[发明专利]基于主动频率偏移的孤岛效应检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及分布式新能源并网供电的测控方法及装置，尤其涉及一种基于主动频率偏移的孤岛效应检测方法及其装置。

背景技术

以新能源组成的分布式发电系统越来越受关注，其中尤以风力、太阳能并网发电为代表。这是因为：(1)电力需求量与日俱增，而煤、石油等不可再生能源日渐枯竭，寻求替代能源迫在眉睫；(2)传统集中式、大规模的燃料发电带来的环境污染已经严重影响了社会生产和生活，绿色新能源有助于缓解环境压力；(3)由于风力、光伏发电等新能源具有分布广、密度低等地域特点，就地取材式的小容量、多分布式的并网发电比独立发电更具优势。近几年涌现的这种分布式电源与传统大电网同时为配网用户供电的方式产生了明显的经济效应，应用前景光明。

由于新能源最初产生的电能不稳定，目前多采用通过电力电子技术转化为稳定的直流，再经由逆变器获得同步交流的并网方式。与传统供电方式相比，此类分布式并网发电系统出现了反向输送电能，电能质量及电网的安全性成为十分重要和突出的问题。其中，最主要的话题就是孤岛现象的检测和防止。

当前电力系统的设计与建设没有考虑分散发电系统的存在，若配网中某条线路发生故障，会依靠最近的继电保护装置来清除。一旦此配网中存在并网分布式发电系统，分布式电源会继续向与大电网断开的配网供电，在一些特殊情况下形成独立的小型发电系统。这种现象就称为“孤岛效应”。孤岛运行会给电网、用户、人身安全带来极大危害：(1)原本由于断路器断开后不应带电的线路仍然继续供电，线路维修工人很可能不知情地接触到线路而引起人身伤害；(2)没有大电网的支撑，分布式电源的电能质量得不到保证，直接损害用户的设备；(3)重合闸的广泛使用导致重合时，电压、相位不一致引起的不同期合闸，引发更大的事故，妨碍电网重新供电。

图1为包含分布式发电的电网大致框图。原本开关S3后只接入负载的母线1经由并网变压器及两个并网开关将分布式发电系统引入传统电网，输送反向电能。以开关S3和母线2之间发生故障为例，继电保护跳开开关S3，则分布式电源与负载形成孤岛运行，极有可能对此小型系统内的设备及人身安全造成极大危害。因此，要在最短时间内检测到孤岛运行，发出跳开并网开关S1或者并网开关S2的跳闸信号，维持系统的安全运行。

首先介绍并网逆变系统，为后述反孤岛方案的引入提供良好的硬件基础与平台。

图2为包含孤岛检测与控制系统的并网分布式发电系统工作框图。整个系统大致由五部分组成。框图1代表了由供电能源、直流稳定控制系统、稳定直流电压输出、逆变器、变压器并网开关构成的功率变换主回路；框图2代表本地负载；框图3代表待接入的公用电网；框图4代表跳闸控制用继电器；框图5代表反孤岛运行检测及控制模块，是整个系统控制核心；框图6代表将控制系统发出的PWM信号转换为可驱动框图1中逆变桥中开关器件关断与导通信号的驱动模块；

在本文中，以光伏发电作为反孤岛算法的应用特例，便于说明。框图1代表了将光伏所发直流电逆变为交流，与框图3中的电网并联向负载RLC电路提供电能。框图5包含了各种控制电路，反孤岛运行装置也是其中重要的一部分。

框图5是整个系统核心，包括：霍尔传感器53，用以实时采集公共节点处的电压值；AD转换模块52，用以将霍尔传感器53采集到的模拟信号转化为可供数字芯片DSP处理的数字信号；DSP控制模块51，是核心中的核心，一方面实时接收来自AD转换模块52转换得到的关于公共节点处电压数字信号，另一方面，对采集信号进行处理，最终向继电器发出合适的控制信号同时向开关驱动模块6发出用以控制逆变器中开关器件关断与导通的PWM信号。

传统电压、频率参数测量在孤岛被动检测法中的应用

图5是整个系统的简化图，代表本地负载的RLC并联电路通过公共结点a，经由变压器与逆变后的光伏发电系统连接，同时连接断路器与大电网并联运行。整个系统正常工作时，大电网可以看作是容量无穷大、电压稳定的理想电压源。公共结点a处的电压钳位于电网电压正常值上，光伏阵列输出的功率以电流形式向电网输送。本地负载RLC并联电路可以从光伏发电系统以及大电网获得充足的电能，即：

P_load＝P_inv+ΔP(1)

Q_load＝Q_inv+ΔQ(2)