本發(fā)明涉及于電力系統(tǒng)及其自動化技術領域，尤其涉及一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電孤島檢測方法。

背景技術：

隨著全球能源危機及環(huán)境問題日益惡化，世界各國都大力發(fā)展新能源發(fā)電技術，我國扶持新能源建設國家政策的力度逐步增大，光伏、風電等新能源發(fā)電已初具規(guī)模。隨著太陽能等新能源的廣泛使用，逆變型電站在電網輸配電中也變得越來越普遍。建設清潔、安全、自愈、經濟、優(yōu)質和互動的含分布式電源的堅強智能電網是電網發(fā)展的必然趨勢。孤島是指當新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網脫離時，分布式電源仍然向本地負載供電的現(xiàn)象。孤島分為計劃性孤島和非計劃性孤島，計劃性孤島是指在構建電網之初就已經預料到可能發(fā)生的孤島，并且已為其配備了相應的穩(wěn)定運行措施，非計劃性孤島是指在電網構建之初沒有預料到的孤島，并未配備任何防護措施。非計劃性孤島一旦出現(xiàn)，會造成很大的危害，為保障電網的安全運行、運檢人員的安全及降低非計劃孤島對電能質量的影響，在電力系統(tǒng)中非計劃性的孤島是不允許出現(xiàn)的。因此，dg必須具備孤島檢測的能力，要求孤島發(fā)生時，必須快速、準確地切除并網逆變器。孤島檢測已成為目前國內外電工研究領域的重要課題之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，能夠綜合考慮了正常并網運行和孤島情況下分布電源和電網系統(tǒng)引起的諧波電壓偶然變化，具有檢測精準度高，檢測盲區(qū)比較小的特點，且易于工程實現(xiàn)。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

第一方面，本發(fā)明的實施例提供一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，包括：

s101、小波s離散變換計算同步采集的分布并網發(fā)電系統(tǒng)送出線路的三相電流的各次諧波電流，和所述分布并網發(fā)電系統(tǒng)所接母線三相電壓的各次諧波電壓及其對應幅值和相位，；

s102、計算各次諧波功率，根據(jù)所述各次諧波功率的正負判斷正常并網運行時對應各次諧波源方向，所述諧波源方向包括正向諧波和負向諧波；

s103、根據(jù)所述正向諧波功率最大值配置為系統(tǒng)側方向特征諧波源頻次n1，根據(jù)所述負向諧波功率最小值配置為分布并網發(fā)電側方向諧波特征諧波源頻次n2；

s104、利用滑動加窗傅里葉變換計算所述特征諧波源頻次n1和所述特征諧波源頻次n2的并網母線諧波電壓動態(tài)幅值un1和un2，并計算分析時窗t前與時窗t后2個頻次諧波電壓變化量δun1(t)、δun2(t)；

s105、將所述2個頻次諧波電壓變化量δun1(t)、δun2(t)分別與所述分布并網系統(tǒng)側方向諧波源的電壓減小量閾值δun1max和分布并網發(fā)電側諧波的電壓增加量閾值δun2max進行大小和正負性對比；

s106、若大小和正負均沒有超出閾值，則判定為非孤島，返回s105；若均超出閾值則判定為發(fā)生孤島并采取應對措施；若只有單個指標超出閾值則進行報警，返回s105。

作為一個優(yōu)選實施例，s101還包括：

對同步采集的電壓和電流信號x(t)進行s離散變換：

獲取x(t)的復時頻變換結果s[m,n]；其中，m,n為s矩陣的行列號，分別對應時域、頻域；檢測出電壓和電流信號的復雜時域、頻域參數(shù)，并取分析時窗寬度n＝128點；

將電壓信號的s復時頻矩陣su[m,n]和電流信號的s復時頻矩陣si[m,n]中的頻率變量設為n次諧波頻率n*n0,其中n0為基波頻率；

得到同步的n次諧波電壓瞬時幅度和瞬時初相位、n次諧波電流瞬時幅度和瞬時初相位：

其中m＝0,1,2,…,63。

作為一個優(yōu)選實施例，s102所述計算諧波功率，包括：

根據(jù)動態(tài)同步的n次諧波電壓量和電流量的瞬時幅度和瞬時初相位、n次諧波電流瞬時幅度和電壓瞬時初相位得到m時刻的n次諧波實時功率：

其中

通過時間變量m的滑動和改變頻率變量n可得到不同時刻、不同頻次的諧波功率。

作為一個優(yōu)選實施例，s103所述判斷正常并網運行時對應各次諧波源方向，包括：

若pn[m]>0，則判定在m時刻附近n次諧波源位于分布并網系統(tǒng)側，為正向；如果pn[m]<0則判定n次諧波源位于分布并網發(fā)電側，為負向；改變n值得到不同次諧波源的方向。

作為一個優(yōu)選實施例，s104所述利用滑動加窗傅里葉變換計算所述特征諧波源頻次n1次和特n2次的并網母線諧波電壓動態(tài)幅值un1和un2，包括：

δun1＝un1[m+n0]-un1[m]

δun2＝un2[m+n0]-un2[m]

其中un1[m+n0],un1[m]分別為m+n0時刻和m時刻的n1次諧波電壓有效值；

un2[m+n0],un2[m]分別為m+n0時刻和m時刻的n2次諧波電壓有效值。

作為一個優(yōu)選實施例，s104所述滑動加窗傅里葉變換，其特征在于，其滑動數(shù)據(jù)窗的長度為20毫秒。

作為一個優(yōu)選實施例，s106還包括：

若δun1≥0.005u1且δun2<-0.005u1，其中，u1是基波電壓值，則判定為發(fā)生孤島，即分布并網發(fā)電側諧波源產生的諧波電壓增加0.5％和分布并網系統(tǒng)側諧波源產生的諧波電壓減小0.5％，則判定為發(fā)生孤島；若δun1≥0.005u1或則報警示；其它情況則判定為非孤島。

本發(fā)明實施例提供的一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，不會影響并網逆變器輸出電能的質量，也不會干擾系統(tǒng)的暫態(tài)響應，并且能在嚴重的背景諧波情況下快速有效地檢測出孤島效應，適用于各種類型的斷路情況，具有檢測精準度高的特點；還縮小了傳統(tǒng)被動檢測法存在的檢測盲區(qū)，檢測盲區(qū)較小的特點，有良好的實用性。對提高復雜配電網安全穩(wěn)定運行和改善系統(tǒng)電能質量具有重要意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為雙源諧波電壓突變量孤島檢測法的基本原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的孤島檢測系統(tǒng)的原理框圖。

具體實施方式

為使本領域技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。下文中將詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發(fā)明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

本發(fā)明的實施例提供一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，能夠綜合考慮了正常并網運行和孤島情況下分布電源和電網系統(tǒng)引起的諧波電壓偶然變化，具有檢測精準度高，檢測盲區(qū)比較小的特點，且易于工程實現(xiàn)。

本發(fā)明實施例技術原理如下：

目前，根據(jù)孤島檢測的方法不同，一般分為兩種：本地檢測法和遠程檢測法。遠程檢測法主要利用通信手段，檢測斷路器的開斷狀態(tài)或者在電網側發(fā)出載波信號，而安裝在dg側的接收器將根據(jù)這些信號的變化來確定是否發(fā)生了孤島。電力載波線通信法(plcc)利用電力載波信號的有無即可檢驗線路的連接性，載波發(fā)送器通過電力線發(fā)送信號給接收機，接收機安裝在載波線通信系統(tǒng)的用戶側，當plcc信號丟失，接收機命令逆變器停止運行，或開斷逆變器和當?shù)刎撦d脫離電網。該法在正常范圍內沒有檢測盲區(qū)，非常有效，對dg逆變器輸出質量和暫態(tài)沒有影響，對已存在的電網載波系統(tǒng)易實現(xiàn)，但對本身無電網載波成本較高，且還可能會產生各種諧波分量，當負荷諧波與電力載波信號頻帶接近時會導致誤檢。斷路器狀態(tài)監(jiān)測法利用電網斷路器上的通信發(fā)送器，當斷路器打開時以微波、電話線等通訊方式發(fā)送孤島信號給分布式電源。該方法能允許電網對分布式電源的附加控制，提升系統(tǒng)的啟動特性，有利于黑啟動。其缺點是花費高、設計復雜，且需要許多認證以及通信許可。而referm等提出了基于scada系統(tǒng)的孤島檢測方法，利用scada系統(tǒng)將dg與配電網之間連接的斷路器狀態(tài)傳輸?shù)絛g，孤島時將dg退出運行。此方法可消除檢測盲區(qū)，但同時也需要許多通信裝置及通信許可，對于小型的系統(tǒng)不實用。本地檢測法主要有被動檢測法和主動檢測法這兩類。被動檢測法又稱內部無源法，孤島形成前后公共耦合點(pcc點)的電氣量會發(fā)生變化，該方法主要就是通過觀察電網的電壓、頻率的變化來判斷有無孤島產生，主要有電壓或頻率檢測、電壓相位突變檢測、諧波檢測、功頻變化率檢測等幾種方法。當dg供電量與孤島負載需求相差較大時，在孤島產生后負載的電壓及頻率會產生很大的變動，此時被動檢測法較適用。

主動檢測法又稱內部有源法，該方法控制向逆變器中主動注入一個電氣量擾動，并監(jiān)測系統(tǒng)的響應來判斷非計劃孤島是否發(fā)生。主動檢測法主要有幅值偏移法、頻率偏移法、相位偏移法等三種方法。主動檢測法的優(yōu)點是檢測盲區(qū)小，檢測速度快，但缺點也一樣明顯，就是對電能質量有一定的影響。

被動檢測法原理簡單、實現(xiàn)容易、成本低，但其精度對門檻值的設定密切相關，門檻值既要高于正常運行時的值，又要小于孤島運行時的突變值。由于分布式電源本身輸出會有波動，電網的電壓幅值和頻率、諧波等特性也有一定范圍波動的，某些負載的突然起停也會對頻率、電壓、諧波等造成影響，這都給被動孤島檢測法帶來很多新實際問題，因此如何減小檢測盲區(qū)一直是該方法關注的主要問題。而對已有被動孤島檢方法都沒有從分布式電源和電網兩側同時建立孤島形成前后公共耦合點的電氣量變換判據(jù)，另外方法對系統(tǒng)干擾、信號的時變性和暫態(tài)性缺少有效的處理，易引起信號的建模誤差和信號處理的算法誤差，從而導致相關判據(jù)參數(shù)的偏差，進而造成判據(jù)邊界的出錯。由于上述兩種因素在已有方法中都均未考慮，因此孤島檢測仍需要研究新的方法。本發(fā)明針對以上問題提出解決措施，為孤島檢測問題帶來新的方法，將大大拓其在分布電源及其繼電保護等領域的應用。

具體在本實施例中，采用分布并網發(fā)電系統(tǒng)(dg)與大電網斷開連接前后的并網母線電壓的諧波電壓變動來檢測孤島的狀態(tài)。由于大電網系統(tǒng)中，dg因故障斷路器斷開與主電網連接后，系統(tǒng)中的諧波阻抗在孤島前后產生很大的改變，即大容量主電網系統(tǒng)自身的諧波阻抗一般非常小，dg系統(tǒng)跟主電網相比，其容量遠小于主電網，dg的諧波阻抗遠大于主電網的諧波阻抗，因此在同樣的諧波電流源條件下，孤島后引起諧波電壓將產生一個較大的增加突變量，進而判定孤島，傳統(tǒng)諧波電壓突變量孤島判定就是基于這種原理。但是，該傳統(tǒng)孤島檢測方法具有較大的檢測死區(qū)，正常運行的dg系統(tǒng)內部諧波電流源波動可能被誤判是孤島造成，進而造成孤島保護誤動作。另外，大電網側諧波源電流增加，也可能造成諧波電壓的增加突變量，造成孤島誤判。由于都沒有從分布并網發(fā)電系統(tǒng)和電網兩側同時建立孤島形成前后公共耦合點的電氣量變換判據(jù)，已有其它很多數(shù)被動式孤島檢測方法也有類似的問題，分布并網發(fā)電系統(tǒng)本身輸出波動、電網的一定范圍波動、某些負載的突然起停等都對相關判據(jù)造成影響，這都給被動式孤島檢測方法帶來很多新實際問題，因此如何減小檢測盲區(qū)一直是該方法關注的主要問題?；陔p源諧波電壓突變量的孤島檢測新方法采用本地電氣量信息，利用s變換同步采集計算分布并網發(fā)電送出線路電流及所接母線電壓的諧波信息，由諧波功率區(qū)分諧波源方向，并得到來自分布并網系統(tǒng)側背景諧波和分布并網發(fā)電側諧波兩個不同方向的2個主要頻次諧波，最后根據(jù)這兩個諧波電壓變化量判定是否發(fā)生孤島。雙源諧波電壓突變量孤島檢測法的基本原理如圖1所示。

并網時公共點諧波阻抗計算如下：孤島時公共點諧波阻抗計算如下：

zn孤島＝zln

并網時n1次分布并網系統(tǒng)側諧波電流源造成的公共點諧波電壓計算如下：

并網時n2次dg諧波電流源造成的公共點諧波電壓計算如下：

孤島時n1次分布并網系統(tǒng)側諧波電流源造成的公共點諧波電壓計算如下：

un1并≈0

孤島時n2次dg諧波電流源造成的公共點諧波電壓計算如下：

un2并＝idg-n2zn孤島＝idg-n2zln2

上述分析可知，由于大電網系統(tǒng)的容量很大，孤島時諧波阻抗zln一般比并網諧波阻抗zn并網大的多，所以孤島后n2次dg諧波電流源造成的公共點諧波電壓比并網時大大增加；另外，孤島后分布并網系統(tǒng)側諧波電流源造成的公共點諧波電壓將大大減小。綜上兩點，建立基于雙源諧波分布并網發(fā)電孤島檢測方法。

本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

第一方面，本發(fā)明的實施例提供一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，如圖2所示，包括：

s101、小波s離散變換計算同步采集的分布并網發(fā)電系統(tǒng)送出線路的三相電流的各次諧波電流，和所述分布并網發(fā)電系統(tǒng)所接母線三相電壓的各次諧波電壓及其對應幅值和相位。

孤島檢測中由于負荷波動變化、系統(tǒng)擾動等各種原因，電壓、電流信號實際上往往是由幅度和相位隨時間發(fā)生一定的動態(tài)變化，同時還存在非周期的暫態(tài)分量和各種噪聲，小波s變換能夠有效處理信號中的暫態(tài)性、時變性及噪聲，并減小信號處理誤差。

s102、計算各次諧波功率，根據(jù)所述各次諧波功率的正負判斷正常并網運行時對應各次諧波源方向，所述諧波源方向包括正向諧波和負向諧波。

s103、根據(jù)所述正向諧波功率最大值配置為分布并網系統(tǒng)側方向特征諧波源頻次n1，根據(jù)所述負向諧波功率最小值配置為分布并網發(fā)電側方向諧波特征諧波源頻次n2。

s104、利用滑動加窗傅里葉變換計算所述特征諧波源頻次n1次和n2次的并網母線諧波電壓動態(tài)幅值un1和un2，并計算分析時窗t前與時窗t后2個頻次諧波電壓變化量δun1(t)、δun2(t)；

s105、將所述2個頻次諧波電壓變化量δun1(t)、δun2(t)分別與所述分布并網系統(tǒng)側方向諧波源的電壓減小量閾值δun1max和分布并網發(fā)電側諧波的電壓增加量閾值δun2max進行大小和正負性對比；

s106、若大小和正負均沒有超出閾值，則判定為非孤島，返回s105；若均超出閾值則判定為發(fā)生孤島并采取應對措施；若只有單個指標超出閾值則進行報警，返回s105。

作為一個優(yōu)選實施例，s101還包括：

對同步采集的電壓和電流信號x(t)進行s離散變換：

獲取x(t)的復時頻變換結果s[m,n]；其中，m,n為s矩陣的行列號，分別對應時域、頻域；檢測出電壓和電流信號的復雜時域、頻域參數(shù)，并取分析時窗寬度n＝128點；

將電壓信號的s復時頻矩陣su[m,n]和電流信號的s復時頻矩陣si[m,n]中的頻率變量設為n次諧波頻率n*n0,其中n0為基波頻率；

得到同步的n次諧波電壓瞬時幅度和瞬時初相位、n次諧波電流瞬時幅度和瞬時初相位：

其中m＝0,1,2,…,63。

作為一個優(yōu)選實施例，s102所述計算諧波功率，包括：

根據(jù)動態(tài)同步的n次諧波電壓量和電流量的瞬時幅度和瞬時初相位、n次諧波電流瞬時幅度和電壓瞬時初相位得到m時刻的n次諧波實時功率：

其中

通過時間變量m的滑動和改變頻率變量n可得到不同時刻、不同頻次的諧波功率。

作為一個優(yōu)選實施例，s103所述判斷正常并網運行時對應各次諧波源方向，包括：

若pn[m]>0，則判定在m時刻附近n次諧波源位于分布并網系統(tǒng)側，為正向；如果pn[m]<0則判定n次諧波源位于分布并網發(fā)電側，為負向；改變n值得到不同次諧波源的方向。

具體地，代表性雙向諧波源的頻次選擇是由分布并網發(fā)電送出線路諧波功率pn[m]的正、負最大值來確定，最大正諧波功率及頻率為分布并網系統(tǒng)側諧波源，最小負諧波功率及頻率為分布并網發(fā)電側諧波源，步驟如下:

1)取初始諧波次數(shù)n＝2；

2)時間變量m取正常并網運行時段m0，pn∑＝0；

3)pn∑＝pn∑+pn[m]，m＝m+1；

4)若m<m0+5t0(t0為基波周期)則返回步驟3)，否則進入下一步

5)計算得到n次諧波平均功率pn∑＝pn∑/5n0；

6)n＝n+1；

7)若n<31，則返回步驟2)，否則進入下一步；

8)在n＝2～31之間，分別找出pn∑(n)的正、負最大值pmax+,pmax-及其對應的頻次n1,n2；

9)選擇設置n1為分布并網系統(tǒng)側的特征諧波源頻次，設置n2為分布并網發(fā)電側的主要特征諧波源頻次。

作為一個優(yōu)選實施例，s104所述利用滑動加窗傅里葉變換計算特征諧波源頻次n1次和n2次的并網母線諧波電壓動態(tài)幅值un1和un2，包括：

δun1＝un1[m+n0]-un1[m]

δun2＝un2[m+n0]-un2[m]

其中un1[m+n0],un1[m]分別為m+n0時刻和m時刻的n1次諧波電壓有效值；un2[m+n0],un2[m]分別為m+n0時刻和m時刻的n2次諧波電壓有效值。

作為一個優(yōu)選實施例，s104所述滑動加窗傅里葉變換，其特征在于，其滑動數(shù)據(jù)窗的長度為20毫秒。

作為一個優(yōu)選實施例，s106還包括：

若δun1≥0.005u1且δun2<-0.005u1，其中，u1是基波電壓值，則判定為發(fā)生孤島，即分布并網發(fā)電側諧波源產生的諧波電壓增加0.5％和分布并網系統(tǒng)側諧波源產生的諧波電壓減小0.5％，則判定為發(fā)生孤島；若δun1≥0.005u1或則報警示；其它情況則判定為非孤島。

根據(jù)圖3分布發(fā)電系統(tǒng)圖，在matlab/simulnk中搭建本發(fā)明實施例的仿真。5次為分布發(fā)電側主要諧波源，11次為分布并網系統(tǒng)側的主要背景諧波。孤島檢測仿真結果如下表：

表1孤島前后的諧波電壓檢測結果

matlab仿真結果證明了本發(fā)明實施例針對分布并網發(fā)電系統(tǒng)提出的孤島檢測新方法的正確性，可以在保證高檢測效率的前提下，縮小甚至消除了檢測盲區(qū)，并確保了較高的電能質量。

本發(fā)明實施例提供的一種基于雙源諧波電壓突變量的分布并網發(fā)電島檢測方法，不會影響并網逆變器輸出電能的質量，也不會干擾系統(tǒng)的暫態(tài)響應，并且能在嚴重的背景諧波情況下快速有效地檢測出孤島效應，適用于各種類型的斷路情況，具有檢測精準度高的特點；還縮小了傳統(tǒng)被動檢測法存在的檢測盲區(qū)，檢測盲區(qū)較小的特點，有良好的實用性。對提高復雜配電網安全穩(wěn)定運行和改善系統(tǒng)電能質量具有重要意義。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于設備實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。