[发明专利]针对大规模风电的孤岛状态检测方法

说明书

本发明公开了一种针对大规模风电的孤岛状态检测方法，包括：初始化节点类型表和节点连接表的步骤；监测电网中的断路器跳闸信号，并根据监测的断路器跳闸信号更新节点连接表的步骤；以及根据更新后的节点连接表，判断是否形成孤岛的步骤。针对大规模风力发电系统，在电源侧高压主网，进行孤岛检测及防孤岛保护，具有快速，准确，高效，安全且稳定的优点。同时本发明技术方案不考虑线路权重，可以更快速的进行防孤岛保护动作。

技术领域

本发明涉及大规模风力发电防孤岛保护领域，具体地，涉及一种针对大规模风电的孤岛状态检测方法。

背景技术

大型风电场（基地）孤岛状态是指大型风电场（基地）中，部分风电机组与主网脱离后，继续向其下所带负荷供电的运行状态。在大规模风力发电系统中，有效及时的检测孤岛对风电机组及本地负荷具有重要意义。大规模风电接入孤岛引发的原理和情形与配网中的孤岛有所不同，所以，大规模风电接入发生孤岛的危害与孤岛在配网中的危害相比也有不同。首先，大规模风电接入发生孤岛后，电能质量也是不可控的。但是更为严重的威胁在于，孤岛系统中的过电压问题。

造成大型风电场（基地）孤岛系统中过电压的原因有很多，总结概括一下，有如下几种：1）在一些故障情形下，孤岛系统失去系统接地；风机一般是通过升压变压器的中心点获得系统零点，当馈线故障时，风机及馈线失去系统接地，非故障相电压升至1.73倍的故障前相电压，原理如图1所示。2）风机的特有的故障特性，风机变流器一般是进行电流控制，风机通过逐级变压器进行升压，风机也需要通过较长的集电馈线将电能送至升压站，在此系统中存在较大的电抗，系统阻抗大，且电磁环境较为复杂，突然断电下，会产生较大的暂态过电压。3）孤岛系统是不稳定系统，且其阻尼较小，会产生较大的暂态过电压。4）如果在重合闸开始时，系统仍未断电，会出现冲击电压，更严重的情况是发生非同期重合闸，这时，将会出现很大的暂态过电压。

目前，常用的配电网孤岛检测方法主要分为三类：（1）被动检测方法；（2）主动检测方法；（3）基于通信信号的检测方法。

被动检测方法监测一个或多个电网电气量，根据电气量与所设阈值直接的偏差，可以判定所关注区域是否发生孤岛运行状态。一般通过寻找频率、电压或相位角的异常数值或检测系统中谐波的异常变化等多个判断因素，综合分析后可以确定孤岛的存在。

被动检测方法的优点在于，由于并网逆变器本身的控制策略就需要检测端电压，此法不需要增加额外的硬件电路或者独立的保护继电器；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。其问题在于非检测区域（Non-Detection Zone，NDZ）有可能相当大，门槛阈值难以设定，既要高于正常运行时的值，又要小于孤岛时的值。为了减小NDZ，常提高装置的灵敏度，但会引发设备无故障跳闸，影响系统的正常运行；在某些特定的情况下，NDZ很大；某些参数不能直接测量，需要复杂的计算才能得到，其计算误差以及计算时间对检测效果也会产生影响。

主动检测方法是在电网中注入电压、频率或相位角，从而造成电网电压、频率或相位角的扰动，这些扰动对于并网运行状态时的配电网，由于受到主网的平衡钳制，扰动信号作用不明显；但当孤岛发生时，这些扰动作用就较明显，可以通过检查公共连接点（PCC）的系统响应，来判断是否发生孤岛。

主动检测方法的优点在于NDZ较小，检测精度较高，能够准确地检测孤岛。此方法的缺点在于由于引入了扰动量，引起电网电能质量下降及电网不必要的暂态响应；控制算法较复杂，实际应用困难；在不同的负载性质下，检测效果存在很大差异，严重时甚至失效。

基于通信信号的检测方法采用有线或无线的通信方式来检测断路器的开断状态，根据断路器状态的变化来确定是否发生了孤岛。

基于通信信号的检测方法优点：无非检测区（NDZ）、检测准确可靠；对于单个或多个逆变器的孤岛检测都有效；它的性能与DG装置的类型无关，也不会对电网的正常运行造成干扰，因此是非常可靠的孤岛检测方法。此法缺点：需要添置设备，实现成本高，操作复杂，需要很多认证，经济性低。