[发明专利]基于母线电压扰动的直流孤岛检测方法

说明书

本发明公开了一种直流孤岛检测方法，主要由三个部分组成：直流母线电压扰动环节、扰动分量提取环节、直流孤岛判断环节；直流电网电压管理单元通过母线电压扰动环节向母线电压注入小扰动信号作为并网模式表征信号；直流电网功率管理单元通过扰动分量提取环节获取母线电压的扰动分量作为直流孤岛判断依据；直流孤岛判断环节根据一段时间内扰动分量出现的次数判断直流系统是否发生孤岛；该方法能够及时检测出直流系统孤岛的发生，检测精度不受系统运行状态或架构的影响，且不存在检测盲区。

技术领域

本发明属于分布式发电、直流电网、交直流混合电网领域，尤其是涉及一种基于母线电压扰动的直流孤岛检测方法。

背景技术

随着新能源发电的快速发展和直流属性负荷的不断增多，直流输配电将在电网中占比越来越大，直流系统中孤岛效应的问题日趋严重。

孤岛效应起源于交流电网，指由于主电网中出现故障或停电维修造成区域电网与主电网之间断开连接，区域电网中的分布式电源未能检测出主电网停电的状态，继续向负载供电，进而形成了一个自供电的孤岛。孤岛发生后，意味着区域电网的电压和频率失去了主电网的支撑，当分布式电源的出力发生变化或负载突变时，系统电压和频率会发生偏移，损坏用电设备。同时分布式电源继续向电网中注入电能会危及输电线路上维修人员的生命安全，因此及时检测出系统处于孤岛运行的状态是十分必要的。

直流孤岛现象指直流系统中的电压管理单元由于故障或者检修与直流系统失去连接，而系统中的分布式发电单元继续向负荷供电，形成了一个自供电的直流孤岛。直流电网等效模型如图1所示，其中交流电网或直流电网与并网变流器共同等效为电压源，管理系统母线电压，分布式发电单元等效为功率管理单元，两者共同向负荷供电。当电压源由于上述原因与直流母线失去连接时，分布式电源与负载形成自供电孤岛。若孤岛发生时，分布式电源的发电量与负荷的用电量一致时，直流母线电压将基本无波动，此时基于电压偏移的无源检测方法将出现检测盲区，无法及时探测出系统处于孤岛模式。这种无意识的孤岛是一个不可控的状态，一旦出现功率不均衡将会恶化供电质量，损坏供电设备。因此接入直流系统中的分布式电源必须具备直流孤岛检测功能，当孤岛发生后及时切换至孤岛运行模式，保障系统的安全稳定运行。

交流系统的孤岛检测技术主要利用了交流系统的特征量，如频率、无功、谐波等。而直流系统中不存在这些特征，因此需要一种基于直流系统特征的孤岛检测方法，以提高直流系统孤岛的穿越能力。

发明内容

为了在无源检测方法出现检测盲区时有效地检测出直流孤岛的发生，提高孤岛检测的精度，本发明提供一种基于母线电压扰动的直流孤岛检测方法，及时检测出直流系统孤岛的发生，提高直流系统孤岛的穿越能力。

本发明提出的一种基于母线电压扰动的直流孤岛检测方法，包括直流母线电压扰动环节、扰动提取环节和直流孤岛判断环节。

步骤一，直流母线电压扰动环节：母线电压扰动分量指令值与母线电压实测值的差值送入谐振环节，谐振环节的输出作为电流扰动分量叠加至电流指令中或作为占空比扰动分量叠加至占空比的指令值中，实现扰动分量的闭环控制。

直流母线电压管理单元基本拓扑如图2、图3、图4所示，这些变流器充当电压管理单元时的共同特征是控制环路中均含有电压控制环。如图5所示，其中V*为直流母线电压的指令值，d为变流器中电力电子开关控制信号，Vo为直流母线电压实测值；控制环路的前向通道由控制器与变流器的小信号模型构成，反馈通道由采样电路和带通滤波环节构成。

步骤二，扰动提取环节：功率管理单元实时检测直流母线电压实际值，并通过适当的带通滤波环节提取直流母线电压中的扰动分量，传递给直流孤岛判断环节；针对母线电压上特定频率的扰动分量，可以通过带通滤波环节进行提取与放大。