針對大規模風電的孤島狀態檢測方法
【技術領域】
[0002] 本發明設及大規模風力發電防孤島保護領域，具體地，設及一種針對大規模風電 的孤島狀態檢測方法。
【背景技術】
[0003] 大型風電場(基地）孤島狀態是指大型風電場(基地）中，部分風電機組與主網脫離 后，繼續向其下所帶負荷供電的運行狀態。在大規模風力發電系統中，有效及時的檢測孤島 對風電機組及本地負荷具有重要意義。大規模風電接入孤島引發的原理和情形與配網中的 孤島有所不同，所W，大規模風電接入發生孤島的危害與孤島在配網中的危害相比也有不 同。首先，大規模風電接入發生孤島后，電能質量也是不可控的。但是更為嚴重的威脅在于， 孤島系統中的過電壓問題。
[0004] 造成大型風電場堪地）孤島系統中過電壓的原因有很多，總結概括一下，有如下 幾種：1)在一些故障情形下，孤島系統失去系統接地；風機一般是通過升壓變壓器的中屯、 點獲得系統零點，當饋線故障時，風機及饋線失去系統接地，非故障相電壓升至1. 73倍的 故障前相電壓，原理如圖1所示。2)風機的特有的故障特性，風機變流器一般是進行電流控 審IJ，風機通過逐級變壓器進行升壓，風機也需要通過較長的集電饋線將電能送至升壓站，在 此系統中存在較大的電抗，系統阻抗大，且電磁環境較為復雜，突然斷電下，會產生較大的 暫態過電壓。3)孤島系統是不穩定系統，且其阻尼較小，會產生較大的暫態過電壓。4)如 果在重合閩開始時，系統仍未斷電，會出現沖擊電壓，更嚴重的情況是發生非同期重合閩， 運時，將會出現很大的暫態過電壓。
[0005] 目前，常用的配電網孤島檢測方法主要分為=類：（1)被動檢測方法；（2)主動檢 測方法；（3)基于通信信號的檢測方法。
[0006] 被動檢測方法監測一個或多個電網電氣量，根據電氣量與所設闊值直接的偏差， 可W判定所關注區域是否發生孤島運行狀態。一般通過尋找頻率、電壓或相位角的異常數 值或檢測系統中諧波的異常變化等多個判斷因素，綜合分析后可W確定孤島的存在。
[0007] 被動檢測方法的優點在于，由于并網逆變器本身的控制策略就需要檢測端電壓， 此法不需要增加額外的硬件電路或者獨立的保護繼電器；對電網無干擾，對電能質量無影 響；在多臺逆變器下，檢測效率不會降低。其問題在于非檢測區域（Non-Detection Zone, NDZ)有可能相當大，n檻闊值難W設定，既要高于正常運行時的值，又要小于孤島時的值。 為了減小NDZ，常提高裝置的靈敏度，但會引發設備無故障跳閩，影響系統的正常運行；在 某些特定的情況下，NDZ很大；某些參數不能直接測量，需要復雜的計算才能得到，其計算 誤差W及計算時間對檢測效果也會產生影響。
[0008] 主動檢測方法是在電網中注入電壓、頻率或相位角，從而造成電網電壓、頻率或相 位角的擾動，運些擾動對于并網運行狀態時的配電網，由于受到主網的平衡錯制，擾動信號 作用不明顯；但當孤島發生時，運些擾動作用就較明顯，可W通過檢查公共連接點（PCC)的 系統響應，來判斷是否發生孤島。
[0009] 主動檢測方法的優點在于NDZ較小，檢測精度較高，能夠準確地檢測孤島。此方法 的缺點在于由于引入了擾動量，引起電網電能質量下降及電網不必要的暫態響應；控制算 法較復雜，實際應用困難；在不同的負載性質下，檢測效果存在很大差異，嚴重時甚至失效。
[0010] 基于通信信號的檢測方法采用有線或無線的通信方式來檢測斷路器的開斷狀態， 根據斷路器狀態的變化來確定是否發生了孤島。
[0011] 基于通信信號的檢測方法優點：無非檢測區（NDZ)、檢測準確可靠；對于單個或多 個逆變器的孤島檢測都有效；它的性能與DG裝置的類型無關，也不會對電網的正常運行造 成干擾，因此是非常可靠的孤島檢測方法。此法缺點：需要添置設備，實現成本高，操作復 雜，需要很多認證，經濟性低。
[0012] 目前的主要方法都是在低壓配電網中進行孤島檢測，針對大規模風力發電的高電 壓等級的孤島檢測并未見相關文獻。目前，已有的配電網孤島檢測相關專利主要分為如下 幾類： 被動檢測法： 專利號為201510084241. 3的專利提出了一種新型的光伏電站被動式防孤島保護方 法。此方法應用于大規模光伏電站集中并入電網變電站，通過計算工頻故障阻抗和功率因 數變化，經阻抗判據和功率因數判據，綜合判斷是否出現光伏電站單獨帶負荷運行的小孤 島W及光伏電站和變電站一起帶負荷運行的大孤島，一旦檢測出孤島立即跳開相應并網開 關，W保護運行檢修人員及設備的安全。該方法屬于被動檢測法，且W光伏電站為研究對 象。
[001引主動檢測法： 專利號為201410221942. 2的專利提供了一種風電機組孤島測試方法。將一個孤島發 生裝置連接于風電機組出口變壓器和風電場升壓變壓器之間，通過調節孤島發生裝置使風 電機組處于孤島狀態，并檢測風電機組并網點=相電流、=相電壓及風電機組并網開關狀 態信號，考察風電機組是否具備孤島運行能力，及在防孤島下的脫網時間。該方法屬于主動 檢測法。
[0014] 專利號為201410741339. 7的專利提出了一種光伏防孤島試驗檢測裝置和檢測方 法。運種防孤島試驗檢測裝置，由上位機、一個W上智能電力監控模塊、I/O繼電器控制板、 電鍵K和可調化C負載模塊組成，能對光伏電站等大容量電源類設備進行孤島效應測試。 通過加載負載模塊，檢測并網電壓V來判斷孤島現象是否發生。該方法屬于主動測試法，且 屬于光伏電站防孤島檢測。
[0015] 專利號為201510037485. 6的專利提出了一種分布式電源系統防孤島效應的并網 開關保護方法及并網開關裝置。此方法是針對配電網側的分布式電源系統進行的主動保 護，通過控制并網逆變器，給其輸出功率、頻率或相位等注入一定的擾動，同時檢測逆變器 的輸出情況；當電網正常工作時，由于電網的平衡作用，擾動信號不足W改變并網逆變 器的輸出特性；當電網故障或者掉電時，由于擾動信號的反饋作用，并網逆變器的輸出特性 就會快速累積并且超出允許范圍，產生一信號觸發并網開關的保護裝置，使其跳閩。該方法 對低壓配電網進行防孤島檢測。
[0016] 專利號為201510242085. 9的專利提出了一種基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護 測試電路及方法。用定阻抗負荷模擬單元精確模擬并聯化C負荷的負荷特性，將并網光伏 逆變器輸出的有功功率W單位功率因數饋送至配電網，確保在測試過程中觸發并網光伏逆 變器的防孤島保護。該方法屬于主動檢測方法。
[0017] 基于通信信號的檢測法： 專利號為201180043345. X的專利提出了一種用于檢測低壓（LV)電力網絡中孤島狀況 的方法，該方法用于多開關信號的網絡中，通過檢測網絡中斷路器的位置信號，并與真值表 進行對比，采用查表的方法，并通過斷開電力電單元的方法對系統進行保護。該方法針對配 電網進行孤島檢測，同時該方法采用效率較低的查表法。
[0018] 專利號為201210124330. 2的專利提供了一種站域孤島保護方法及一種站域孤島 保護系統，通過獲取變電站區域內與產生孤島運行狀態相關的斷路器的位置信息，判斷是 否出現孤島運行狀態，并通過跳開發電系統聯網處的一個斷路器即可完成孤島保護動作。 該方法針在變電站范圍進行孤島檢測，并采用跳開發電系統聯網處的一個斷路器來實現孤 島保護，運種方法并不適用于大規模風力發電系統的防孤島保護，由于大規模風力發電系 統，各風機到風電場升壓變電站的電氣距離較長，采用該方法會造成風機饋線的過電壓問 題，從而影響風機的運行壽命。
[0019] 專利號為201310039649. X的專利提供了一種分布式發電并網系統防孤島保護系 統及其保護方法，基于載波通信和分散檢測技術，通過上位載波機獲取電網側的信息進行 孤島判別和下位載波機對用戶側分布式電源的并網點開關進行控制，切除分布式電源，防 止孤島效應的發生，提高分布式發電并網系統的可靠性和安全性。該方法針對分布式發電 系統進行防孤島保護，并不設及大規模集中式風力發電的防孤島保護。
[0020] 專利號為201310086985. X的專利提供了一種基于廣域信息的開關變位