一种孤岛检测系统及孤岛检测方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104330707 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104330707 A (21)申请号 201410674389.8 (22)申请日 2014.11.21 G01R 31/08(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网浙江省电力公司电力科学研究 院 (72)发明人 张雪松 周金辉 孙振奥 赵波 杨子龙 王一波 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 王宝筠 (54) 发明名称 一种孤岛检测系统及孤岛检测方法 (57) 摘要 本发明公开了一种

2、孤岛检测系统， 包括 ： 单相 降压变压器， 所述单相降压变压器并联在接有并 网逆变器的支路所在的配电所的三相降压变压器 任意一相低压侧， 所述单相降压变压器的低压侧 一端接地， 另一端通过开关器件接地， 用于产生干 扰信号。 其中， 所述开关器件在所述单相降压变压 器低压侧电压下降至电压阈值时导通 ； 所述开关 器件在导通后， 达到第一时间阈值时断开。 信号检 测装置， 设置于所述并网逆变器并网端口处， 用于 检测所述干扰信号， 并在第二时间阈值内检测不 到所述干扰信号的情况下， 确定产生孤岛现象。 本 检测系统没有检测盲区， 响应时间短。此外， 本发 明还公开一种与该系统对应的孤岛检测方法

3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104330707 A CN 104330707 A 1/1 页 2 1. 一种孤岛检测系统， 其特征在于， 包括 ： 单相降压变压器， 所述单相降压变压器并联在接有并网逆变器的支路所在的配电所的 三相降压变压器任意一相低压侧， 所述单相降压变压器的低压侧一端接地， 另一端通过开 关器件接地， 用于产生干扰信号 ； 其中， 所述开关器件在所述单相降压变压器低压侧电压下降至电压阈值时导通 ； 所述

4、 开关器件在导通后， 达到第一时间阈值时断开 ； 信号检测装置， 设置于所述并网逆变器并网端口处， 用于检测所述干扰信号， 并在第二 时间阈值内检测不到所述干扰信号的情况下， 确定产生孤岛现象。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述开关器件包括 ： 两个 P 型绝缘栅双极 型晶体管， 所述两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联。 3. 根据权利要求 2 所述的系统， 其特征在于， 所述单相降压变压器将所述三相降压变 压器任意一相低压侧 220V 电压降至 15V。 4.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述电压阈值为5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 5. 根

5、据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述信号检测装置还用于当确定产生孤 岛现象后， 切断所述并网逆变器和所述支路的连接。 6. 一种孤岛检测方法， 应用于权利要求 1 所述的孤岛检测系统， 其特征在于， 包括 ： 在接有并网逆变器的支路所在的配电所的三相降压变压器任意一相低压侧并联单相 降压变压器 ； 其中， 将所述单相降压变压器的低压侧一端接地， 将另一端通过开关器件接地 ； 在所述单相降压变压器低压侧电压下降至电压阈值时， 所述开关器件导通， 在导通后， 达到第一时间阈值时， 所述开关器件断开 ； 获取所述并网逆变器并网端口处的电压信号 ； 判断所述并网逆变器并网端口处的电压信号是

6、否包含有表征所述开关器件导通和断 开的干扰信号 ； 当第二时间阈值内所述并网逆变器并网端口处的电压信号未包含有所述干扰信号时， 确定为产生孤岛现象。 7. 根据权利要求 6 所述的方法， 其特征在于， 所述开关器件包括 ： 两个 P 型绝缘栅双极型晶体管， 所述两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联。 8. 根据权利要求 7 所述的方法， 其特征在于， 所述单相降压变压器将所述三相降压变 压器任意一相低压侧 220V 电压降至 15V。 9.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述电压阈值为5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 10. 根据权利要求 6 所述的方法， 其特征在于， 所

7、述确定产生孤岛现象后还包括 ： 切断所述并网逆变器和所述支路的连接。 权 利 要 求 书 CN 104330707 A 2 1/5 页 3 一种孤岛检测系统及孤岛检测方法 技术领域 0001 本发明涉及电力控制技术领域， 特别是涉及一种孤岛检测系统及孤岛检测方法。 背景技术 0002 随着电力控制技术的发展， 电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展 水平的标志之一。电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统， 以保证 用户获得安全、 经济、 优质的电能。但是， 电力系统因故障事故或停电维修等原因停止工作 时， 安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检查出停电状态而不能迅

8、速将自身切 离电网， 此时， 形成孤岛现象， 即光伏并网发电系统向周围负载供电， 而电力系统无法掌控。 产生孤岛现象后， 严重影响电力系统的安全运行， 同时给用户端的设备造成不利的影响。 0003 为了减小孤单现象带来的危害， 需要相应的孤岛检测方法。目前的孤岛检测方法 主要包括被动检测法和主动检测法。 0004 其中， 被动检测法利用电网断电时， 对光伏并网发电系统中光伏并网逆变器输出 端的电压、 频率、 相位或谐波的变化进行检测。 若上述信号存在异常， 则确定处于孤岛状态。 该方法虽然原理简单， 不需要增加额外的硬件电路， 也不会对电网产生干扰， 但检测盲区较 大， 响应时间较长。例如，

9、当并网逆变器输出功率与局部负载功率平衡时， 几乎无法检测出 孤岛状态。 0005 主动检测法是指通过控制并网逆变器， 使其输出功率、 电流幅值、 或相角存在一定 的扰动。当电网正常运行时， 这些扰动在电网的平衡作用下被淹没， 因此检测不到。当电网 出现故障时， 这些扰动将快积累， 产生明显的影响。该方法检测盲区较小， 但是当多台并网 逆变器并网运行时， 这些扰动可能相互抵消， 导致检测不到孤岛现象。 0006 综上所述， 目前的孤岛检测方法存在检测盲区较大、 不适用于多台并网逆变器。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种孤岛检测装置及孤岛检测方法， 用于检测当电力系统因 故障事故或停电维

10、修等原因停止工作时， 检测光伏并网发电系统是否存在孤岛现象。 0008 为解决上述技术问题， 本发明提供一种孤岛检测系统， 包括 ： 0009 单相降压变压器， 所述单相降压变压器并联在接有并网逆变器的支路所在的配电 所的三相降压变压器任意一相低压侧， 所述单相降压变压器的低压侧一端接地， 另一端通 过开关器件接地， 用于产生干扰信号 ； 0010 其中， 所述开关器件在所述单相降压变压器低压侧电压下降至电压阈值时导通 ； 所述开关器件在导通后， 达到第一时间阈值时断开 ； 0011 信号检测装置， 设置于所述并网逆变器并网端口处， 用于检测所述干扰信号， 并在 第二时间阈值内检测不到所述干扰

11、信号的情况下， 确定产生孤岛现象。 0012 优选的， 所述开关器件包括 ： 两个 P 型绝缘栅双极型晶体管， 所述两个 P 型绝缘栅 双极型晶体管反向串联。 说 明 书 CN 104330707 A 3 2/5 页 4 0013 优选的， 所述单相降压变压器将所述三相降压变压器任意一相低压侧 220V 电压 降至 15V。 0014 优选的， 所述电压阈值为 5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 0015 优选的， 所述信号检测装置还用于当确定产生孤岛现象后， 切断所述并网逆变器 和所述支路的连接。 0016 一种孤岛检测方法， 应用于所述的孤岛检测系统， 包括 ： 0017 在接有并网

12、逆变器的支路所在的配电所的三相降压变压器任意一相低压侧并联 单相降压变压器 ； 0018 其中， 将所述单相降压变压器的低压侧一端接地， 将另一端通过开关器件接地 ； 0019 在所述单相降压变压器低压侧电压下降至电压阈值时， 所述开关器件导通， 在导 通后， 达到第一时间阈值时， 所述开关器件断开 ； 0020 获取所述并网逆变器并网端口处的电压信号 ； 0021 判断所述并网逆变器并网端口处的电压信号是否包含有表征所述开关器件导通 和断开的干扰信号 ； 0022 当第二时间阈值内所述并网逆变器并网端口处的电压信号未包含有所述干扰信 号时， 确定为产生孤岛现象。 0023 优选的， 所述开关

13、器件包括 ： 0024 两个 P 型绝缘栅双极型晶体管， 所述两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联。 0025 优选的， 所述单相降压变压器将所述三相降压变压器任意一相低压侧 220V 电压 降至 15V。 0026 优选的， 所述电压阈值为 5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 0027 优选的， 所述确定产生孤岛现象后还包括 ： 0028 切断所述并网逆变器和所述支路的连接。 0029 本发明所提供的孤岛检测系统， 通过在接有并网逆变器的支路所在的配电所的三 相降压变压器任意一相低压侧并联单相降压变压器， 且所述单相降压变压器低压侧一端接 地， 另一端通过开关器件接地。利用开关器件的

14、导通和断开， 在所在的支路中产生干扰信 号。 如果在并网逆变器并网端口处检测到该干扰信号， 则认为没有产生孤岛现象， 否则认为 产生孤岛现象。本检测系统没有检测盲区， 响应时间短。根据实际需求， 可以在每个并网逆 变器所在的支路设置孤岛检测系统， 因此， 每个孤岛检测系统都是独立的， 相互之间没有影 响， 不受逆变器数目的影响。另外， 本发明所提供的孤岛检测系统， 仅对三相电中的一相进 行处理， 而另外两相的电能质量没有影响， 可以将对电能质量要求较高的负载挂在未处理 的两相电上。 附图说明 0030 为了更清楚地说明本发明实施例， 下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的 介绍， 显而易见地

15、， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人 员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。 0031 图 1 为本发明提供的一种孤岛检测系统结构图 ； 0032 图 2 为本发明提供的一种孤岛检测方法流程图 ； 说 明 书 CN 104330707 A 4 3/5 页 5 0033 图 3 为本发明提供的另一种孤岛检测方法流程图。 具体实施方式 0034 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部实施例。基于本 发明中的实施例， 本领域

16、普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下， 所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护范围。 0035 本发明的核心是提供一种孤岛检测系统， 用于当电力系统因故障事故或停电维修 等原因停止工作时， 检测光伏并网发电系统是否存在孤岛现象。 0036 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案， 下面结合附图和具体实施方式 对本发明作进一步的详细说明。 0037 实施例一 0038 图 1 为本发明提供的一种孤岛检测系统结构图。孤岛检测系统包括 ： 0039 单相降压变压器 10， 所述单相降压变压器 10 并联在接有并网逆变器的支路所在 的配电所的三相降压变压器任意一相低压侧， 所述单相降压变压

17、器 10 的低压侧一端接地， 另一端通过开关器件 11 接地， 用于产生干扰信号。 0040 通常情况下， 在不同的区域会设置多个配电所， 一个配电所下辖若干支路。 配电所 中的变压器 ( 三相降压变压器 ) 将电网电压降至一定值后， 通过各个支路和设置在支路上 的并网逆变器， 将电能供应至用户。 为了防止出现孤岛现象， 在三相降压变压器任意一相低 压侧并联一个单相降压变压器10。 该单相降压变压器10的低压侧一端直接接地， 另一端通 过开关器件 11 接地。因此， 并网逆变器接收到的是三相降压变压器和单相降压变压器 10 共同作用下的电能。 0041 其中， 开关器件11在所述单相降压变压器

18、10低压侧电压下降至电压阈值时导通 ； 所述开关器件 11 在导通后， 达到第一时间阈值时断开。 0042 由于开关器件 11 的导通和断开， 单相降压变压器 10 高压侧的电压会随之发生改 变， 由于单相降压变压器 10 和三相降压变压器任意一相低压侧并联， 因此， 并网逆变器接 收到的其中一相的电压会在第一时间阈值段内持续出现 0V。正常情况下， 该三相电压应为 交流输出， 反映在电压波形上应为类似于正弦波的形状 ； 当出现并联单相降压变压器的一 相电压在一定时间段内持续出现 0V 现象时， 就说明产生了干扰信号。 0043 其中， 第一时间阈值就是开关器件导通的时间。 开关器件导通后，

19、单相降压变压器 短路， 因此， 反映在电压的大小就是接近 0V。 0044 信号检测装置 12， 设置于所述并网逆变器并网端口处， 用于检测所述干扰信号， 并 在第二时间阈值内检测不到所述干扰信号的情况下， 确定产生孤岛现象。 0045 信号检测装置 12 设置在并网逆变器并网端口处， 能够检测所在支路的电压信号。 如果电力系统正常运行的话， 信号检测装置检测的电压信号的其中一相是包含有干扰信号 的。如果电力系统因故障事故或停电维修等原因停止工作， 则信号检测装置就检测不到所 述的干扰信号， 此时， 信号检测装置确定产生孤岛现象。 0046 本实施例提供的孤岛检测装置没有检测盲区， 响应时间短

20、。此外本装置无需改动 现有的输电线路， 因此， 结构简单， 成本较低。 说 明 书 CN 104330707 A 5 4/5 页 6 0047 需要说明的是， 本实施所述的第一阈值时间可以根据实际情况设定， 通常较短， 只 要能够让信号检测装置检测到即可。电压阈值可以根据不同的开关器件选取不同的数值。 此外， 第二时间阈值也可以根据实际情况设定， 为了提高系统的可靠性， 降低误操作带来的 影响， 可以设定信号检测装置在连续若干个周期内检测不到干扰信号才断开， 即第二时间 阈值可以设定为周期的整数倍。 0048 作为一种优选的实施方式， 开关器件 11 可以为 ： 两个 P 型绝缘栅双极型晶体管

21、反 向串联， 参见图 1。 0049 采用两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联作为开关器件， 成本低， 控制方法简 单。 0050 当开关器件为两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联时， 如果电压设定太高不利 于开关器件关断， 太低不利于开关器件导通。 为了有利于开关器件的导通和断开， 优选的方 式是 ： 0051 单相降压变压器将所述三相降压变压器任意一相低压侧 220V 电压降至 15V。 0052 需要说明的是， 单相降压变压器并不是必须要将电压降至 15V， 根据实际情况， 不 同的开关器件， 可以设置不同的值， 这里选择 15V， 仅是为了有利于开关器件的导通和关断。 0053 在

22、具体实施中， 如果电压阈值设置过高则影响电能质量， 会导致长时间的处于接 近 0V， 如果设置过低， 干扰信号持续时间太短， 不利于识别。 0054 作为一种优选的实施方式， 所述电压阈值为 5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 0055 需要说明的是， 电压阈值和第二时间阈值可以根据不同的开关器件选择不同的 值。本优选方式， 只是权衡电能质量和利于识别的基础上的做出的限定。 0056 当信号检测装置在第二时间阈值内检测不到干扰信号时， 则确定当前产生孤岛现 象。 当出现孤岛现象时， 若不切断并网逆变器和其所在的支路的连接， 则可能导致电器设备 出现故障。 0057 因此， 所述信号检测装

23、置还用于当确定出产生孤岛现象后， 切断所述并网逆变器 和所述支路的连接。 0058 当产生孤岛现象后， 信号检测装置通过切断并网逆变器和其所在的支路的连接， 就能消除孤岛现象， 降低电器设备的损坏。 0059 实施例二 0060 图 2 为本发明提供的一种孤岛检测方法流程图。孤岛检测方法包括 ： 0061 S20 ： 在接有并网逆变器的支路所在的配电所的三相降压变压器任意一相低压侧 并联单相降压变压器 ； 0062 其中， 将所述单相降压变压器的低压侧一端接地， 将另一端通过开关器件接地 ； 0063 在三相降压变压器任意一相低压侧并联单相降压变压器， 并不影响其他两相的电 能质量。将二者并联

24、后， 在接有并网逆变器的支路就能同时检测到三相降压变压器和单相 降压变压器共同作用下的电能信号， 例如， 电压信号。 0064 S21 ： 在所述单相降压变压器低压侧电压下降至电压阈值时， 所述开关器件导通， 在导通后， 达到第一时间阈值时， 所述开关器件断开 ； 0065 通常情况下， 单相降压变压器输出的电压值类似于正弦波形状， 因此开关器件能 够根据不同的电压值， 处于导通状态。当单相降压变压器低压侧电压下降至能够使开关器 说 明 书 CN 104330707 A 6 5/5 页 7 件导通的电压值， 即电压阈值时， 开关器件就导通。当开关器件导通后， 达到第一时间阈值 时， 就断开。这

25、样才不至于对三相降压变压器低压侧的电压有太大的影响。如果开关器件 导通后， 一直不断开， 就严重影响三相降压变压器向用户供电， 也就失去了检测的意义。 0066 S22 ： 获取所述并网逆变器并网端口处的电压信号 ； 0067 由于开关器件导通时， 单相降压变压器短路， 因此与其并联的三相降压变压器低 压侧的一相会在导通时间内出现接近 0V 的电压。为了能够检测开关器件导通和关断后带 来的电压信号变化， 需要获取并网逆变器并网端口处的电压信号。 0068 S23 ： 判断所述并网逆变器并网端口处的电压信号是否包含有表征所述开关器件 导通和断开的干扰信号 ； 0069 当获取到并网逆变器并网端口

26、处的电压信号后， 需要进行判断该电压信号是否包 含有表征开关器件导通和断开的干扰信号 ； 该干扰信号就是由于开关器件导通时， 单相降 压变压器短路带来的。 0070 S24 ： 当第二时间阈值内所述并网逆变器并网端口处的电压信号未包含有所述干 扰信号时， 确定为产生孤岛现象。 0071 如果电力系统正常运行的话， 信号检测装置检测的电压信号的其中一相是包含有 干扰信号的。如果电力系统因故障事故或停电维修等原因停止工作， 则信号检测装置就检 测不到所述的干扰信号， 此时， 信号检测装置确定产生孤岛现象。 0072 本实施例提供的孤岛检测方法， 没有检测盲区， 步骤简单， 响应时间短。 0073

27、作为一种优选的实施方法， 所述的开关器件为两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向 串联。 0074 当两个 P 型绝缘栅双极型晶体管反向串联作为开关器件时， 优选的 ： 0075 所述单相降压变压器将所述三相降压变压器任意一相低压侧 220V 电压降至 15V。 0076 在具体实施中， 如果电压阈值设置过高则影响电能质量， 会导致长时间的处于接 近 0V， 如果设置过低， 干扰信号持续时间太短， 不利于识别。 0077 作为一种优选的实施方式， 所述电压阈值为 5V， 所述第二时间阈值为 1.5ms。 0078 图 3 为本发明提供的另一种孤岛检测方法流程图。 0079 当信号检测装置检测在第二

28、时间阈值内检测不到干扰信号时， 则确定当前产生孤 岛现象。 当出现孤岛现象时， 若不切断并网逆变器和其所在的支路的连接， 则可能导致电器 设备出现故障。 0080 因此， 所述孤岛检测方法还包括 ： 0081 S30 ： 切断所述并网逆变器和所述支路的连接。 0082 当产生孤岛现象后， 信号检测装置通过切断并网逆变器和其所在的支路的连接， 就能消除孤岛现象， 降低电器设备的损坏。 0083 以上对本发明所提供的孤岛检测系统及孤岛检测方法进行了详细介绍。 本文中应 用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理 解本发明的方法及其核心思想。 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离 本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发 明权利要求的保护范围内。 说 明 书 CN 104330707 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104330707 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 104330707 A 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 104330707 A 10