[发明专利]一种延时触发的无功功率扰动孤岛检测方法

说明书

本发明提出了一种延时触发的无功功率扰动法，适用于并网光伏发电系统的孤岛检测技术。该方法以总谐波畸变率(THD)突变为触发条件，以并网系统公共耦合点(PCC)的频率变化为孤岛判据，在THD突变后延时一段时间再注入扰动电流以实现主动式孤岛检测。本发明还给出延时时长整定值的计算公式，可以有效识别孤岛现象，并解决了在传统的无功功率扰动法中扰动偏移量与负载偏移量相抵消这一难题。

技术领域

本发明涉及一种延时触发的无功功率扰动孤岛检测方法，属于新能源领域中的故障检测技术。

背景技术

近年来，随着新能源发电技术的迅猛发展，光伏发电(PV)系统的并网规模越来越大，这对电网运行的可靠性和安全性提出了新的要求。并网逆变器在工作时对并网点的电流和电压进行实时测量，除了检测常规故障外，还需要考虑一种特殊的运行状态，即孤岛现象。按照IEEE Std.929(参考文献[1]：IEEE-SA Standards Board.IEEE Standard 929—2000 IEEE recommended practice for utility interface of photovoltaic(PV)systems[S].2005.)对孤岛的定义，孤岛现象是指当电网由于发生故障或停电检修等原因中断供电时，分布在各处的并网发电系统未能检测出电网断电，继续保持向周围的负载供电，从而形成一个由并网发电系统与负载组成的自给供电孤岛。孤岛的产生会使电压和频率失去控制，严重时可能引起电气设备的损坏、电网重合闸失败，甚至危害检修人员的生命安全，因此，研究孤岛现象的检测和防护具有重要意义。

现有文献中的PV系统孤岛检测方法主要分为两大类，即外部检测法和内部检测法。其中外部检测法也称电网端检测法，是指在电网端通过监视开关状态或者投切负荷的方式，来判断是否发生孤岛，主要包括电力载波通讯法、电抗插入法和配电自动化检测法三种。由于经济成本过高以及其他一些缺陷，外部检测法往往很少被各类分布式发电站采用。内部检测法又分为内部无源检测法和内部有源检测法。内部无源检测法又称被动检测法，它通过检测孤岛现象发生前后公共耦合点(PCC)电压、频率、相位和谐波等电气量的变化来判断是否发生孤岛。这类方法原理简单、成本较低，但其精度受门槛值设定的影响较大，常存在较大的检测盲区。内部有源检测法又称主动检测法，它通过有意地向PV系统中引入扰动信号来监控系统中电压、频率以及阻抗的相应变化，以此来判断是否发生孤岛。相比于被动检测法，主动检测法能够有效减小或消除孤岛检测所存在的盲区问题，但是扰动量的引入也会在一定程度上降低电能质量。

无功功率扰动法是主动检测法的一种，它通过注入无功功率干扰分量使PCC点频率或电压的变化超过正常工作范围，以此来实现孤岛检测。图1是典型的PV系统并网模型，负荷类型为恒阻抗负荷，按照IEEE Std.1547.1(参考文献[2]：IEEE-SA StandardsBoard.IEEE Standard 1547.1—2005 IEEE standard conformance test proceduresfor equipment interconnecting distributed resources with electric powersystems[S].2005.)的要求使用RLC并联负载。正常运行时，PV并网系统中PCC点的频率f受到主电网的钳制作用，始终稳定在50Hz左右，即不受输出功率变化的影响；当系统处于孤岛状态时，并网变压器低压侧断路器断开，f的值由i_q/i_d决定，且随着i_q/i_d的变化而变化。通常恒电流控制的并网逆变器输出功率因数为1，因而在无扰动时输出电流无功分量i_q＝0。根据理论分析可以推导出PV的输出无功电流i_q与PCC点的频率f有如下关系：