分布式同步发电机的孤岛检测原理与实现

【摘要】： 随着可再生能源为核心的新能源发电技术的广泛应用,分布式发电技术成为电力系统一个新的研究热点。分布式电源一般从低压端接入系统,对配电网运行和控制的诸多方面产生影响,孤岛问题就是其中之一。分布式电源非计划的孤岛运行会给系统、电力用户以及分布式电源本身带来不利影响,因此,孤岛发生后,必须迅速检测出孤岛状态,并采取相应的应对措施。 孤岛检测是研究孤岛问题的基础,由于分布式电源的类型及并网方式的多样性,孤岛检测方法也呈现出多样性特点。本文围绕直接并网同步发电机的孤岛检测问题进行理论研究和装置开发,所做主要工作如下： 在广泛查阅国内外文献的基础上,对直接并网同步发电机各类孤岛检测方法的特性进行详细分析,总结出各自的优势、存在的问题以及适用性。由于被动检测法对系统及发电机本身不会造成影响,并且易于实现,因而是直接并网同步发电机孤岛检测行之有效的方法,但需要解决灵敏性和可靠性问题。 利用PSCAD/EMTDC构成的仿真系统,对基于相位偏移的被动检测法进行全面的仿真研究。详细分析了影响相位偏移检测法灵敏度和可靠性的因素。将数字仿真的结果用指数函数进行拟合后得到的曲线,同“检测时间与不平衡功率关系曲线”进行对比,证明两者基本一致。在此基础上,利用“检测时间与不平衡功率关系曲线”,对影响相位偏移特性的因素做出了全面、直观的分析和评价。 在对传统相位偏移算法深入研究的基础上,提出两种相位偏移新算法,即基于离散傅氏变换的快速相位偏移算法和相位偏移积分算法。对两种算法进行了详细分析和全面仿真并与传统的一周过零算法相比较,结果表明：前者检测速度更快,后者灵敏性更高。 针对传统相位偏移孤岛检测法存在的灵敏性和可靠性问题,提出一种基于相位偏移和频率变化的复合型孤岛检测新方法。新方法针对孤岛后功率不平衡程度较小时的孤岛检测,将频率变化作为辅助判据,与相位偏移相结合组成复合判据,其实质是降低门槛值而又不产生误动,从而提高孤岛检测装置的灵敏度。对新的检测方法进行了仿真分析和动模试验验证,结果表明：新方法与传统的相位偏移法相比较,在不降低可靠性的前提下,能明显缩小孤岛检测的死区。 在理论研究的基础上,针对孤岛检测的要求,以微机保护硬件平台为基础,采用新的孤岛检测方法,研制出适用于直接并网同步发电机的孤岛检测装置。静模和动模测试表明,装置的各项技术指标满足设计要求。新装置所允许的功率不平衡度可达5%左右,检测死区显著减小；同时大大降低了由负载波动造成的装置误动几率,达到了预期目标。