[发明专利]基于阻抗测量的分布式电源孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明属于分布式发电领域的电源保护，适用于各种形式的分布式电源。

背景技术

目前，在并网联络线路因发生故障或其他原因断开时，分布式电源与配电系统之间将会失去联系，形成一个电气上的孤岛。一般来说，与主系统分开以后，孤岛内的功率是不平衡的。如果孤岛中的电源总容量远小于总负荷，那么孤岛不可能稳定运行，经过较短时间后孤岛崩溃。而如果孤岛中的电源总容量大于或等于本地负荷，就可能出现较长时间的孤岛运行。

由于故障跳闸等原因造成的范围不确定的、偶然形成的孤岛运行，称为非计划孤岛运行。这种孤岛的形成具有偶然性和不确定性，会带来一系列的问题：

①电能质量下降。孤岛小系统内的功率不平衡，会引起频率、电压都发生变化，降低了供电安全和电能质量。

②威胁公众及运行人员的安全。由于非计划孤岛的范围不确定性，不能确定系统元件、线路是否带电，造成了对维修人员、运行人员和公众的安全威胁。

③改变流经保护的电流大小，影响了继电保护的正确动作。

④可能会失去接地点，威胁绝缘安全。

⑤影响自动重合闸。形成孤岛后，DG可能仍对跳闸线路的另一端供电，造成检无压重合闸失败，或因孤岛与主系统失步，检同期合闸失败，从而引起不必要的停电及对DG、系统设备的损害。

为避免非计划孤岛运行带来的不利影响，对于无法形成计划孤岛的分布式发电设备，一般都要求系统配置防孤岛保护，在因系统故障等原因导致与主配电系统失去联系后，尽快地将分布式电源断开。

现有的孤岛检测原理主要为被动检测、主动检测及基于通信的联锁跳闸方法。被动检测就是通过检测孤岛形成前后的频率、电压、功率输出等电气量变化，来判断是否与主电网断开。主要包括低频低压、高频高压、频率变化率法；优点是原理简单、实现方便，但由于仅反映频率及电压的大小，容易受重负荷切换或大电源跳闸等原因引起的频率、电压变化的影响，误动率较高。

主动检测通过控制DG并网逆变器对系统施加一个外部干扰，然后监视系统的响应来判断是否形成孤岛，一般是通过调制DG并网逆变器的有功或无功输出，检测电压和频率的响应变化。有的主动检测还可以构成正反馈，加快孤岛的瓦解。优点是即使是功率完全平衡的孤岛，也可以通过主动干扰来破坏功率平衡，从而被可靠地检测出来。缺点是外部干扰会影响供电质量，检测的时间也会比被动检测长；且当系统中包含多个分布式电源时，各电源主动检测装置发出的干扰信号可能互相影响，降低检测效果。

基于通信的联锁跳闸方法的基本思想是监控电路中所有可能导致孤岛形成的断路器或开关的状态。当某个开关动作导致并网线断开时，该开关处的监测装置将发送跳闸信号，中止并网线下级所有DG的运行。优点是原理简单；缺点是实现复杂，当系统拓扑结构复杂或馈线拓扑结构不固定时，联锁跳闸的逻辑关系将变得相当复杂。首先需要监测每个分布式电源与变电站之间的所有开关状态，另外拓扑变化的时候，还需要重新配置所有的跳闸逻辑。联锁跳闸可以可靠地避免所有的非计划孤岛，对具有固定拓扑结构的系统简单有效，但其成本高、操作复杂。

发明内容

为了解决现有技术中存在分布式电源孤岛状态检测的技术问题，本发明提出了一种基于阻抗测量的分布式电源孤岛检测方法。该方法利用了DG并网状态与孤网状态下，系统等效阻抗将出现极大变化的特点，通过注入高频电压信号测量系统等效阻抗，根据测量电压的变化判断孤岛状态。

本发明的具体方案如下：

一种基于阻抗测量的分布式电源(Distributed Generator)孤岛检测方法，该方法用于检测分布式电源是否与主电网存在电气联系；本方法包括如下步骤：

(1)在所述分布式电源与主电网的并网联络点注入高频电压信号U_in，在所述高频电压信号U_in与注入点(即并网联络点)之间串联一个阻抗Z₁；

(2)在保护安装处，实时测量联络点的电压

(3)根据分压原理，计算分布式电源与主电网并网时的系统等效阻抗上的电压有效值U_out：