[发明专利]一种微电网孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统微电网保护与控制领域，涉及一种微电网孤岛检测方法。

背景技术

微电网孤岛检测是微电网由非计划孤岛转变为孤岛运行的前提，并对改变微电网内的控制策略和保护配置有着重要作用。对于可能发生的孤岛效应，美国电气电子工程师协会（IEEE）制定的相关标准不再具体要求所使用的孤岛检测方法，而是着眼于孤岛检测方法在孤岛检测过程中的性能指标，从而引导了孤岛检测标准的发展趋势。现有的孤岛检测方法可以分为被动检测法、主动检测法和开关状态监测法三大类。其中，被动检测法不会对系统电能质量造成影响，但是当非计划孤岛发生时，若分布式电源（DG）的输出功率和负载消耗的电能相差不大，则公共耦合点（PCC）处电压、频率等在允许变化范围之内，该方法将无法检测孤岛，具有较大检测盲区，通常与主动检测法结合运用。主动检测法通过在逆变型DG的控制信号中引入扰动信号，并监测PCC处电压、频率等电气量的响应，来判断非计划孤岛是否发生，该方法减小了检测盲区，但同时也对电能质量造成了一定影响。另外，当主动检测法应用于多个DG时，若扰动信号产生的系统响应不同步，则会降低方法的有效性。开关状态监测法是通过检测配电网侧断路器的开断状态，并基于通讯技术将此信号发送给DG来判断微电网的运行模式，该方法不存在检测盲区，也不影响电能质量，但是实现较为复杂，经济性差。

本发明通过对逆变型分布式电源（IBDG）输出无功功率的控制，提出了一种能够快速实现微电网孤岛检测的新方案，该方案没有检测盲区，在多个IBDG的情况下依然能够保证孤岛检测的有效性，并且当微电网并网运行时，通过IBDG的动态无功补偿，能够改善系统电压质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种能够快速实现微电网孤岛检测方法，该方法没有检测盲区，在多个IBDG的情况下依然能够保证孤岛检测的有效性，并且当微电网并网运行时，通过IBDG的动态无功补偿，能够改善系统电压质量。本发明的实质性特点是：通过采取恰当的IBDG无功控制策略，当微电网发生非计划孤岛时，无功和有功的不匹配共同造成PCC处频率向着同一方向持续偏移，直至超出门槛值，从而实现快速孤岛检测。本发明的技术方案如下：

一种微电网孤岛检测方法，用于采用PQ解耦控制策略的逆变型分布式电源IBDG，该方法在实时测量公共耦合点PCC处电压有效值U_PCC及负载无功功率Q_load的基础上，通过比较U_PCC和正常情况下电压有效值U_N的大小情况，采取相应的IBDG无功控制策略，若U_PCC大于或等于U_N，则设置IBDG输出的无功功率为否则，若U_PCC小于U_N，则设置IBDG输出的无功功率为式中f为PCC处电压频率，k₁和k₂为无功控制策略中的可调变量；

在进行孤岛判断时，首先预设电压门槛值和频率门槛值，并将U_PCC与电压门槛值进行比较，若超出门槛值，则直接判定为孤岛状态，结束本轮的孤岛检测；否则，测量PCC处电压频率f，将所测得的频率f与频率门槛值进行比较，若超出门槛值，则判定为孤岛状态。

本发明与现有技术相比，提出了一种具有改善电压质量能力的微电网快速孤岛检测方法，该方法所能产生的积极效果是：首先，本发明同时考虑了非计划孤岛发生时有功和无功的不匹配，采用主动和被动孤岛检测方法结合，确保了该方法不存在检测盲区；其次，本发明根据孤岛时有功的不匹配而采取恰当的IBDG无功控制策略，使得频率偏移方向一致，直至超出允许范围，因此能够快速实现孤岛检测，以便及时改变微电网内的控制策略和保护配置；本发明还可以在微电网并网运行时，根据系统电压状态进行无功补偿，能够改善电压质量，并且当配电网故障等引起系统电压降低时，使得DG具有较强的低电压穿越能力；最后，本发明同样适用于多个IBDG同时运行的情况，保证了检测方法的有效性。

附图说明

图1为标准孤岛测试系统主电路拓扑图；

图2为逆变型DG（IBDG）的PQ解耦控制框图；

图3a为PCC处电压一定时负载无功与系统频率的关系图；

图3b为图3a中在所需研究区段49.3Hz~50.5Hz处的放大图；

图3c为负载无功一定时负载有功与系统频率的关系图；

图4a为PCC处电压大于或等于220伏时负载无功与频率及IBDG无功与频率的关系图；