多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法与系统

摘要

本发明公开了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法及系统。其中，该方法包括：在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测低频电压电流相角差；根据系统参数确定阻抗角整定值，根据负载参数确定负载侧功率因数角，确认阻抗角整定值与负载侧功率因数角满足一定的比例关系；将所述低频电压电流相角差与所述阻抗角整定值进行比较，并且当所述阻抗角整定值与所述低频电压电流相角差满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。

权利要求

1.一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法，其特征在于，包括：在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测低频电压电流相角差，所述低频小电源为标准50HZ以下频率的正弦波；

根据系统参数确定阻抗角整定值 ，根据负载参数确定负载侧功率因数角 ，所述阻抗角整定值 与所述负载侧功率因数角 需满足 ，其中 为灵敏系数；

将所述低频电压电流相角差 与所述阻抗角整定值 进行比较，当满足时，判别系统处于孤岛运行状态，并通过融合终端跳开台区的所有分布式光伏并网断路器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测所述低频电压电流相角差 ，包括：确定低频小电源为标准50HZ以下频率的正弦波，所述低频小电源可为电压源或电流源；

通过带通滤波单元采集低频频段的信号并同时屏蔽其他频段信号；

监测所述低频电压电流相角差 。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据系统参数确定阻抗角整定值 ，包括：根据中压线路长度、型号参数计算确定中压系统线路在低频下的电抗X1、电阻R1值；

根据中压配电变压器参数计算确定配电变压器在低频下的电抗X2值；

根据所述中压系统线路电抗X1、电阻R1值和配电变压器的电抗X2值，确定阻抗角整定值 。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据负载参数确定负载侧功率因数角 ，包括：根据负载线路长度、型号计算确定负载侧线路在低频下的电抗X3、电阻R3值；

根据负载大小及功率因数，计算确定负载在低频下的等值电抗X4、电阻R4值；

根据X3、R3、X4、R4计算台区负载侧功率因数角 。

5.一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护系统，其特征在于，包括：电压电流相角差监测模块，用于在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，通过电压电流相角差监测单元监测低频电压电流相角差 ，所述低频小电源为标准

50HZ以下频率的正弦波；

阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，用于根据系统参数确定阻抗角整定值，根据负载参数确定负载侧功率因数角 ，所述阻抗角整定值 与所述负载侧功率因数角 需满足 ，其中 为灵敏系数；

孤岛运行状态判别模块，用于将所述低频电压电流相角差 与所述阻抗角整定值进行比较，当满足 时，判别系统处于孤岛运行状态，并通过融合终端跳开台区的所有分布式光伏并网断路器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，电压电流相角差监测模块，包括：低频电源注入单元，用于注入频率低于50HZ的低频小电源，所述低频小电源可为电压源或电流源；

带通滤波单元，用于采集低频频段的信号并同时屏蔽其他频段信号；

电压电流相角差监测单元，用于监测低频电压电流相角差 。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，包括：阻抗角整定值计算单元，用于根据中压线路长度、型号参数计算确定中压系统线路在低频下的电抗X1、电阻R1值；根据中压配电变压器参数计算确定配电变压器在低频下的电抗X2值；根据所述中压系统线路电抗X1、电阻R1值和配电变压器的电抗X2值，确定阻抗角整定值 。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，包括：负载侧功率因数角计算单元，用于根据负载线路长度、型号计算确定负载线路在低频下的电抗X3、电阻R3值；根据负载大小及功率因数，计算确定负载在低频下的等值电抗X4、电阻R4值；根据X3、R3、X4、R4计算台区负载侧功率因数角 。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，孤岛运行状态判别模块，包括：跳开光伏并网断路器单元，用于当判定系统为孤岛运行状态时，向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1‑4任一项所述的方法。

说明书

多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法与系统

技术领域

[0001] 本发明涉及防孤岛保护技术领域，特别是一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法与系统。

背景技术

[0002] 防孤岛方法主要可以分为两大类：被动检测方法、主动检测方法。

[0003] 被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。被动检测法一般实现起来比较简单，然而当并网逆变器的输出功率与局部电网负载的功率基本接近，导致局部电网的电压和频率变化很小时，被动检测法就会失效，此方法存在较大的非检测区。

[0004] 主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。主动检测法检测精度高，但是控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。同时，主动注入方法多采用谐波注入，但系统本身谐波含量就比较大，因此对检测效果产生影响。

[0005] 在以往的涉及电压电流相角差的反孤岛监测方法中，电压电流相角差均为逆变器输出端的电压电流相角差，且方案均基于基波50HZ信号或谐波信号。该类方案仅适用于台区只有一路分布式光伏接入的情况，因为只有此时逆变器输出端的电压电流相角差才可反应负荷阻抗，如果系统有多路分布式光伏接入，则该方法不成立，方法不具备普遍适用性；同时由于系统谐波的影响，此类案本身也存在误差较大的问题，不具备大规模应用的条件。

发明内容

[0006] 根据本发明，提供了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法及系统，以解决现有反孤岛保护方法中存在的适应性差、误判率高、影响电能质量等问题。

[0007] 根据本发明的第一个方面，提供了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法，包括：

[0008] 在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测所述低频电压电流相角差；

[0009] 根据系统参数确定阻抗角整定值；根据负载参数确定负载侧功率因数角；确认阻抗角整定值与负载侧功率因数角满足一定的比例关系；

[0010] 将所述低频电压电流相角差与所述阻抗角整定值进行比较，并且当所述阻抗角整定值与所述低频电压电流相角差满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。

[0011] 根据本发明的第二个方面，提供了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛系统，包括：

[0012] 电压电流相角差监测模块，用于在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，通过电压电流相角差监测单元监测所述低频电压电流相角差；

[0013] 阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，用于根据系统参数确定阻抗角整定值；根据负载参数确定负载侧功率因数角；确认阻抗角整定值与负载侧功率因数角满足一定比例关系；

[0014] 孤岛运行状态判别模块，用于将所述低频电压电流相角差与所述阻抗角整定值进行比较，并且当所述阻抗角整定值与所述低频电压电流相角差满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。

[0015] 根据本发明的第三个方面，提供了所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述任一项所述的方法。

[0016] 本发明通过在配电台区低压母线处注入低频小电源，监测低频电压电流相角差并与阻抗角整定值比较，即可检测出系统为并网运行还是孤岛运行状态。该方案排除谐波干扰，准确率高，且随着分布式光伏大量接入配电台区，该方案也适用于多路分布式光伏接入的情况。该检测方法不需要进行任何复杂计算，具有很好的灵敏性、选择性、快速性。

附图说明

[0017] 通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

[0018] 图1为本实施方式所述的一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法的流程示意图；

[0019] 图2为本实施方式所述的一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护系统的结构示意图；

[0020] 图3为本实施方式所述的一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护系统的应用场景及系统信号传输流程示意图。

具体实施方式

[0021] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

[0022] 除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

[0023] 根据本发明的第一个方面，提供了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法100，参考图1所示，该方法100包括：

[0024] S101: 在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测所述低频电压电流相角差 ；

[0025] S102: 根据系统参数确定阻抗角整定值 ；根据负载参数确定负载侧功率因数角 ；确认阻抗角整定值 与负载侧功率因数角 满足一定比例关系；

[0026] S103: 将所述电压电流相角差 与所述阻抗角整定值 进行比较，并且当所述阻抗角整定值 与所述电压电流相角差 满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。可选地，在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，监测所述低频电压电流相角差 ，包括：

[0027] 低频小电源为频率低于50HZ的正弦波，低频小电源可为电压源或电流源；

[0028] 通过带通滤波单元采集低频频段的信号并同时屏蔽其他频段信号；

[0029] 监测所述低频电压电流相角差 。

[0030] 本实施例中，在配电台区低压母线处注入低频20HZ电压源及带通滤波单元，并监测20HZ的电压电流相角差 。

[0031] 可选地，根据系统参数确定阻抗角整定值 ，根据负载参数确定负载侧功率因数角 ，确认阻抗角整定值 与负载侧功率因数角 的比例关系，包括：

[0032] 根据中压线路长度、型号参数计算确定中压系统线路在低频下的电抗X1、电阻R1值；

[0033] 根据中压配电变压器参数计算确定配电变压器在低频下的电抗X2值；

[0034] 根据所述中压系统线路电抗X1、电阻R1值和配电变压器的电抗X2值，进而计算确定阻抗角整定值 。

[0035] 根据负载参数，确定负载侧功率因数角，包括：

[0036] 根据负载线路长度、型号参数计算确定负载侧线路在低频下的电抗X3、电阻R3值；

[0037] 根据负载大小及功率因数，计算确定负载在低频下的等值电抗X4、电阻R4值；

[0038] 根据X3、R3、X4、R4计算台区负载侧功率因数角 。

[0039] 具体地，根据中压线路长度L1、单位长度电抗值x1、单位长度电阻值r1计算确定中压系统线路在低频A（A<50） HZ下的电抗 ，电阻 ；

[0040] 根据中压配电变压器参数（容量Se（KVA）、高压侧电压Ue（kV）、短路电压比Uk%）计算确定配电变压器在A（A<50）HZ下的电抗欧姆；

[0041] 阻抗角整定计算公式为： ；

[0042] 根据负载线路长度L3、单位长度电抗值x3、单位长度电阻值r3计算负载线路在A（A<50） HZ下的电抗 欧姆；电阻 欧姆；

[0043] 根据负载视在功率S（VA）及功率因数 ，计算确定负载在A （A<50）HZ下的电抗 欧姆；电阻 欧姆；

[0044] 负载侧功率因数角 ；

[0045] 确定所述阻抗角整定值 与所述负载侧功率因数角 满足 ，其中为灵敏系数；

[0046] 本实施例中：中压线路的阻抗：中压10kV线路型号为LG－95，每公里电 抗x1为0.342欧姆，每公里电阻r1为0.33欧姆；其供电距离L1为10公里。欧姆， 欧姆；（线路型号
数据来自国家电网公司配电网工程典型设计10kV架空线路分册、阻抗数据来自电力工程电气一次设计手册）。

[0047] 配电变压器阻抗：配电变压器参数为：Se=400kVA，变比为10.5kV/0.4kV,Uk%=4,其归算至10kV侧的电抗值为
欧姆。

[0048] 阻抗角整定值为： ，灵敏系数 =1.5；

[0049] 低压负载输电线路的阻抗情况：低压线路型号为jklyj‑1/70,其电阻r3为0.443欧姆/km,其电抗x3为0.335欧姆/km，供电距离为100m。欧姆， 欧姆；

[0050] 台区负载为150KVA，且功率因数角度为0.85，

[0051] 欧姆；

[0052] 欧姆；

[0053] ；

[0054] 满足灵敏度要求。

[0055] 可选地，将所述低频电压电流相角差 与所述阻抗角整定值 进行比较，并且当所述阻抗角整定值 与所述电压电流相角差 满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令，包括：

[0056] 当满足 时，判别系统处于孤岛运行状态并将跳闸命令发送至台区融合终端，通过融合终端跳开台区的所有分布式光伏并网断路器。

[0057] 本实施例中，当台区为并网运行时， ，不满足反孤岛保护动作条件，反孤岛保护不动作；当台区为孤岛运行时，根据以上计算， ，满足反孤岛保护动作条件，此时将反孤岛保护跳闸命令发送至融合终端，通过融合终端跳开台区的所有分布式光伏并网断路器。

[0058] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护系统300，参考图2及图3所示，该系统300包括：

[0059] 电压电流相角差监测模块310，用于在配电台区低压母线处注入低频小电源以及带通滤波单元，并通过电压电流相角差监测单元监测所述低频频电压电流相角差 ；

[0060] 阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块320，用于根据系统参数确定阻抗角整定值；根据负载参数确定负载侧功率因数角；确认阻抗角整定值与负载侧功率因数角满足一定比例关系；

[0061] 孤岛运行状态判别模块330，用于将所述电压电流相角差与所述阻抗角整定值进行比较，并且当所述阻抗角整定值与所述电压电流相角差满足一定比例关系时，判别系统处于孤岛运行状态，并向台区融合终端发出光伏并网断路器的跳闸命令。

[0062] 可选地，电压电流相角差监测模块，包括：

[0063] 低频电源注入单元，用于注入频率低于50HZ的低频小电源，所述低频小电源可为电压源或电流源；

[0064] 带通滤波单元，用于采集低频频段的信号并同时屏蔽其他频段信号；

[0065] 电压电流相角差监测单元，用于监测低频电压电流相角差 。

[0066] 可选地，阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，包括：

[0067] 阻抗角整定值计算单元，用于根据中压线路长度、型号参数计算确定中压系统线路在低频下的电抗X1、电阻R1值；根据中压配电变压器参数计算确定配电变压器在低频下的电抗X2值；根据所述中压系统线路电抗X1、电阻R1值和配电变压器的电抗X2值，确定阻抗角整定值 。

[0068] 可选地，阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，包括：

[0069] 负载侧功率因数角计算单元，用于根据负载线路长度、型号计算确定负载线路在低频下的电抗X3、电阻R3值；根据负载大小及功率因数，计算确定负载在低频下的等值电抗X4、电阻R4值；根据X3、R3、X4、R4计算台区负载侧功率因数角 。

[0070] 可选地，阻抗角整定值及负载侧功率因数角确定模块，包括：

[0071] 灵敏度验证单元，用于验证所述阻抗角整定值 与所述负载侧功率因数角满足 ，其中 为灵敏系数；

[0072] 可选地，孤岛运行状态判别模块，包括：

[0073] 孤岛运行状态判别单元，用于比较阻抗角整定值 与低频电压电流相角差 的关系，当满足 时，判定为孤岛运行；

[0074] 可选地，孤岛运行状态判别模块，包括：

[0075] 跳开断路器单元，当判定为孤岛运行状态时，通过融合终端跳开台区的所有分布式光伏并网断路器。

[0076] 本发明的实施例的一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护系统300与本发明的另一个实施例的一种多路光伏接入的台区的低频注入式反孤岛保护方法100相对应，在此不再赘述。

[0077] 根据本发明的第三个方面，提供了所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述任一项所述的方法。

[0078] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

[0079] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

[0080] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

[0081] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

[0082] 尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

[0083] 显然，本领域的技术人员可对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。