[发明专利]用于电力装置保护的系统和方法

说明书

本申请是申请日为2008年12月5日，申请号为200880132210.9，发明名称为“用于电力装置保护的系统和方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在分布式电力系统中的反孤岛效应(anti-islanding)，以及，更特别地涉及在反孤岛效应期间光伏分布式电力设备和人员的保护的系统和方法。

背景技术

公用事业网络提供电力系统到公用事业用户。从公用事业公司到用户的电力的分布利用以类似网格的方式连接的公用事业管线网络，该网络被称为电网格(electrical grid)。电网格可由除激励电网的公用事业公司之外的许多激励电网(grid)的独立能源构成，每个独立能源被称为分布式电力(DP)生成系统。现代的公用事业网络包括公用事业功率源、用户负载，以及同样供应电力到网络的分布式电力生成系统。分布式电力生成系统的数量和类型迅速增长并且能够包括光伏、风力、水力、燃料电池、例如电池的存储系统、超导飞轮和电容器类型，以及机械设备包括传统的和可变速的柴油发动机、斯特林发动机、燃气涡轮，以及微型涡轮。这些分布式电力生成系统被连接到公用事业网络以使他们与公用事业功率源同时操作。

现代的公用事业网络所面临的一个普遍问题是孤岛效应的出现。孤岛效应是分布式电力生成系统和公用事业网络分离的状态，但在公用电力供应从网络的某些部分断开连接后，仍继续供应电力到公用网络的那些部分。所有光伏系统必须具有反孤岛效应检测以便遵守安全条例。否则在电网关闭后，由于光伏装置生成作为孤岛下游的电力，光伏装置可能电击修理工或使修理工触电致死。孤岛状态使公用事业网络的有秩序的重新连接变得复杂并且也对设备造成危害。因此，孤岛状态的检测和消除是重要的。

已经提出了几种技术以防止孤岛效应。例如，一种方法涉及在主发电源和DP系统之间的公用事业系统的所有电路断路器上监控辅助触点。辅助触点被监控用于代表在公用事业的源上的开放的电路断路器的状况的改变。公用事业电路断路器通常通过外部的保护继电器被监控和切断。当公用事件的损耗通过电路断路器的辅助触点的状况的改变被检测到时，使用传递切断(transferred trip)方案以打开在公用事业和分布式电力系统之间的互连。传递切断方案使用被监控的公用事业的源的辅助触点。辅助触点与其它能够触发局部互连断路器的切断的设备并联连接。当辅助触点改变状况时，在局部互连断路器上引起切断。这防止孤岛状态的发生。这个方法的缺点是通常公用事业绝缘的点(公用事业电路断路器打开的点)具有距局部分布式电力系统的这样的一距离以致运行触点状况信号回到局部分布式电力系统控制系统是不实际的。

目前所使用或提出的反孤岛效应方案包括被动的方案和主动的方案。被动的方案基于电网信号的局部监控，例如，如欠电压或过电压、低频率或高频率、频率的变化率、相位跃变，或系统谐波。主动的方案基于监控作为结果的电网信号的主动信号注入，例如，如阻抗测量，或带有主动控制的主动信号注入，例如，如主动频率偏移或主动电压偏移。使用主动的方案，可能在输出电流波形中会发生一些失真，从而引起在孤岛效应检测时间和波形失真之间的折中，较快的检测通常引起较高的总谐波失真。

太阳能分布式电力系统10的传统装置，其包括多个太阳能板101，在图1中示出。由于由每个单独的太阳能板101提供的电压是低的，所以几个板101被串联连接以形成一串103板101。对于大的装置，当需要较高的电流时，几串103可被并联连接以形成整个系统10。互连的太阳能板101被安装在室外，并被连接到最大功率点跟踪(MPPT)模块107且然后到逆变器104。MPPT 107一般作为逆变器104的部分来实现，如在图1中所示的。从DC源101获得的功率被递送到逆变器104，该逆变器将直流(DC)转换成具有所期望的电压和频率的交流(AC)，其通常为在60Hz处110V或220V，或在50Hz处220V。来自逆变器104的AC电流然后可以被用于操作电器用品或被馈送到电力网。