专利名称：用于检测分布式发电机的孤岛状况的方法及设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及分布式发电，具体涉及检测分布式发电机的孤岛状况。
背景技术：
近来，基于可再生能源的分布式发电(DG)已展示出由决策者、气候变化的全球关注、可承受的能源短缺技术的可用性、清洁能源生产的兴趣等推进的显著增长。使用基于矿物燃料(煤、天然气等)的发电厂的能源供应商也在投资于依靠可再生替代方案比如风力涡轮发电机和光伏系统对能源发电业务进行的拓展。然而，为了将这样的系统连接至市电网，要满足几个要 求。在光伏系统(PV)的情况下，通常通过标准化机构比如IEC和IEEE而且通过地方监管局公布这些要求。要求之一是光伏系统应当能够检测孤岛状况，该要求在世界的许多地区内是强制性的。孤岛指的是即使来自电业的电力不再存在，分布式发电机仍继续向一部分配电网络供电的状况。图Ia和图Ib示出了并网模式与孤岛模式之间的差异。在图Ia中，切换器件I例如断路器或保险丝接通，从而分布式发电机在并网模式下工作。在图Ib中，切换器件I断开，从而网络的下部2不再连接至主电网。然而，如果由分布式发电机生成的电力接近匹配负载需要的电力，则网络能够在孤岛模式下继续工作。孤岛对于可能没有意识到即使没有来自主电网的电力而网络的特定部分仍被供电的电业工人而言可能是危险的。此外，尤其在重新接通到孤岛中的情况下，孤岛能够导致用户设备的损坏。为此，分布式发电机可能必须能够检测孤岛并立即停止电力生产。历史上，已经发展了用于检测孤岛状况的多种方法。这些方法能够归类到三个主要组中被动方法、主动方法和基于通信的方法。被动方法监视一个或更多个电网变量，并且能够基于变量与容许阈值的偏差作出断开(检测到孤岛)的判断。主动方法故意扰动电网，并且基于对该扰动的电网响应(电网电学量的变化)来判断孤岛是否发生了。基于通信的方法利用具有外部单元(例如由配电系统操作者拥有)的通信装置，该通信装置用信号将切换装置的断开通知给该部分网络中的所有分布式发电机。以上方法中的每个方法具有其自身的长处和短处。在当今市场中遇到主动方法的频率最高。主动方法的优点是非常小的非检测区和容易在微处理器中实现。然而，主动方法因其引入到电网中的扰动会具有缺点，扰动经常与电力质量相关联。在一些情况下，产生用于观测孤岛检测的大电流变化量会对电力质量有负面影响。可以根据经验选择变化量以便确保分布式发电机不遗漏孤岛状况。可以将变化量选择为高于恰好提供安全裕度所需要的变化量。最大变化量可以由监管局来限制。虽然由分布式发电机产生的电流变化量对于某一制造商是固定的，但是对这些变化量的电网响应依赖于由分布式发电机认定的电网阻抗。从而，电网响应对于不同阻抗(或不同位置)是不同的。因此，通过主动方法产生的扰动不可能对于所有位置和所有操作状况是最优的。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实现该方法的设备以便克服以上问题。通过以独立权利要求中陈述的内容为特征的方法和设备来实现本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。本发明基于针对电网阻抗的不同值自适应调节对电网所引入的变化量的思想。可以基于估计的电网阻抗来调节变化量。也可以调节与电网响应进行比较的阈值。所公开的针对电网阻抗的不同值进行的自适应调节能够帮助减小由潜在大电力变化量引起的对电力质量的影响。对连接至同一馈电线的其他分布式发电机的影响也可以减小，从而使由于潜在大电网电压变化量引起的超过这些分布式发电机的噪扰(nuisance)跳闸限值(这样的限值在此限值，网络中的小扰动比如负载的连接/断开会引起分布式发电机的故障事件)的风险最小化。
以下将参照附图通过优选实施例对本发明进行更详细的描述，附图中图Ia和Ib示出了分布式网络的并网模式与孤岛模式之间的主要差异；图2示出了电压、阻抗与电流之间的关系；图3示出了分布式发电机连接至市电网的实施例；以及图4示出了使用电网阻抗的值来计算需要注入到电网连接点以检测孤岛的恰当变化量的实施例。
具体实施例方式作为示例，以下对按照电压变化量的电网响应进行详述。图2示出了电压变化量AVw、电网阻抗Zg与输出电流变化量Aiw之间的关系。分布式发电机的输出电流变化量AiDe用实线来表不。分布式发电机的输出的电压变化量AVm;用虚线来表不。由于这些量之间的直接关系，能够得到电压变化量取大幅度的两种情况。如果电流变化量Aiw大，则电压变化量A Vdg大。类似地，如果电网阻抗Zg大，则电压变化量AVdg大。如果已知电网阻抗Zg，则能够以该阻抗Zg上的电压降随时间推移不变且可控的方式控制电流变化量AiD(；。受控电压变化量A Vm,。㈨用图2中的点线表示。能够控制电压变化量尽需要大于阈值但不过大。因此，可以使用用于检测孤岛状况的以下方法。首先，估计电网阻抗。为了实现此估计，可能需要监视电网参数比如电压、频率或电流。然后可以对电网的第一电学量引入变化量。为了使引入的变化量对电网的影响最小化，可以基于估计的电网阻抗优化对电网引入的变化量的幅度。第一电学量可以例如是分布式发电机的输出电流。可以例如通过基于估计的阻抗来确定变化量基准并通过基于变化量基准来控制分布式发电机对第一电学量 弓I入变化量的方式引入变化量。由于第一电学量的变化量引起电网的第二电学量的变化量，所以然后可以监视到以第二电学量的变化量的形式的电网响应。可以基于监视到的响应来确定孤岛状况。第二电学量可以例如是电网在分布式发电机的连接点处的电压、频率或相位。确定第二电学量的变化量以估计电网阻抗。然后，可以将第二电学量的变化量与设置的阈值进行比较。然后可以基于比较结果来确定孤岛状况。阈值不一定是固定的。可以例如基于并网模式下的稳态电网响应来确定阈值的水平。图3示出了分布式发电机10连接至市电网11的实施例。在发电机10与电网11之间是阻抗12。发电机控制电网连接点处的电流iDe。可以如下表示电流iDe的有功分量和无功分量ipDG(t) = ipDG(t-l) +A ipDG(t) (I)iqDG(t) = iqDG(t-l) +A iqDG(t) (2) 其中，ipDG(t)是发电机在时刻t传送的有功电流，ipDG(t-l)是发电机在时刻t_l传送的有功电流，并且Aipw(t)是在时刻t_l与t之间的电流变化量。类似表示法也用于无功电流iqDe。取决于电网具有的阻抗的类型，有功电流的变化量和无功电流的变化量导致电网连接点处的电压变化量AVw和/或频率变化量AfDe。在存在市电网的情况(并网模式)下，由于对市电网侧的电压控制和/或频率控制使得变化量可以非常小。然而，在电网电源被断开的情况(孤岛模式)下，这些变化量将增加，并且能够基于增加的水平评估孤岛发生。可以在图3的实施例中使用本公开的方法。可以例如通过监视生成的电流矢量的变化Ailie和电网电压矢量的变化AVw来计算电网阻抗的估计值。Vdg (t-1) = Vg(t-l)-ZgiDG(t-l) (3)Vdg (t) = Vg(t)-ZgiDG(t) (4)假定电网电压Vg不显著变化，则可以如下计算电网阻抗的估计值Zg,6St Ii- =(5)
^DGDG产生的电流变化量Aiw导致分布式发电机端子处的电压变化量AVp然后将A Vw与阈值Vt,&进行比较，如果AVw的值大于阈值，则认为发生孤岛状况。由于DG端子处的电压的变化量需要大于阈值，即，AVDe > Vtreh，所以已知Zg, 6St的值能够推导出电流变化量关于Vtreh为A/dg >(6)图4示出了另一个实施例，其中，使用电网阻抗的值来计算需要注入到电网连接点以检测孤岛的恰当变化量。分布式发电机20连接至市电网21。在发电机20与电网21之间是阻抗22。发电机20控制电网连接点23处的电流iD(；。该实施例包括用于检测分布式发电机20的孤岛状况的设备24。设备24控制发电机20。设备24包括阻抗计算模块241、孤岛检测模块242和发电机控制器243。如在图4的实施例中，发电机控制器可以给予发电机20输出电流基准i'然后发电机20基于该基准产生输出电流。基于在与市电网的连接点23处的电压测量，首先在阻抗计算模块241中计算电网阻抗的估计值zg,est。可以例如使用等式3至5描述的算法来完成计算。然后估计的阻抗Zg,est被传递给孤岛检测模块242，孤岛检测模块242以电网中产生的变化量足够高来确定孤岛状况的方式适应输出电力变化量。孤岛检测模块242可以例如基于估计的阻抗Zg_t来计算变化量基准参数AP的值。然后发电机控制器243可以基于变化量基准AP来控制分布式发电机23的输出，以在电网中引入变化量。控制器243可以例如修改电流基准以包含变化量A iDGjref, A iDGjref转而引入输出电流的变化量A iDGO基于对变化量的电网响应，可以评估孤岛状况。孤岛检测模块242例如通过监视电压变化量来确定孤岛状况。将引入的变化量的增加量与阈值进行比较，如果引入的变化量的增加量超过阈值，则认为存在孤岛。也可以用其他量来监视电网响应，例如频率量或相位量。如果认为存在孤岛状况，则可以作出将分布式发电机20与电网断开的决定。也可 以例如如在等式6中基于估计的电网阻抗来确定阈值的水平。电网与分布式发电机之间的阻抗可以针对不同的布置而不同。然而，电网与分布式发电机之间的阻抗在一个布置中通常保持不变。通过观测并网模式下的稳态电网响应，能够将阈值降低到接近噪扰跳闸限值，从而使得能够更进一步降低电网变化量。降低阈值的另一个方面是通过将阈值降低为尽可能接近并网模式中可能发生噪扰跳闸的限值，可以实现方法在孤岛模式中的更高灵敏度。对于本领域的技术人员将明显的是，随着技术进步，能够以各种方式实现本创新性概念。本发明及其实施例不限于上述示例而可以在权利要求的范围内变化。
权利要求
1.一种用于检测连接至电网的分布式发电机的孤岛状况的方法，其中，所述方法包括以下步骤 估计电网阻抗； 对所述电网的第一电学量的值引入变化量，其中，基于估计的所述电网阻抗来优化引入的所述变化量的幅度以使引入的所述变化量对所述电网的影响最小化； 监视对所述变化量的电网响应；以及 基于监视的所述响应来确定孤岛状况。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，对所述电网引入变化量包括 基于估计的所述阻抗来确定变化量基准； 基于所述变化量基准来控制所述分布式发电机，以对所述第一电学量弓I入变化量。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，监视所述电网响应包括 确定由所述第一电学量的变化量引入的、所述电网的第二电学量的变化量，所述电网的第二电学量例如是电压、频率或相位； 将所述第二电学量的变化量与设置的阈值进行比较；以及 基于所述比较作出断开所述发电机的决定。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其中，将确定的量与所述设置的阈值进行比较包括 基于并网模式下的稳定电网响应来确定所述阈值的水平。
5.一种用于检测连接至电网的分布式发电机的孤岛状况的设备，其中，所述设备包括 用于估计电网阻抗的装置； 用于对所述电网的第一电学量的值引入变化量的装置，其中，基于估计的所述电网阻抗来优化引入的所述变化量的幅度以使引入的所述变化量对所述电网的影响最小化；用于监视对所述变化量的电网响应的装置；以及用于基于监视的所述响应来确定孤岛状况的装置。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测分布式发电机的孤岛状况的方法及设备。所述方法包括以下步骤估计电网阻抗；基于估计的所述电网阻抗对所述电网的第一电学量的值引入变化量；监视对所述变化量的电网响应；以及基于监视的所述响应来确定孤岛状况。
文档编号H02J3/38GK102684219SQ20121006366
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月12日 优先权日2011年3月14日
发明者亚历山大·欧达洛夫, 亚德里恩·廷布斯, 格拉尔多·埃斯科巴尔, 莱昂纳多-奥古斯托·塞尔帕 申请人:Abb研究有限公司