一种大规模分布式电源并网孤岛检测方法与流程

本发明涉及电力系统的技术领域，尤其涉及一种大规模分布式电源并网孤岛检测方法。

背景技术：

近年来，以风电为代表的清洁能源迅猛发展，装机容量逐年增大，随之而来的集中式清洁能源消纳及送出问题也日益突出。含分布式清洁能源的大规模分布式电源以其供电灵活、能够就地消纳等优点成为未来清洁能源的发展方向。大规模分布式电源最主要的特点是能够在并网/离网不同模式下稳定运行，其中孤岛检测的速度及灵敏度在并网/离网转换过程中非常重要。大规模分布式电源在不同运行状态下对于分布式电源的控制策略完全不同，只有准确检测出孤岛状态，才能及时调整控制策略保证大规模分布式电源稳定运行，因此研究大规模分布式电源孤岛检测技术具有非常重要的意义。

孤岛检测方法一般可分为无源法和有源法。无源检测方法基本原理为检测大规模分布式电源的电压幅值、频率等电气量来判断系统是否发生孤岛现象，当孤岛情况下大规模分布式电源与负荷匹配时会出现检测盲区。有源检测方法通过改变输出电流的频率、幅值等方式来实现孤岛检测，该方法在电源与负荷匹配工况下依然有效，但其发出的扰动信号会影响大规模分布式电源整体电能质量。本发明将大规模分布式电源孤岛转换过程中混沌特征参数的变化应用于大规模分布式电源被动孤岛检测，能够有效避免传统被动孤岛检测方法由于运行工况变化而造成孤岛检测误动作的现象。

在孤岛工况下，微电网会产生混沌现象，其原因主要来源于2个方面：

1)在并网/孤岛转换过程中，并网点的短路容量会产生较大的变化，导致微电网呈现出混沌特性。

2)微电网中的光伏逆变器电路和储能中的升压电路均存在大量的非线性电子元件，导致微电网在孤岛过程中呈现混沌特性。

技术实现要素：

本发明提供一种大规模分布式电源并网孤岛检测方法，目的是为了实现大规模分布式电源的并网孤岛检测，并提高被动孤岛检测的准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大规模分布式电源并网孤岛检测方法，将混沌特性及Lyapunov指数引入分布式电源并网孤岛检测中，在测试过程中，全程记录分布式电源的Lyapunov指数以便于对分布式电源进行准确可靠的孤岛检测。

所述Lyapunov指数表示用来判断微电网在并网/孤岛转换过程中是否发生了混沌现象，如果Lyapunov指数大于零，则表征系统发生了混沌现象，反之则认为没有发生混沌现象。

所述Lyapunov指数提取方法如下：对于一维动力系统x_n+1＝F(x_n)，初始2点经过迭代后究竟是呈现分离状态还是呈现靠拢状态，取决于F(x)导数的绝对值|dF/dx|：如果|dF/dx|＞1，则迭代后两点呈分开状态；如果|dF/dx|＜1，则迭代后两点呈靠拢状态，但在多次迭代过程中，|dF/dx|的值也会不断变化。为从整体上分辨出相邻两状态分离的情况，必须对时间或者迭代次数取平均值。设平均每次迭代所引起的指数分离中的指数为λ，原来相距为ε的2个点经过n次迭代后，其距离为：

式(1)中：λ为里亚布诺夫指数，n为电压采样个数，|dF/dx|为相空间距离；

式中λ具有与初始值选取无关的特性，被称为原动力系统的李雅普诺夫(Lyapunov)指数，它表征系统在多次迭代中平均每次迭代所引起的指数分离中的指数；如果λ<0，意味相邻点呈现靠拢状态，表征系统最终为稳定的不动点和周期运动；如果λ>0，表明相邻点呈现分离状态，表征系统运动轨道的局部不稳定；因此，可以将λ>0作为系统混沌行为的判据之一；在n维的离散动力系统中有n个Lyapunov指数，其大小排列为λ1≥λ2...≥λn，最大Lyapunov指数λmax＝λ1，如果λmax大于零则认为系统呈现混沌特性。

所述Lyapunov指数提取方法是采用现场实测方法来进行验证，其具体测试步骤如下：

1)分布式电源并网，负荷正常运行，储能系统运行于PQ控制模式，光伏电源未启动；

2)启动光伏，并运行至稳定状态；

3)调整分布式电源负载，保证分布式电源中的负荷与电源基本保持平衡；

4)手动断开分布式电源并网开关，分布式电源短暂孤岛运行后由于没有调节能力而整体脱网；

5)采用谐波检测法进行孤岛检测，结果表明在光伏启动等工况中容易出现误判现象；

6)在测试过程中全程记录Lyapunov指数，采用Lyapunov指数进行孤岛检测；检测结果表明采用混沌检测方法能够有效检测出孤岛，且避免误判现象的发生。

本发明的优点及有益效果是：

本发明将大规模分布式电源并网/孤岛混沌特性引入被动孤岛检测减小了传统孤岛检测盲区，提高了被动孤岛检测的准确性和可靠性。将大规模分布式电源孤岛转换过程中混沌特征参数的变化应用于大规模分布式电源被动孤岛检测，能够有效避免传统被动孤岛检测方法由于运行工况变化而造成孤岛检测误动作的现象。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但不仅限于本发明实施例中所例范围。

附图说明

图1是本发明大规模分布式电源系统结构图；

图2是微电网不同工况下的仿真波形；

图3是采用传统谐波畸变率对典型工况进行孤岛检测，共发出了3次孤岛检测信号，但前2次是由于光伏启动及投入电容器而造成的误判断信号；

图4是利用最大Lyapunov指数检测孤岛，该方法准确地检测出了微电网的离网状态，并且在光伏启动和电容器投入等工况下未发出误判信号。

具体实施方式

本发明是一种大规模分布式电源并网孤岛检测方法，是将混沌特性及Lyapunov指数引入分布式电源并网孤岛检测中，在测试过程中，全程记录分布式电源的Lyapunov指数以便于对分布式电源进行准确可靠的孤岛检测。

Lyapunov指数表示用来判断微电网在并网/孤岛转换过程中是否发生了混沌现象，如果Lyapunov指数大于零，则表征系统发生了混沌现象，反之则认为没有发生混沌现象。

Lyapunov指数提取方法如下：对于一维动力系统x_n+1＝F(x_n)，初始2点经过迭代后究竟是呈现分离状态还是呈现靠拢状态，取决于F(x)导数的绝对值|dF/dx|：如果|dF/dx|＞1，则迭代后两点呈分开状态；如果|dF/dx|＜1，则迭代后两点呈靠拢状态，但在多次迭代过程中，|dF/dx|的值也会不断变化。为从整体上分辨出相邻两状态分离的情况，必须对时间或者迭代次数取平均值。设平均每次迭代所引起的指数分离中的指数为λ，原来相距为ε的2个点经过n次迭代后，其距离为：

式(1)中：λ为里亚布诺夫指数，n为电压采样个数，|dF/dx|

为相空间距离。

式中λ具有与初始值选取无关的特性，被称为原动力系统的李雅普诺夫(Lyapunov)指数，它表征系统在多次迭代中平均每次迭代所引起的指数分离中的指数。如果λ<0，意味相邻点呈现靠拢状态，表征系统最终为稳定的不动点和周期运动；如果λ>0，表明相邻点呈现分离状态，表征系统运动轨道的局部不稳定。因此，可以将λ>0作为系统混沌行为的判据之一。在n维的离散动力系统中有n个Lyapunov指数，其大小排列为λ1≥λ2...≥λn，最大Lyapunov指数λmax＝λ1，如果λmax大于零则认为系统呈现混沌特性。

为验证本发明可靠性，采用现场实测方法来进行验证，如图1所示，图1为被测试微电网具体结构，其具体测试步骤如下：

1)分布式电源并网，负荷正常运行，储能系统运行于PQ控制模式，光伏电源未启动。

2)启动光伏，并运行至稳定状态。

3)调整分布式电源负载，保证分布式电源中的负荷与电源基本保持平衡。

4)手动断开分布式电源并网开关，分布式电源短暂孤岛运行后由于没有调节能力而整体脱网，如图2所示，图2为实验过程中的电压波形；

5)采用谐波检测法进行孤岛检测，结果表明在光伏启动等工况中容易出现误判现象，如图3所示，图3为采用谐波检测法的检测结果。

6)在测试过程中全程记录Lyapunov指数，采用Lyapunov指数进行孤岛检测。检测结果表明采用混沌检测方法能够有效检测出孤岛，且避免误判现象的发生。如图4所示，图4为采用混沌检测方法检测到的具体结果。