適用于多機集群的外部集中擾動式阻抗測量孤島檢測法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適用于多機集群的外部集中 擾動式阻抗測量孤島檢測法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源高效利用的需求與電力電子技術(shù)的發(fā)展促使大量的光伏和風(fēng)電等新能源分 布式電源并網(wǎng)，對就近負荷供電。分布式電源（DistributedGenerator，DG)入網(wǎng)后，由于 主網(wǎng)故障以及開關(guān)誤動作等造成DG與就近負荷的非計劃性孤島運行，會危及電網(wǎng)線路維 護人員和用戶的生命安全；影響孤島系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備正常運行以及重合閘動作。所以分布式并 網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)須具備孤島檢測能力。
[0003] 孤島檢測方法根據(jù)是否依賴通信分為遠程方法與本地方法。其中本地方法根據(jù)工 作原理又分為主動式與被動式：被動檢測法分析孤島后由于DG出力與就近負荷不匹配造 成保護安裝處的電氣量變化，有過/欠電壓、過/欠頻率檢測法、相位跳變檢測法、電壓諧波 檢測法等，這類方法實現(xiàn)簡單，但在分布式電源出力與就近負荷近似匹配時存在檢測盲區(qū)； 主動檢測法通常利用逆變器向系統(tǒng)注入擾動，測量系統(tǒng)孤島前后響應(yīng)變化，有阻抗測量法、 頻率偏移法、Sandia頻率偏移法和滑模頻率偏移法等，主動檢測法能減小或消除檢測盲區(qū)， 但會影響系統(tǒng)電能質(zhì)量甚至造成故障范圍擴大。
[0004] 傳統(tǒng)的基于單機逆變器機端擾動的阻抗測量法孤島檢測，依據(jù)PCC注入處孤島前 后系統(tǒng)阻抗變化判別孤島運行狀態(tài)。在含有分布式電源的系統(tǒng)中，由于容量差別，主電網(wǎng)的 等效阻抗通常比負荷的等效阻抗小得多，使得孤島狀態(tài)前后在PCC點測得的系統(tǒng)阻抗將發(fā) 生顯著變化，便于準(zhǔn)確識別。然而這類方法無法用于多機時存在的擾動相互影響問題，也因 其依賴于逆變器擾動控制從而受限于電源類型。
[0005] 目前經(jīng)逆變器入網(wǎng)分布式電源孤島檢測的主要研究方向是主動式檢測法，以減小 或消除檢測盲區(qū)。然而，隨著系統(tǒng)向多逆變器、多電源類型并網(wǎng)發(fā)展，主動法擾動信號能被 放大破壞系統(tǒng)穩(wěn)定和電能質(zhì)量，也能相互抵消導(dǎo)致孤島檢測失敗，存在多機間擾動相互干 擾現(xiàn)象，其孤島檢測有效性面臨新的挑戰(zhàn)，因此需要研究適用于多類型電源、多臺并網(wǎng)逆變 器集群系統(tǒng)的孤島檢測技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于外部集中擾動方 式的阻抗測量孤島檢測法，利用孤島前后系統(tǒng)公共耦合點（PCC)處測量阻抗特征的差異， 采用了含豐富連續(xù)頻率成分的暫態(tài)量短脈沖小電流擾動、間歇性過零點注入控制、寬頻域 高頻電抗計算方法，避免了多機擾動信號相互干擾而失效，提高了檢測靈敏度和檢測精度， 并降低了主動法對系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。在系統(tǒng)PCC處裝設(shè)獨立的集中擾動發(fā)生裝置、本 地監(jiān)測和注入控制系統(tǒng)、電壓電流數(shù)據(jù)采集裝置及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理計算系統(tǒng)，并由此測算 系統(tǒng)測量阻抗特征量并檢測判斷孤島運行狀態(tài)。
[0007] 為了實現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下：
[0008] -種適用于多機集群的外部集中擾動式阻抗測量孤島檢測法，其特征在于，所述 方法包括以下步驟：
[0009] 步驟一：利用獨立外部集中擾動發(fā)生裝置，生成擾動電流信號iIn];
[0010] 步驟二：監(jiān)測系統(tǒng)公共耦合點處電壓uPrc，進行間歇性過零點注入控制，在注入過 程中同時測量并采集系統(tǒng)公共耦合點處電壓擾動電流信號iIn]的數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟三：將采集到的系統(tǒng)公共耦合點處電壓1^和擾動電流信號iIn]經(jīng)過數(shù)據(jù)處 理后進行測量阻抗特征量計算；
[0012] 步驟四：根據(jù)特征量變化判別孤島狀態(tài)；
[0013] 所述步驟A中的擾動發(fā)生裝置是獨立于系統(tǒng)的唯一的擾動發(fā)生源，擾動的生成和 注入不依賴于逆變器，裝置出口端接于系統(tǒng)公共耦合點處。
[0014] 所述步驟一中的擾動發(fā)生裝置由一個耦合電感L。和一個并網(wǎng)控制開關(guān)串聯(lián)后接 入單相全橋逆變電路的并聯(lián)電路間，負載側(cè)連接一個直流電壓源組成；耦合電感L。的取值 由直流電壓VAIE的大小和所需擾動電流信號iIn]的大小決定，并網(wǎng)控制開關(guān)控制擾動發(fā)生 裝置與系統(tǒng)的通斷，單項全橋逆變電路采用全控型器件IGBT。
[0015] 所述步驟一中的擾動電流信號iIn]為含豐富連續(xù)頻率成分的短脈沖三角電流波， 其為通過控制擾動發(fā)生裝置中的橋臂中IGBT的通斷，產(chǎn)生的階躍電壓波形經(jīng)耦合電感L。 后形成的脈沖三角電流波；通過控制擾動發(fā)生裝置中的橋臂中IGBT的通斷組合能控制擾 動電流信號iInj的脈沖寬度，通過控制直流電壓VAIE和耦合電感L。的取值能控制擾動電流 信號iInj的峰值大小。
[0016] 所述步驟二中的間歇性過零點注入控制，其方法為：通過監(jiān)測系統(tǒng)公共耦合點處 電壓uPrc的過零點，在u^的過零點處閉合并網(wǎng)控制開關(guān)，控制橋臂中IGBT的通斷來生成 并注入擾動電流信號iIn]，擾動電流信號W主入結(jié)束后，斷開并網(wǎng)開關(guān)；在注入擾動電流 信號^的過程中，系統(tǒng)公共耦合點處電壓ura的過零點監(jiān)測閉鎖，避開因注入引起的系統(tǒng) 公共耦合點處電壓的變化，注入結(jié)束后閉鎖解除；根據(jù)電能質(zhì)量和檢測速動性要求，靈 活選擇在每個或相鄰幾個過零點處向系統(tǒng)注入擾動電流信號iIn_];在注入擾動電流信號iIn] 的過程中同時測量采集系統(tǒng)公共耦合點處電壓uPrc和擾動電流信號iIn]的數(shù)據(jù)；通過在系 統(tǒng)公共耦合點電壓過零點處的時段注入擾動電流信號，使采集到的系統(tǒng)公共耦合點處 電壓ura中原系統(tǒng)電壓成分最小化，而有效成分即擾動的電壓響應(yīng)成分最大化，以提高信噪 比和阻抗計算精度，同時減小所需的擾動注入量級；擾動發(fā)生裝置的直流電壓VAIE高于并 網(wǎng)控制開關(guān)閉合期間的系統(tǒng)公共耦合點處電壓的最高值。
[0017] 所述步驟三中測量阻抗特征量的計算方法為將高頻電抗X作為判斷孤島的特征 量，利用ΔΧ=ω·AL中高頻ω放大孤島前后的特征量差異，高頻下容抗被極大弱化，使 得；T= 4Υ=從=2;r/，/，其中ΔX為高頻電抗的變化量，ΔL為系統(tǒng)等值電感 rot 的變化量，f為頻率，L為系統(tǒng)等值電感，C為電容，從而在高頻段范圍內(nèi)實現(xiàn)良好頻域電抗 線性關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，取該高頻段線性部分的數(shù)據(jù)，進行寬頻域等值電抗計算，然后并非 直接取某單頻點計算，而是歸算至某頻點下，將該頻域內(nèi)所有頻點的計算結(jié)果取平均值作 為測量阻抗特征量。
[0018] 所述步驟四中根據(jù)特征量變化判別孤島狀態(tài)的方法為將高頻電抗X作為孤島判 別特征量，設(shè)置特征量閾值和時限，當(dāng)在線計算特征量的值高于所設(shè)特征量閾值，并在所設(shè) 時限內(nèi)連續(xù)高于閾值，則判定為孤島運行狀態(tài)。
[0019] 通過采用本發(fā)明的適用于多機集群的外部集中擾動式阻抗測量孤島檢測法，能夠 獲得有益效果如下：
[0020] (1)系統(tǒng)只存在一個擾動源，避免了多擾動信號相互影響問題，適用于含多逆變器 分布式電源系統(tǒng)；
[0021] (2)因采用了獨立注入裝置，該方法中擾動信號產(chǎn)生不依賴逆變器，不受電源類型 局限，也適用于不含逆變器的電源；
[0022] (3)通過注入控制，提高了阻抗測算準(zhǔn)確度，并降低了主動法對系統(tǒng)擾動，保證了 良好的電能質(zhì)量，同時降低了對注入裝置直流電壓等級的要求，保證了實用性；