基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于分布式電源并網技術領域，具體涉及一種基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法。
【背景技術】
[0002]孤島效應是指在分布式發電系統中，當電網供電因故障事故或者停電維修而跳閘時，各個用戶端的分布式并網發電系統未能及時檢測出停電狀態從而將自身切離市電網絡，最終形成由分布電站并網發電系統和其相連的負載組成了一個自給供電的孤島發電系統。
[0003]孤島效應使電壓及頻率失去控制，如果分布式發電系統沒有調節電壓和頻率的能力，且沒有電壓和頻率保護繼電器來限制電壓和頻率的偏移，那么孤島系統中的電壓和頻率必然發生較大的波動，從而對電網和用戶設備造成危害。
[0004]在由孤島運行變為并網運行時，由于重合閘系統中的分布式發電裝置可能與電網不同步導致電路斷路器裝置收到損壞，還可能產生較高的沖擊電流，從而危害孤島系統中的裝置，甚至導致電網重新跳閘。
[0005]孤島效應可能會導致故障不能切除，從而導致電網設備的損害，并且干擾電網正常供電系統的自動或者手動恢復。
[0006]孤島效應使得一些被認為已經與所有電源斷開的線路帶點，這會給電網維修人員或者用戶帶來電擊的危險。因此，快速有效地檢測出孤島效應并將故障切除是很有必要的。
[0007]目前，孤島檢測方法主要可以分為兩類，即基于通信的孤島檢測方法和局部孤島檢測方法。第一類基于通信的孤島檢測方法主要是利用無線電通信來檢測孤島效應，該方法能夠減小檢測盲區，但設計復雜，未能得到廣泛應用。
[0008]第二類局部孤島檢測方法是通過監控并網發電裝置的端電壓以及電流信號實現的。局部孤島檢測方法又可以進一步分為被動式和主動式兩種:被動式方法僅根據并網逆變器輸出的電壓或頻率的異常來判斷孤島的發生，通常被動式方法存在相對較大的檢測盲區；而主動式方法則通過向電網注入擾動，并利用該擾動信號引起的系統電壓、頻率以及阻抗等的相應變化來判斷孤島的發生，該方法雖然能夠有效地減少檢測盲區，但是會對電能質量產生一定的影響。
【發明內容】
[0009]針對上述【背景技術】中所提到的目前孤島檢測方法的優劣，本發明提出了一種基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，該方法在不影響系統電能質量的前提下，能夠快速有效地檢測出孤島效應。
[0010]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0011 ]基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，包括以下步驟:
[0012]步驟1:利用滑動數據窗計算并網逆變器端電壓特定次諧波突變量的絕對值I Δ U31、I Δ Us 1、I Δ U7 1:
[0013]步驟2:根據絕對值IΔ U31、I Δ U51、I Δ U71來判斷是否發生孤島;
[0014]當IAU31、AU51、AU7I分別小于或等于整定值Usetl、Uset2、Uset3時，則未發生孤島;
[0015]當I Δ U31 >Usetii^ I Δ U51 >Uset2或| Δ U71 >Uset3且持續時間超過40毫秒時，則孤島發生。
[0016]所述滑動數據窗的長度為20毫秒。
[0017]所述整定值的計算公式為:
[0018]AU3|>Useti = 0.001Ui
[0019]AU5|>Uset2 = 0.0012Ui
[0020]AU7|>Uset3 = 0.0005Ui
[0021]其中:
[0022]山為基波相電壓有效值；
[0023]U3為3次諧波相電壓有效值；
[0024]1]5為5次諧波相電壓有效值；
[0025]U7為7次諧波相電壓有效值；
[0026]UsetlS3次諧波相電壓整定值；
[0027]Uset2為5次諧波相電壓整定值；
[0028]Uset3為7次諧波相電壓整定值。
[0029]本發明基于電壓諧波突變量的孤島檢測方法，主要有以下優點:
[0030](I)能夠在IEEE Std.1547.1標準中所定義的孤島最嚴重的情況下快速有效地檢測出孤島效應；
[0031](2)不會影響并網逆變器輸出電能的質量，也不會干擾系統的暫態響應；
[0032](3)不僅適用于三相斷路的孤島檢測情況，對于單相以及兩相斷路情況同樣適用；
[0033](4)對采樣頻率要求低，易于硬件實現。
[0034]該方法原理簡單，適用范圍較廣，在各種斷路以及孤島最嚴重的情況下能夠快速有效地檢測出孤島。
【附圖說明】
[0035]圖1為分布式發電系統的孤島效應示意圖；
[0036]圖2為孤島效應保護邏輯圖；
[0037]圖3為500kW并網光伏發電系統仿真模型主電路；
[0038I圖4為500kW并網光伏發電系統運行參數圖；
[0039]圖4(a)為逆變器輸出電壓波形圖；
[0040]圖4(b)為逆變器輸出電流波形圖；
[0041]圖5為三相斷路對稱故障下發生孤島，應用本發明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0042]圖5(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0043]圖5(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0044]圖5(c)為350Hz電壓故障分量波形圖；
[0045]圖6為單相斷路故障情況下，應用本發明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0046]圖6(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0047]圖6(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0048]圖6(c)為350Hz電壓故障分量波形圖；
[0049]圖7為兩相斷路故障情況下，應用本發明的孤島檢測各特征量波形圖；
[0050]圖7(a)為150Hz電壓故障分量波形圖；
[0051 ]圖7(b)為250Hz電壓故障分量波形圖；
[0052]圖7(c)為350Hz電壓故障分量波形圖。
【具體實施方式】
[0053]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0054]當電網與分布式電源相連時，電網可以看作是一個容量很大的電壓源，并網逆變器產生的諧波電流將流入較低阻抗的電網中，這些很小的諧波電流與較低的電網阻抗在并網逆變器輸出端點的電壓響應113只含有少量的諧波，即電壓畸變率接近于零。
[0055]當電網斷開后，將有兩個因素使得Ua中諧波的含量增加:
[0056]諧波電流流入阻抗遠高于電網阻抗的負載中，使得Ua產生較大的失真。
[0057]若切離電網的開關位于變壓器的原邊側，并網逆變器輸出的電流將流過變壓器的副邊，由于變壓