[发明专利]一种孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明属于大规模新能源集中并网的防孤岛保护领域，是一种被动检测和主动检测相结合的防孤岛保护检测方案，特别涉及电压/频率检测和谐波检测电容投切的孤岛检测方法。

背景技术

孤岛是指电网故障后，分布式发电系统仍向周围负载供电，从而形成一个无法控制的局域供电网络。非计划孤岛会给电力系统的安全稳定运行带来一些严重的问题，如孤岛中的电压和频率无法控制，可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全等。孤岛检测的主要作用在于当分布式系统与主网脱离时，及时断开分布式电源，防止非计划孤岛运行。目前常用的孤岛检测方法可分为远程检测法、被动检测法和主动检测法三大类。

被动检测法是通过采集本地信号，在不外加任何扰动的情况下进行孤岛检测，常用的有电压/频率检测法、电压谐波检测法和电压相位突变检测法等。其优点是原理简单，设备投入少，易于实现，对电网无干扰，对电能质量无影响；在多台逆变器下，检测效率不会降低，缺点是检测盲区较大。

其中，电压/频率检测法是通过检测PCC(电网公共连接点)的电压和频率，来判断并网系统是否发生孤岛状态。正常运行时，DG(分布式发电)系统输出电压或频率受大电网电压钳制，不会发生变 化。当孤岛状态时，DG系统不受大电网电压钳制，若DG系统逆变器的输出功率和本地负荷功率不平衡，输出电压或频率就会发生变化。若电压和频率变化超过了设定的正常阈值，则可检测到孤岛发生。一般并网逆变器会配置过压保护(OVR)、欠压保护(UVR)、过频保护(OFR)、欠频保护(UFR)四种保护，这些保护是检测孤岛效应的最基本、最直接的方法，一旦检测到电网电压、频率超过正常的范围时，即判断为孤岛发生，保护电路就将并网逆变器切离电网。但当DG系统输出功率与本地负载功率近乎匹配时电网断电后PCC点的电压和频率变化很小，这些变化量不足以启动OVR/UVR和OFR/UFR，孤岛检测失败。同时，为防止电网电压和频率的正常波动引起误动作，四种保护的门槛值不能设置太低，导致存在较大检测盲区。

主动检测法是通过人为向系统引入微小电压、电流或频率扰动信号进行检测判定，常用的有阻抗测量法、电抗插入法、电压偏移法、功率扰动法、主动频率偏移法和滑模频率漂移等。优点是当分布式电源输出功率与负载所需功率匹配时,主动法仍能检测出孤岛，盲区较小、灵敏度较高，缺点是如引入系统的扰动控制不当，会导致微电网进入孤岛状态后无法稳定运行。

其中，外部开关电容检测法是在DG与本地负载容量匹配的区域附近的继电器上加装可自动投切的电容，改变系统负载阻抗，当市电故障时，即将电容并入，通过无功功率破坏系统平衡，可以通过检测到电压、频率的异常变化来判断是否发生孤岛。这种方法有两种实现方式，一种是周期性投切电容，即设置一个时间间隔，每隔一个或几 个周期电容开关状态由断开到闭合，经过一定时间后断开，如此反复，若在电容开关闭合期间发生孤岛，则电容将改变孤岛系统的输出功率。但是采用周期性投入电容器的方法，若投入的电容较大，并网运行时可能会对容量较小的配电网系统不间断造成电压冲击，对电能质量有一定的影响；其次，这种方法对开关可靠性要求较高，且周期性投切会缩短开关的使用寿命。第二种则是与PCC点处开关相配合，如图1中开关S1，当开关S1断开时，开关S2闭合，外置电容器并入系统，破坏系统的功率平衡。该方法的缺点是电容的投切要和PCC点处的开关配合，必须检测到PCC点开关已断开才能投入电容，若检测装置出现故障，孤岛检测将失败。另外，该方法必须寻找功率匹配点，但是电力系统的潮流是经常变化的，难以寻找固定的功率匹配点。

综合以上分析可知，电压/频率检测法能在DG系统逆变器的输出功率和本地负荷功率不平衡时有效检测出孤岛，但当DG系统逆变器的输出功率和本地负荷功率平衡时，该方法失效。而外部开关电容检测法能在DG系统逆变器的输出功率和本地负荷功率平衡时有效检测孤岛，但对开关性能要求高或需要与PCC点开关配合。因此，可以结合电压/频率检测法和外部开关电容检测法各自的优点，并做适当的改进，寻找出一种更有效实用的孤岛检测方法，实现检测无盲区。

发明内容