一种基于反正切滑膜频移的孤岛检测方法与流程

1.本发明涉及分布式发电并网电力孤岛效应检测技术领域，具体涉及一种基于反正切滑膜频移的孤岛检测方法。


背景技术：

2.基于小型风电、光伏等的分布式发电(distributed generation，dg)，具有经济、高效、清洁、输送方式灵活等优点，可作为大电网的有益补充，以提高系统的可靠性、灵活性。但随着越来越多的分布式电源并入配电网，对电力系统的规划、运行、控制及保护等方面带来一些不利影响，而孤岛问题即是其中之一。孤岛运行将会损害系统和用户设备，并危及线路检修人员的安全。因此，电力部门要求对基于逆变器并网的分布式发电必须具有孤岛检测功能，国内外相关标准还规定了孤岛检测时间，如ieee std 929—2000规定孤岛发生后，dg应在2s内检测出孤岛并切离电网。
3.主动移相法是孤岛检测中的主动检测方法之一，传统的主动移相法——滑膜频率偏移法(slip-mode frequency shift，sms)，其检测时间受负载品质因数影响，且随品质因数的增大而变长，从而可能导致孤岛检测失败。因此，需要对其进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服传统的主动移相法所存在的高品质因数下孤岛检测速度较慢的问题，提出一种快速、有效的基于反正切滑膜频移的孤岛检测方法。
5.本发明一种基于反正切滑膜频移的孤岛检测方法，该方法包括以下步骤：
6.步骤1：结合传统sms算法，给出反正切滑膜频率偏移移相角表达式，如公式一所示：
[0007][0008]
式中，f为并网点电压频率；f
g
为电网电压额定频率；f
m
为发生最大相移时对应的频率；k为移相正反馈增益；
[0009]
步骤2：根据孤岛检测成功的充分条件：θ
arctan_sms-θ
load
穿越水平轴时切线斜率大于0确定k的取值范围，即公式二：
[0010][0011]
式中，θ
load
为并联rlc负载在频率f电路下的阻抗角，表达式如公式三所示：
[0012][0013]
式中，f0为负载谐振频率；q
f
为负载品质因数；
[0014]
由于θ
load
曲线在o点附近近似为直线，因此可在f0处对其进行线性化处理，结合公式三可得如下公式四：
[0015][0016]
将公式四代入公式二，联合公式一可得如下公式五：
[0017][0018]
根据公式五可得反馈增益k的取值范围。改进算法中，k值越大，则移相角θ
arctan_sms
值越大，一方面可加快孤岛检测速度；另一方面，移相角θ
arctan_sms
将引起逆变输出电流畸变，从而在dg并网运行时，降低电网电能质量，且θ
arctan_sms
值越大，对电网电能质量的影响也越大。
[0019]
步骤3：为缓解孤岛检测的快速性和移相算法对电能质量影响之间的矛盾，对反馈增益k的取值进行分段；根据国标gb/t 15945-1995相关规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.2hz，改进算法中可按照频率变化阈值
±
0.2hz改变k的取值；在电网正常且dg并网运行时，若频率偏差小于阈值
±
0.2hz时，让k取较小值，反之，让k取较大值；具体取值时，还应结合公式五中k值的计算结果，在确保孤岛检测有效性的前提下，k值应越小越好。
[0020]
步骤4：根据步骤3中参数k的设置，对k进行初始化，同时初始化参数f
g
、f
m
及频率阈值f
max
、f
min
；
[0021]
步骤5：采集dg并网点电压，得到并网点电压频率f；
[0022]
步骤6：根据并网点电压频率f，计算相位偏移θ
arctan_sms
；
[0023]
步骤7：在并网点电压过零点(正跳)施加相位偏移θ
arctan_sms
；
[0024]
步骤8：根据并网点频率f及设定的频率阈值[f
min
，f
max
]，判断是否有孤岛发生。若频率超出设定阈值，即f＜f
min
或f＞f
max
，则判定发生孤岛，断路器跳开，dg停止工作；若没有超出频率设定阈值，即f
min
≤f≤f
max
，则进一步判断并网点电压频率偏差δf是否满足如下公式六所示条件：
[0025]
|δf|＝|f-f
g
|≥0.2hz；
[0026]
步骤9：若不满足，则返回步骤6；若满足，则改变k值，重新计算相位偏移量θ
arctan_sms
并返回步骤8。
[0027]
本发明的有益效果：
[0028]
在电网正常运行且没有加入改进的主动移相算法前，逆变器输出电流的相位、频率与电网电压的相同；加入改进的主动移相算法后，逆变输出电流的相位将产生偏移，偏移的大小取决于改进算法的移相角，当孤岛发生后，并网点电压的频率在逆变输出电流的影响下不断偏移，直至超出频率保护范围，检测出孤岛，dg停止工作；改进后的反正切sms相位偏移曲线θ
arctan_sms
为单调递增函数，在电网正常时，让k取较小值，从而减小并网逆变输出电流对电网电能质量的影响；孤岛发生后，通过增大k值，在高品质因数下，使相位偏移曲线在电网额定频率处的斜率大于传统sms相位偏移曲线的斜率，即dg将从不稳定点以更快的速度滑向稳定点，从而加快孤岛检测时间，提高孤岛检测快速性。
附图说明
[0029]
图1是dg孤岛效应产生示意图；
[0030]
图2是arctan_sms算法孤岛检测实施流程图。
[0031]
具体实施方法
[0032]
以下将结合附图1、2对本发明做进一步说明。
[0033]
本发明中所述的分布式发电并网孤岛效应产生示意图如图1所示，其中：p、q为分布式发电系统dg经并网变流器向本地负载提供的有功和无功功率，δp、δq为电网向负载提供的有功和无功功率，p
load
、q
load
为负载消耗的有功和无功功率，dg并网点pcc处电压为u
pcc
。当断路器s闭合时，dg处于并网运行状态，本地负载所需功率由dg与电网共同提供，并网点电压u
pcc
受电网钳制，等于电网电压，频率与电网频率一致；当s断开时，由dg单独给本地负载供电，dg处于孤岛运行，并网点电压由变流器输出电流和负载决定，频率随逆变输出电流相位变化而产生偏移，直至到达新的稳定工作点。此时，若合理设计反正切滑膜频移算法参数，则新工作点处的频率将超出设定阈值，判断孤岛发生，触发过/欠频保护，dg停止工作。
[0034]
本发明基于反正切滑膜频移的孤岛检测方法，该方法包括以下步骤：
[0035]
步骤1：结合传统sms算法，给出反正切滑膜频率偏移移相角表达式，如公式一所示：
[0036][0037]
式中，f为dg并网点电压频率；f
g
为电网电压额定频率；f
m
为发生最大相移时对应的频率；k为移相正反馈增益；
[0038]
步骤2：根据孤岛检测成功的充分条件：θ
arctan_sms-θ
load
穿越水平轴时切线斜率大于0确定k的取值范围，即公式二：
[0039][0040]
式中，θ
load
为并联rlc负载在频率f电路下的阻抗角，表达式如公式三所示：
[0041][0042]
式中，f0为负载谐振频率；q
f
为负载品质因数；
[0043]
由于θ
load
曲线在o点附近近似为直线，因此可在f0处对其进行线性化处理，结合公式三可得如下公式四：
[0044][0045]
将公式四代入公式二，联合公式一可得如下公式五：
[0046][0047]
根据公式五可得反馈增益k的取值范围。改进算法中，k值越大，则移相角θ
arctan_sms
值越大，一方面可加快孤岛检测速度；另一方面，移相角θ
arctan_sms
将引起逆变输出电流畸变，从而在dg并网运行时，降低电网电能质量，且θ
arctan_sms
值越大，对电网电能质量的影响也越大。
[0048]
步骤3：为缓解孤岛检测的快速性和移相算法对电能质量影响之间的矛盾，对反馈
增益k的取值进行分段。根据国标gb/t 15945-1995相关规定，电力系统正常频率偏差允许值为0.2hz，改进算法中可按照频率变化阈值
±
0.2hz改变k的取值。dg并网运行且电网正常时，频率偏差一般小于阈值
±
0.2hz，此时让k取较小值，k值可以小于公式五中的计算值，以减小dg逆变输出电流谐波畸变，降低对电能质量的影响；断网后，若频率偏差大于阈值
±
0.2hz时，让k取较大值，k值须大于公式五中的计算值，以满足孤岛检测有效性及快速性要求。
[0049]
以下步骤为arctan_sms算法孤岛检测流程，如图2所示，具体步骤如下：
[0050]
步骤4：根据步骤3中参数k的设置，对k进行初始化，同时初始化参数f
g
、f
m
及频率阈值f
max
、f
min
；
[0051]
步骤5：采集dg并网点电压，得到并网点电压频率f；
[0052]
步骤6：根据并网点电压频率f，计算相位偏移θ
arctan_sms
：
[0053]
步骤7：在并网点电压过零点(正跳)施加相位偏移θ
arctan_sms
；
[0054]
步骤8：根据并网点频率f及设定的频率阈值[f
min
，f
max
]，判断是否有孤岛发生。若频率超出设定阈值，即f＜f
min
或f＞f
max
，则判定发生孤岛，断路器跳开，dg停止工作；若没有超出频率设定阈值，即f
min
≤f≤f
max
，则进一步判断并网点电压频率偏差δf是否满足如下公式六所示条件：
[0055]
|δf|＝|f-f
g
|≥0.2hz
[0056]
步骤9：若不满足，则返回步骤6；若满足，则改变k值，重新计算相位偏移量并返回步骤8。
[0057]
通过以上步骤可以实现分布式发电系统的孤岛检测，通过对反正切滑膜频移孤岛检测法中参数k的分段，在保证孤岛检测快速性的同时，降低了对电能质量的影响。