基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法及系統的製作方法

2023-07-28 03:33:51 1

基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統，包括中央控制器，中央控制器通過衛星授時獲得與國際標準時間保持同步的秒脈衝信號，中央控制器從大電網與微電網之間的公共連接點採集電壓信號，中央控制器與併網逆變器控制單元通信。本發明不需要隨時對併網逆變器輸出電流進行周期性擾動，僅在公共連接點電壓正向過零點的相對相位變化較大、推斷可能發生孤島現象時，才通過微電網管理網絡通知併網逆變器輸出功率因數發生變化，從而進一步的確認是否真正發生孤島現象，因此採用本發明方法進行孤島檢測對電能質量造成影響較小。
【專利說明】基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及微電網系統領域，尤其涉及一種基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]孤島是指電網故障導致微電網與公共電網斷開,微電網內的分布式電源繼續向本地負載供電，形成電力供應的「孤島」。微電網在併網與孤島情況下的控制模式完全不同，必須及時檢測出孤島並適時進行控制模式的切換。
[0003]目前，多數孤島檢測方法是在併網逆變器內植入孤島檢測算法進行孤島檢測。併網運行時，併網逆變器發出擾動，採樣轉換電路將公共連接點(PCC)的電壓信號傳遞給併網逆變器的控制單元，控制單元採取一定的檢測算法來判斷是否發生了孤島。但是這種主動式孤島檢測方法會使逆變器的控制算法變得複雜，並且會因併網逆變器輸出周期性擾動，而對電能質量產生影響甚至造成系統不穩定。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是:提供一種基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法及系統，能夠減輕併網逆變器控制算法的複雜性，解除主動式孤島檢測與併網逆變器功率控制/頻率控制的耦合影響，也能夠徹底消除多逆變器並聯運行時孤島檢測擾動間的幹擾/削弱導致孤島檢測失敗的因素。
[0005]本發明為解決上述技術問題所採取的技術方案為:一種基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統，其特徵在於:它包括中央控制器，中央控制器通過衛星授時獲得與國際標準時間保持同步的秒脈衝信號，中央控制器從大電網與微電網之間的公共連接點採集電壓信號，中央控制器與併網逆變器控制單元通信並按需通知微電網內逆變器同步變化。
[0006]按上述系統，所述的衛星授時採用美國衛星GPS系統或中國衛星北鬥系統。
[0007]利用上述基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統實現的基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法，其特徵在於:它包括以下步驟:
[0008]步驟一、信號採集:
[0009]捕獲與國際標準時間保持同步的秒脈衝信號的上升沿；
[0010]捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點；
[0011]步驟二、採用秒脈衝信號進行定標，計算公共連接點電壓正向過零點與此秒脈衝信號的相對相位；
[0012]步驟三、當檢測到相對相位變化達到預設的閥值時，中央控制器通知併網逆變器控制單元控制併網逆變器輸出功率因數發生變化；併網逆變器輸出功率因數變化的同時，捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點，並計算公共連接點電壓正向過零點的相對相位，與前期公共連接點電壓正向過零點的相對相位進行比較，若公共連接點電壓正向過零點的相對相位因併網逆變器輸出功率因數的變化而相應變化，則說明已發生孤島現象。
[0013]按上述方法，所述的步驟二具體計算方法為:
[0014]在Al、A2、A3…An時刻捕獲到公共連接點的電壓正向過零點，就可以得出電壓正向過零點的相對相位，依次為:
[0015]ZAl=COtljZAS=COt2-Seo0 , Z A3= ω t3_360° X2,
[0016]ZA4=cot4_360° X3，...，Z An= ω tn_360° X (n_l),
[0017]其中廣Al- Z An分別為Al-An時刻的過零點相對相位，trtn分別為Al-An時刻距離最近一個秒脈衝的時間間隔，角頻率ω=2π +T，T為電網的電壓周期標稱值。
[0018]本發明的有益效果為:
[0019]1、本發明不需要隨時對併網逆變器輸出電流進行周期性擾動，僅在公共連接點電壓正向過零點的相對相位變化較大、推斷可能發生孤島現象時，才通過微電網管理網絡通知併網逆變器輸出功率因數發生變化，從而進一步的確認是否真正發生孤島現象，因此採用本發明方法進行孤島檢測對電能質量造成影響較小。
[0020]2、不同於現有孤島檢測法普遍採用的在併網逆變器上實施孤島檢測，該方法將孤島檢測功能交給中央控制器來完成，該方法算法簡單，減輕了併網逆變器的控制算法複雜性，解除了主動式孤島檢測與併網逆變器功率控制/頻率控制的耦合影響，也徹底消除了多逆變器並聯運行時孤島檢測擾動間的幹擾/削弱導致孤島檢測失敗的因素。
【專利附圖】

【附圖說明】
`[0021]圖1為本發明一實施例的結構原理圖。
[0022]圖2為相對相位計算原理圖。
[0023]圖3為CAN電路圖。
[0024]圖4為過零檢測電路原理圖。
[0025]圖5為本發明一實施理的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實例和附圖對本發明做進一步說明。
[0027]圖1為本發明一實施例的結構原理圖，它包括中央控制器，中央控制器的輸入端通過過零檢測電路(如圖4所示)從大電網與微電網之間的公共連接點採集電壓信號，中央控制器通過CAN總線(如圖3所示)與併網逆變器控制單元通信，中央控制器通過衛星授時獲得與國際標準時間保持同步的秒脈衝信號。衛星授時可採用美國衛星GPS系統或中國衛星北鬥系統等多種方式，本實施例中採用了 GPS接收器。
[0028]利用上述系統實現的基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法如圖5所示，包括以下步驟:
[0029]步驟一、信號採集:捕獲與國際標準時間保持高度同步的秒脈衝信號的上升沿；捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點。
[0030]步驟二、採用秒脈衝信號進行定標，計算公共連接點電壓正向過零點與此秒脈衝信號的相對相位；[0031 ] 具體計算方法如圖2所示:
[0032]在Al、A2、A3…An時刻捕獲到公共連接點的電壓正向過零點，就可以得出各電壓正向過零點的相對相位，依次為:
[0033]ZAl=COtpZAS=COt2-Seo0，Z A3=cot3_360° X2，
[0034]ZA4=cot4_360° X 3，...，Z An= ω tn_360。X (n_l)，
[0035]其中廣Al- Z An分別為Al-An時刻的過零點相對相位，trtn分別為Al-An時刻距離最近一個秒脈衝的時間間隔，角頻率ω=2π +T，T為電網的電壓周期標稱值。
[0036]本實施例中T為0.02秒。在第一個秒時間間隔內，以第一個秒脈衝(IPPS)到來時刻為基準，可以獲得這個時間段內公共連接點的電壓正向過零點，並計算得到公共連接點電壓相對於IPPS的相位。同樣在第2秒時間間隔內，我們也可以用第2個秒脈衝作為基準，捕獲在這個時間段的電壓正向過零點，得到公共連接點電壓相對相位；同樣在第3個秒脈衝時間間隔內，我們也可以用第3個秒脈衝作為基準，捕獲在這個時間段的電壓正向過零點，得到相對相位；以此類推。
[0037]當微電網在併網條件 下穩定運行時，公共連接點的電壓為220ν的正弦交流電，所以Z Al，Z Α2，Z A3，…Z An也近似相等。
[0038]步驟三、當檢測到相對相位變化達到預設的閥值時，中央控制器通過微電網管理網絡通知併網逆變器控制單元控制併網逆變器輸出功率因數發生變化；併網逆變器輸出功率因數變化的同時，捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點，並計算公共連接點電壓正向過零點的相對相位，與前期公共連接點電壓正向過零點的相對相位進行比較，若公共連接點電壓正向過零點的相對相位因併網逆變器輸出功率因數的變化而相應變化(例如，功率因數正負間隔變化，同期檢測到的電壓相對相位也發生周期性地增減)，則說明已發生孤島現象。
【權利要求】
1.一種基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統，其特徵在於:它包括中央控制器，中央控制器通過衛星授時獲得與國際標準時間保持同步的秒脈衝信號，中央控制器從大電網與微電網之間的公共連接點採集電壓信號，中央控制器與併網逆變器控制單元通?目。
2.根據權利要求1所述的基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統，其特徵在於:所述的衛星授時採用美國衛星GPS系統或中國衛星北鬥系統。
3.利用權利要求1或2所述的基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測系統實現的基於衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法，其特徵在於:它包括以下步驟: 步驟一、信號採集: 捕獲與國際標準時間保持高度同步的秒脈衝信號的上升沿； 捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點； 步驟二、採用秒脈衝信號進行定標，計算公共連接點電壓正向過零點與此秒脈衝信號的相對相位； 步驟三、當檢測到相對相位變化達到預設的閥值時，中央控制器通知併網逆變器控制單元控制併網逆變器輸出功率因數發生變化；併網逆變器輸出功率因數變化的同時，捕獲大電網與微電網之間的公共連接點的電壓正向過零點，並計算公共連接點電壓正向過零點的相對相位，與前期公共連接點電壓正向過零點的相對相位進行比較，若公共連接點電壓正向過零點的相對相位因併網逆變器輸出功率因數的變化而相應變化，則說明已發生孤島現象。
4.根據權利要求3所述的利用衛星授時和管理網絡的微電網孤島檢測方法，其特徵在於:所述的步驟二具體計算方法為: 在Al、Α2、Α3...Αη時刻捕獲到公共連接點的電壓正向過零點，就可以得出各電壓正向過零點的相對相位，依次為: ZAl=COtpZAS=COt2-Seoa，Z A3=cot3-360° X2， ZA4=cot4-360° X3，…，Z Αη=ω tn_360° X (n_l)， 其中Z Al- Z An分別為Al-An時刻的過零點相對相位，trtn分別為Al-An時刻距離最近一個秒脈衝的時間間隔，角頻率ω =2 Ji + T，T為電網的電壓周期標稱值。
【文檔編號】G01R31/00GK103728522SQ201410026339
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】劉芙蓉, 陳偉, 朱國榮, 張東華, 周小龍, 黃建煌, 朱思瑞, 徐冰溶, 朱科俊, 範敏毅 申請人:武漢理工大學