据权利要求1的方法，还包括作为所述使用受控无功功率注入，控制(58)所述多个逆变器以在市电网连接处...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·布哈瓦拉珠，R·P·佩普林斯基，A·普拉萨，U·穆哈斯卡尔，
申请(专利权)人：伊顿公司，
类型：发明
国别省市：US
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