針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電具有防偷跳功能的孤島檢測(cè)方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電防孤島保護(hù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電 具有防偷跳功能的孤島檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 大型風(fēng)電場(chǎng)(基地）孤島狀態(tài)是指大型風(fēng)電場(chǎng)(基地）中，部分風(fēng)電機(jī)組與主網(wǎng)脫離 后，繼續(xù)向其下所帶負(fù)荷供電的運(yùn)行狀態(tài)。在大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，有效及時(shí)的檢測(cè)孤島 對(duì)風(fēng)電機(jī)組及本地負(fù)荷具有重要意義。大規(guī)模風(fēng)電接入孤島引發(fā)的原理和情形與配網(wǎng)中的 孤島有所不同，所以，大規(guī)模風(fēng)電接入發(fā)生孤島的危害與孤島在配網(wǎng)中的危害相比也有不 同。首先，大規(guī)模風(fēng)電接入發(fā)生孤島后，電能質(zhì)量也是不可控的。但是更為嚴(yán)重的威脅在于， 孤島系統(tǒng)中的過電壓?jiǎn)栴}。
[0004] 造成大型風(fēng)電場(chǎng)(基地）孤島系統(tǒng)中過電壓的原因有很多，總結(jié)概括一下，有如下 幾種：1)在一些故障情形下，孤島系統(tǒng)失去系統(tǒng)接地；風(fēng)機(jī)一般是通過升壓變壓器的中心 點(diǎn)獲得系統(tǒng)零點(diǎn)，當(dāng)饋線故障時(shí)，風(fēng)機(jī)及饋線失去系統(tǒng)接地，非故障相電壓升至1. 73倍的 故障前相電壓，原理如圖1所示。2)風(fēng)機(jī)的特有的故障特性，風(fēng)機(jī)變流器一般是進(jìn)行電流控 制，風(fēng)機(jī)通過逐級(jí)變壓器進(jìn)行升壓，風(fēng)機(jī)也需要通過較長(zhǎng)的集電饋線將電能送至升壓站，在 此系統(tǒng)中存在較大的電抗，系統(tǒng)阻抗大，且電磁環(huán)境較為復(fù)雜，突然斷電下，會(huì)產(chǎn)生較大的 暫態(tài)過電壓。3)孤島系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)，且其阻尼較小，會(huì)產(chǎn)生較大的暫態(tài)過電壓。4)如 果在重合閘開始時(shí)，系統(tǒng)仍未斷電，會(huì)出現(xiàn)沖擊電壓，更嚴(yán)重的情況是發(fā)生非同期重合閘， 這時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)很大的暫態(tài)過電壓。
[0005] 目前，常用的配電網(wǎng)孤島檢測(cè)方法主要分為三類：（1)被動(dòng)檢測(cè)方法；（2)主動(dòng)檢 測(cè)方法；（3)基于通信信號(hào)的檢測(cè)方法。
[0006] 被動(dòng)檢測(cè)方法監(jiān)測(cè)一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)電氣量，根據(jù)電氣量與所設(shè)閾值直接的偏差， 可以判定所關(guān)注區(qū)域是否發(fā)生孤島運(yùn)行狀態(tài)。一般通過尋找頻率、電壓或相位角的異常數(shù) 值或檢測(cè)系統(tǒng)中諧波的異常變化等多個(gè)判斷因素，綜合分析后可以確定孤島的存在。
[0007] 被動(dòng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于，由于并網(wǎng)逆變器本身的控制策略就需要檢測(cè)端電壓， 此法不需要增加額外的硬件電路或者獨(dú)立的保護(hù)繼電器；對(duì)電網(wǎng)無干擾，對(duì)電能質(zhì)量無影 響；在多臺(tái)逆變器下，檢測(cè)效率不會(huì)降低。其問題在于非檢測(cè)區(qū)域（Non-Detection Zone， NDZ)有可能相當(dāng)大，門檻閾值難以設(shè)定，既要高于正常運(yùn)行時(shí)的值，又要小于孤島時(shí)的值。 為了減小NDZ，常提高裝置的靈敏度，但會(huì)引發(fā)設(shè)備無故障跳閘，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；在 某些特定的情況下，NDZ很大；某些參數(shù)不能直接測(cè)量，需要復(fù)雜的計(jì)算才能得到，其計(jì)算 誤差以及計(jì)算時(shí)間對(duì)檢測(cè)效果也會(huì)產(chǎn)生影響。
[0008] 主動(dòng)檢測(cè)方法是在電網(wǎng)中注入電壓、頻率或相位角，從而造成電網(wǎng)電壓、頻率或相 位角的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的配電網(wǎng)，由于受到主網(wǎng)的平衡鉗制，擾動(dòng)信號(hào) 作用不明顯；但當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，這些擾動(dòng)作用就較明顯，可以通過檢查公共連接點(diǎn)（pcc)的 系統(tǒng)響應(yīng)，來判斷是否發(fā)生孤島。
[0009] 主動(dòng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于NDZ較小，檢測(cè)精度較高，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)孤島。此方法 的缺點(diǎn)在于由于引入了擾動(dòng)量，引起電網(wǎng)電能質(zhì)量下降及電網(wǎng)不必要的暫態(tài)響應(yīng)；控制算 法較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用困難；在不同的負(fù)載性質(zhì)下，檢測(cè)效果存在很大差異，嚴(yán)重時(shí)甚至失效。 [0010] 基于通信信號(hào)的檢測(cè)方法采用有線或無線的通信方式來檢測(cè)斷路器的開斷狀態(tài)， 根據(jù)斷路器狀態(tài)的變化來確定是否發(fā)生了孤島。
[0011] 基于通信信號(hào)的檢測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)：無非檢測(cè)區(qū)（NDZ)、檢測(cè)準(zhǔn)確可靠；對(duì)于單個(gè)或多 個(gè)逆變器的孤島檢測(cè)都有效；它的性能與DG裝置的類型無關(guān)，也不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行造 成干擾，因此是非常可靠的孤島檢測(cè)方法。此法缺點(diǎn)：需要添置設(shè)備，實(shí)現(xiàn)成本高，操作復(fù) 雜，需要很多認(rèn)證，經(jīng)濟(jì)性低。
[0012] 目前的主要方法都是在低壓配電網(wǎng)中進(jìn)行孤島檢測(cè)，針對(duì)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電的高電 壓等級(jí)的孤島檢測(cè)并未見相關(guān)文獻(xiàn)。目前，已有的配電網(wǎng)孤島檢測(cè)相關(guān)專利主要分為如下 幾類： 被動(dòng)檢測(cè)法： 專利號(hào)為201510084241. 3的專利提出了一種新型的光伏電站被動(dòng)式防孤島保護(hù)方 法。此方法應(yīng)用于大規(guī)模光伏電站集中并入電網(wǎng)變電站，通過計(jì)算工頻故障阻抗和功率因 數(shù)變化，經(jīng)阻抗判據(jù)和功率因數(shù)判據(jù)，綜合判斷是否出現(xiàn)光伏電站單獨(dú)帶負(fù)荷運(yùn)行的小孤 島以及光伏電站和變電站一起帶負(fù)荷運(yùn)行的大孤島，一旦檢測(cè)出孤島立即跳開相應(yīng)并網(wǎng)開 關(guān)，以保護(hù)運(yùn)行檢修人員及設(shè)備的安全。該方法屬于被動(dòng)檢測(cè)法，且以光伏電站為研究對(duì) 象。
[0013] 主動(dòng)檢測(cè)法： 專利號(hào)為201410221942. 2的專利提供了一種風(fēng)電機(jī)組孤島測(cè)試方法。將一個(gè)孤島發(fā) 生裝置連接于風(fēng)電機(jī)組出口變壓器和風(fēng)電場(chǎng)升壓變壓器之間，通過調(diào)節(jié)孤島發(fā)生裝置使風(fēng) 電機(jī)組處于孤島狀態(tài)，并檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)三相電流、三相電壓及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)開關(guān)狀 態(tài)信號(hào)，考察風(fēng)電機(jī)組是否具備孤島運(yùn)行能力，及在防孤島下的脫網(wǎng)時(shí)間。該方法屬于主動(dòng) 檢測(cè)法。
[0014] 專利號(hào)為201410741339. 7的專利提出了一種光伏防孤島試驗(yàn)檢測(cè)裝置和檢測(cè)方 法。這種防孤島試驗(yàn)檢測(cè)裝置，由上位機(jī)、一個(gè)以上智能電力監(jiān)控模塊、I/O繼電器控制板、 電鍵K和可調(diào)RLC負(fù)載模塊組成，能對(duì)光伏電站等大容量電源類設(shè)備進(jìn)行孤島效應(yīng)測(cè)試。 通過加載負(fù)載模塊，檢測(cè)并網(wǎng)電壓V來判斷孤島現(xiàn)象是否發(fā)生。該方法屬于主動(dòng)測(cè)試法，且 屬于光伏電站防孤島檢測(cè)。
[0015] 專利號(hào)為201510037485. 6的專利提出了一種分布式電源系統(tǒng)防孤島效應(yīng)的并網(wǎng) 開關(guān)保護(hù)方法及并網(wǎng)開關(guān)裝置。此方法是針對(duì)配電網(wǎng)側(cè)的分布式電源系統(tǒng)進(jìn)行的主動(dòng)保 護(hù)，通過控制并網(wǎng)逆變器，給其輸出功率、頻率或相位等注入一定的擾動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)逆變器 的輸出情況；當(dāng)電網(wǎng)正常工作時(shí)，由于電網(wǎng)的平衡作用，擾動(dòng)信號(hào)不足以改變并網(wǎng)逆變 器的輸出特性；當(dāng)電網(wǎng)故障或者掉電時(shí)，由于擾動(dòng)信號(hào)的反饋?zhàn)饔?，并網(wǎng)逆變器的輸出特性 就會(huì)快速累積并且超出允許范圍，產(chǎn)生一信號(hào)觸發(fā)并網(wǎng)開關(guān)的保護(hù)裝置，使其跳閘。該方法 對(duì)低壓配電網(wǎng)進(jìn)行防孤島檢測(cè)。
[0016] 專利號(hào)為201510242085. 9的專利提出了一種基于定阻抗負(fù)荷模擬的防孤島保護(hù) 測(cè)試電路及方法。用定阻抗負(fù)荷模擬單元精確模擬并聯(lián)RLC負(fù)荷的負(fù)荷特性，將并網(wǎng)光伏 逆變器輸出的有功功率以單位功率因數(shù)饋送至配電網(wǎng)，確保在測(cè)試過程中觸發(fā)并網(wǎng)光伏逆 變器的防孤島保護(hù)。該方法屬于主動(dòng)檢測(cè)方法。
[0017] 基于通信信號(hào)的檢測(cè)法： 專利號(hào)為201180043345. X的專利提出了一種用于檢測(cè)低壓（LV)電力網(wǎng)絡(luò)中孤島狀況 的方法，該方法用于多開關(guān)信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)中，通過檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中斷路器的位置信號(hào)，并與真值表 進(jìn)行對(duì)比，采用查表的方法，并通過斷開電力電單元的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。該方法針對(duì)配 電網(wǎng)進(jìn)行孤島檢測(cè)，同時(shí)該方法采用效率較低的查表法。
[0018] 專利號(hào)為201210124330. 2的專利提供了一種站域孤島保護(hù)方法及一種站域孤島 保護(hù)系統(tǒng)，通過獲取變電站區(qū)域內(nèi)與產(chǎn)生孤島運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的斷路器的位置信息，判斷是 否出現(xiàn)孤島運(yùn)行狀態(tài)，并通過跳開發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)處的一個(gè)斷路器即可完成孤島保護(hù)動(dòng)作。 該方法針在變電站范圍進(jìn)行孤島檢測(cè)，并采用跳開發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)處的一個(gè)斷路器來實(shí)現(xiàn)孤 島保護(hù)，這種方法并不適用于大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的防孤島保護(hù)，由于大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電系 統(tǒng)，各風(fēng)機(jī)到風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站的電氣距離較長(zhǎng)，采用該方法會(huì)造成風(fēng)機(jī)饋線的過電壓?jiǎn)?題，從而影響風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壽命。
[0019] 專利號(hào)為201310039649. X的專利提供了一種分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)防孤島保護(hù)系 統(tǒng)及其保護(hù)方法，基于載波通信和分散檢測(cè)技術(shù)，通過上位載波機(jī)獲取電網(wǎng)側(cè)的信息進(jìn)行 孤島判別和下位載波機(jī)對(duì)用戶側(cè)分布式電源的并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)進(jìn)行控制，切除分布式電源，防 止孤島效應(yīng)的發(fā)生，提高分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。該方法針對(duì)分布式發(fā)電 系統(tǒng)進(jìn)行防孤島保護(hù)，并不涉及大規(guī)模集中式風(fēng)力發(fā)電的防孤島保護(hù)。
[0020] 專利號(hào)為201310086985. X的專利提供了一種基于廣域信息的開關(guān)變位孤島檢測(cè) 及直接跳閘式孤島保護(hù)方法。分布式電源系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行過程中，在各個(gè)開關(guān)上安裝FTU(饋 線自動(dòng)化終端)，F(xiàn)TU實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)開關(guān)的狀態(tài)信息，根據(jù)孤島關(guān)聯(lián)開關(guān)的開合狀態(tài)判斷 是否發(fā)生孤島運(yùn)行。對(duì)于判斷處于孤島運(yùn)行的分布式電源，該分布式電源出口處的FTU就 地發(fā)出孤島保護(hù)的命令，將此DG出口處開關(guān)斷開，使其退出運(yùn)行。該方法針對(duì)分布式發(fā)電 系統(tǒng)進(jìn)行防孤島保護(hù)，并不涉及大規(guī)模集中式風(fēng)力發(fā)電的防孤島保護(hù)。
[0021] 專利號(hào)為201310404177. 3的專利公