[发明专利]中低压直流系统分布式电源孤岛检测方法和系统

说明书

本发明提供了一种中低压直流系统分布式电源孤岛检测方法和系统，包括：步骤1：分布式电源通过接口直流变换器接入到直流配电网中，直流变换器虚拟直流电机控制方式；步骤2：采样直流配电网中的直流母线电压信号；步骤3：对采样的直流母线电压信号进行处理计算，得到虚拟直流电机角速度偏差量；步骤4：将虚拟直流电机角速度偏差量叠加到虚拟直流电机角速度上；步骤5：检测直流母线电压，当其由于扰动而偏离正常运行范围时，判定直流配电网处于孤岛状态，实现孤岛检测。本发明采用虚拟直流电机控制策略，分布式电源按照功率给定值进行功率输出，为分布式电源提供了一定的惯性，有利于正常运行时的系统稳定性。

技术领域

本发明涉及分布式电源并网发电与电力电子系统控制技术领域，具体地，涉及一种中低压直流系统分布式电源孤岛检测方法和系统。尤其地，涉及一种虚拟电机控制下的中低压直流系统中分布式电源的运行控制与孤岛检测。

背景技术

太阳能因具有资源分布广泛、转化利用便捷等优势，已成为当前可再生能源开发的主要对象，而光伏发电则是太阳能资源规模化开发利用的主要形式。因地制宜，推动各类形式光伏发电的研发与建设，促进光伏产业技术革新与健康发展，已成为我国新能源领域重大战略需求。

目前，分布式光伏等新能源发电大多接入中低压交流配电网。但是，在电源侧以光伏发电、储能电池为代表的分布式能源得到日益广泛的应用；与此同时，在负荷侧以直流家用电器、固态照明、电子设备、电动汽车、直流数据中心为代表的新形式直流型负载大量涌现。若沿用传统交流供配电系统，势必引入大量交直流电能变换环节。若采用图1所示的含分布式能源接入的中低压直流系统，理论上可减少从电源到负荷之间的交直流变换环节，有效降低电能损耗，提升供电质量与供电可靠性，实现电能高效利用。同时，随着电力电子技术不断发展，DC-DC变换器造价的降低，耐压值、过流量等性能的提高，为中低压直流系统的工程应用进一步扫清障碍。在直流源、直流负荷与电力电子技术的共同推动下，中低压直流系统已受到越来越广泛的关注，成为智能电网未来发展的重要方向和关键组成部分。近年来，国内外诸多研究机构已经针对中低压直流系统进行研究并取得系列前瞻性成果。

但是，随着分布式能源广泛接入配电网，孤岛问题日益突出。所谓孤岛效应，是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网发电系统(光伏发电、风力发电、储能电池等)未能及时检测出电网停电状态并将自身切离市电网，从而形成由分布式发电系统和周围负荷组成的自给供电的独立系统。一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，包括：危害电力维修人员的生命安全；影响配电系统上的保护开关动作程序；对用电设备带来破坏；当供电恢复时造成的产生浪涌电流，可能会引起再次跳闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏。由此可见，反孤岛技术是配电网发展的关键技术之一，安全可靠的并网发电装置必须能及时检测出孤岛效应并避免所带来的危害。

反孤岛策略主要被分为三类：被动式、主动式与实时通信式。以交流配电系统为例，主动式方法(例如欠过电压/频率(UOV/UOF)、频率变换率(ROCOF)等)只是简单地监测相关电气量(电压或电流的幅值、频率与相位)的波动。孤岛发生时，如果这些电气量如果超过预先设定值，则会触发保护装置动作，切除分布式电源。被动式检测方法实现较为简单，但是当分布式电源发出的功率与本地负荷匹配时，相关电气量在孤岛前后并没有显著变化，造成保护装置不动作，难以及时实现孤岛检测。主动式方法(例如主动频移法、谐波注入法等)在分布式发电装置中注入小扰动。孤岛发生时，这些小扰动会造成系统不稳定运行，使相应电气量超过预先设定值，触发保护装置动作，切除分布式电源。即使在分布式电源发出的功率与本地负荷匹配时也可以完成孤岛检测，因而具有更小的检测盲区。实时通信式则通过配电网中各设备之间的通信信号完成各个分布式电源的快速切除，该类方法几乎没有检测盲区但具有较高的实现成本。