一種集中式光伏電站孤島運行檢測方法與流程

2024-03-22 22:12:05

本發明屬於集中式大型光伏電站技術領域，具體涉及大型光伏電站孤島運行的檢測方法。（本文所述集中式大型光伏電站指總裝機容量大於20mw）。

背景技術：

光伏電站孤島運行是指當光伏電站與電力系統主網斷開後，光伏電站形成一個孤島並能維持功率或電壓輸出運行的一種現象。

國家標準《光伏發電站設計規範》（gb50797-2012）9.3.4條規定：對於大型光伏電站，公用電網繼電保護裝置必須保障公用電網故障時切除光伏電站，光伏電站可不設置防孤島保護。

國家電網公司標準《光伏電站接入電網技術規定》(q/gdw617-2011)8.2.2條規定：對於大型光伏電站，公用電網繼電保護裝置必須保障公用電網故障時切除光伏電站，光伏電站可不設置防孤島保護。

光伏逆變器廠家均承諾逆變器可以有效地防止孤島運行的發生。但是，當光伏電站並聯逆變器支路較多時，其孤島運行情況仍然存在。

目前，光伏電站的孤島防範作用是靠逆變器自身孤島防範功能實現的。逆變器防範功能是通過電力逆變器定時產生幹擾信號，觀察電網是否受到影響作為判斷依據。

現階段光伏逆變器孤島保護功能是針對單一逆變器單元設計的，在單一逆變器單元運行情況下具有防範孤島運行作用。

在實際運行中光伏電站與電力系統主網斷開後（圖1中開關k1或k2斷開），光伏電站便進入孤島運行狀態。

孤島運行時逆變器輸出電壓及頻率出現異常，用電設備因電壓、頻率突然升高而造成損毀。（甘肅金昌某光伏電站2014年就因為孤島運行使得所用電壓不穩而將控制室後臺電腦燒毀的實例。其孤島運行電壓波形見圖2，圖3）

現有逆變器自身孤島檢測方法存在局限性，無法檢測出多支路併網逆變器的孤島運行狀態。

當光伏電站和主電網斷開後，單個逆變器的孤島防範功能將無法起到電站的孤島保護作用。

技術實現要素：

本發明提出基於電壓、頻率、過激磁電氣量異常的一種有效檢測方法，在多饋線併網線路斷開情況下發生孤島運行情況均能夠有效檢測出孤島運行並通過邏輯判據跳閘，及時消除孤島現象。

本發明成果實現的技術方案如下：

一種集中式光伏電站孤島運行檢測方法，選取有共性的電壓、頻率、過激磁三個電氣量作為判別異常的一種檢測方法，具體通過以下步驟實現：

步驟1：選定電壓和併網開關位置信號作為輸入量；

步驟2：當併網開關斷開時，計算電壓幅值、頻率、過激磁；

判別公式如下：

（1）；

（2）；

（3）

其中：為電壓有效值，為頻率有效值，為額定電壓，為額定頻率，為電壓整定值，為頻率整定值，為過激磁倍數，為電壓標么值，為頻率標么值。

步驟3：判別公式（1）、（2）、（3），其中任何一個判別公式成立，則可判定孤島運行情況發生。

將所述步驟3中判別公式（1）、（2）、（3）擴展至保護跳閘邏輯中，延時0.1s，發出跳閘命令，開關跳閘，孤島運行現象消除。

本發明立足電氣量異常的孤島檢測治理方法，主要有以下優點：

檢測多個電氣量，提高檢測結果的準確性；

判據邏輯計算簡易，易於實現；

在光伏電站孤島運行時快速跳閘，防範孤島運行。

本發明原理簡單，適用範圍較廣。在多饋線併網線路斷開情況下發生孤島運行情況均能夠有效檢測出孤島運行並通過邏輯判據跳閘，及時消除孤島現象。

附圖說明

圖1為集中式大型光伏電站電氣主接線圖；

圖2為光伏電站孤島運行電壓及電流波形圖；

圖3為光伏電站孤島運行電壓波形圖；

圖4為50mw併網光伏發電系統仿真模型主電路圖；

圖5為50mw併網光伏發電系統孤島運行等效電路圖；

圖6為matlab仿真光伏電站孤島運行箱變電流波形圖；

圖7為matlab仿真光伏電站孤島運行箱變電壓波形圖；

圖8為孤島運行保護邏輯圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作出進一步詳細說明。

光伏電站逆變器支路經箱變升壓至35kv交流電後匯接到35kv母線上，經35kv線路或主變壓器升壓至110kv送入電力系統主網併網。併網線路發生故障，開關k1或k2跳閘，短時間內，各條逆變器支路不能迅速斷開，35kv光伏饋線上的逆變器支路斷續運行並輸出電能，通過35kv母線彼此往返充放電，形成孤島效應。具體併網接線方式見圖1。

圖1中開關k1或開關k2斷開後，35kv光伏饋線之間相互充放電，導致電壓、頻率、過激磁等電氣量突變。

根據電氣量判別公式檢測出孤島運行情況。

將孤島運行情況的邏輯公式擴展至保護跳閘邏輯中，在檢測到孤島運行時迅速跳閘，實現孤島運行的抑制作用。孤島運行保護邏輯圖見圖8。

具體步驟如下：

首先，利用測控裝置檢測到的電壓、併網開關k1或k2的位置信號作為輸入變量。

計算35kv母線0.1s內變化的、、。

設定整定值、、分別為、、（為過激磁倍數整定值）。

根據計算出的電氣量、、大小判斷孤島是否發生，判據如下：

（1）

（2）

（3）

當公式（1）、（2）、（3）中任一個成立，則孤島發生。

當孤島發生且持續時間超過0.1s，發出跳閘命令，開關跳閘，孤島運行現象消除。

圖2和圖3是調研運行50mw光伏電站110kv併網線路故障後採集的電壓和電流錄波圖。由圖2和圖3可見，發生孤島時，電壓波形發生畸變，電壓幅值突變，且持續時間較長。

其中，孤島故障發生在t=0s時刻，持續時間t>3s（故障錄波一次僅能記錄3s時長）。

50mw併網光伏發電系統仿真模型如圖4所示。該模型按圖1集中式大型光伏電站電氣接線圖所搭建，圖中光伏廠區發電系統逆變模塊選用與現場實際工作原理完全相同的igbt三相全橋逆變電路，輸出電壓為270v（線電壓），輸出功率為500kw。本地負載採用三角形接法的rlc並聯電路。經箱變升壓至35kv後經變壓器升壓至110kv輸送至電網。該模型參數完全按50mw光伏電站匯流支路實際參數配置。

圖5為光伏電站孤島運行時的等效電路圖。併網線路發生故障，開關k1或k2跳閘，短時間內，各條逆變器支路不能迅速斷開，35kv光伏饋線上的逆變器支路斷續運行並輸出電能，通過35kv母線彼此往返充放電，形成孤島效應。

圖6為光伏電站孤島運行時箱變高壓側電流波形，箱變高壓側與35kv母線連接，多個箱變高壓側電流之和為母線電流，由圖可見兩者電流波形變化情況一致。

圖7為光伏電站孤島運行時箱變高壓側電壓波形，箱變高壓側與35kv母線連接，箱變高壓側電壓即為母線電壓，由圖可見電壓波形發生畸變，電壓幅值突變，且持續時間較長。

從波形圖可以看出，在併網線路斷開後，電壓在短時間內出現突變，頻率激增，孤島運行現象發生。且與通過設定的判別條件判定一致。

通過多次分析現場發生故障時的錄波波形與仿真結果，得出的結論一致。表明所述的檢測方法準確有效。

圖8為孤島運行保護邏輯圖。將判據結果輸入跳閘邏輯，完成孤島保護跳閘作用，起到防範孤島作用。