一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统及其保护方法

摘要

本发明涉及一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统及其保护方法，基于载波通信和分散检测技术，包括分散检测装置用于采集系统侧电气量，并对电气量进行数据处理及逻辑判断，判断公共电网是否失电；中央检测装置接收来至分散检测装置的信息进行逻辑判断，实现分布式发电并网系统公共连接点处保护功能，并向分布式电源并网点开关发送控制指令；通讯装置用于将分散检测装置信息传送给中央检测装置，以及将中央检测装置的控制命令传送给分布式电源并网点开关。本发明通过上位载波机获取电网侧的信息进行孤岛判别和下位载波机对用户侧分布式电源的并网点开关进行控制，切除分布式电源，防止孤岛效应的发生，提高分布式发电并网系统的可靠性和安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及分布式发电技术领域，具体涉及一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统及 其保护方法。

背景技术

近几年，加快推进新能源发电的发展以应对能源危机以及节能减排带来的压力。在新能 源发电的发展中，包括太阳能发电、风力发电、生物质能发电等分布式发电得到了迅猛的发 展。大量的分布式电源接入配电网，有效提高了配电网的可靠性，提高了区域供电的电能质 量，同时降低了网损，经济效益显著。但是分布式发电的并网运行也带来了一些新的问题， 其中最严重的问题就是分布式电源的孤岛效应。

所谓孤岛是指电网因网络故障或停电维修而跳闸后，用户端的分布式电源DG系统未能 及时检测出停电状态而将自身切离主系统，形成由分布式电源DG系统和周围的负载组成的 一个自给供电的孤岛。一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不 利的影响，孤岛效应的危害包括：

1、危害电力维修人员的生命安全；

2、影响配电系统上的保护开关动作程序；

3、孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏；

4、当供电恢复时造成的电压相位不同步将会产生浪涌电流，可能会引起再次跳闸或对光 伏系统、负载和供电系统带来损坏；

5、光伏并网发电系统因单相供电而造成系统三相负载的欠相供电问题。

由此可见，作为一个安全可靠的分布式发电并网系统，必须能及时、可靠的检测出孤岛 效应并避免所带来的危害。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统， 另一目的是提供分布式发电并网系统防孤岛保护系统的保护方法，该防孤岛保护系统及其保 护方法，通过分散检测装置获取系统侧的信息进行孤岛判别，当判断公共电网失电以后，通 过中央检测装置对用户侧分布式电源的并网点开关进行控制，切除分布式电源，防止孤岛效 应的发生。分散检测装置和中央检测装置由微机测控保护装置构成，测量精度高、安装维护 简便、技术成熟可靠。该防孤岛保护系统还可测量PCC（分布式发电并网系统公共连接点） 处三相电压、三相电流以及频率，实现电流保护、过/欠压保护、过/欠频保护等继电保护应 用，提高分布式发电并网系统的可靠性和安全性。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统，其改进之处在于，所述防孤岛保护系统基于 载波通信和分散检测技术，包括分散检测装置1、中央检测装置2和通讯装置3；

所述分散检测装置1用于采集系统侧电气量，并对所述电气量进行数据处理及逻辑判断， 判断公共电网是否失电，为孤岛检测提供判据；

所述中央检测装置2接收来至分散检测装置1的信息并采集分布式发电并网系统公共连 接点PCC处的电气量信息，将所述信息进行逻辑判断，实现防孤岛保护功能，同时能够实现 分布式发电并网系统公共连接点PCC处保护功能，并向分布式电源并网点开关发送控制指令；

所述通讯装置3用于将分散检测装置1信息传送给中央检测装置2，以及将中央检测装 置2的控制命令传送给分布式电源并网点开关。

优选的，所述通讯装置3采用上位载波机4和下位载波机5；所述分散检测装置1、上位 载波机4、中央检测装置2和下位载波机5依次连接。

优选的，所述分散检测装置1采集公共电网系统侧的电气量包括10kV母线三相电压和 频率模拟量信号以及与分布式电源相连接的10kV出线开关、变电站主变高压侧开关、主变 低压侧开关和分段开关位置开关信号，并对所述模拟量信号和开关信号进行数据处理和逻辑 判断。

优选的，所述中央检测装置2安装于分布式发电并网系统公共连接点PCC处，采集分布 式发电并网系统公共连接点PCC处三相电压、三相电流和频率模拟量信号以及分布式发电并 网系统公共连接点PCC处开关位置信号，接收来至上位载波机4的信息并通过下位载波机5 向分布式电源并网点开关发送控制命令。

较优选的，所述上位载波机4由信号发生器I和信号接收器I组成，所述上位载波机4 负责分散检测装置1和中央检测装置2之间的通信，其信号发生器I安装于分散检测装置1 处，信号接收器I安装于中央检测装置2处。

较优选的，所述下位载波机5由信号发生器II和信号接收器II组成，所述下位载波机5 用于中央检测装置2和分布式电源并网点开关之间的通信，其信号发生器II安装于中央检测 装置2处，信号接收器II安装于分布式电源并网点开关处。

本发明基于另一目的提供的一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统的保护方法，其改 进之处在于，所述方法包括下述步骤：

（一）分散检测装置1用于采集系统侧电气量，并对所述电气量进行数据处理及逻辑判 断，判断公共电网是否失电，并向上位载波机4发送控制信号；

（二）上位载波机4接收来至分散检测装置1的控制信号，该信号控制信号发生器I发 送脉冲信号，信号接收器I用于接收脉冲信号；

（三）中央检测装置2通过上位载波机接收来至分散检测装置1的信息并采集分布式发 电并网系统公共连接点PCC处电气量信息进行逻辑判断，实现防孤岛保护功能以及分布式发 电并网系统公共连接点PCC处保护功能，并向分布式电源并网点开关发送控制命令；

（四）下位载波机5将中央检测装置2发出的控制命令报文传送给分布式电源并网点开 关控制器，所述分布式电源并网点开关控制器收到控制命令后对分布式电源并网点开关进行 控制。

优选的，所述步骤（一）中，所述分散检测装置1孤岛逻辑判断原理包括：

A、若检测到母线线电压或频率低于整定值（该值根据现场情况整定），则判为变电站上 级电网失电，经延时后向上位载波机4发送闭锁信号，该延时躲过相邻线路故障切除时间， 取为0.6s；

B、对于单台主变的变电站，若检测到与分布式电源相连接的10kV出线开关、主变高压 侧开关、主变低压侧开关任意一个开关位置为分位，则判为该变电站失电，无延时向上位载 波机4发送闭锁信号；

C、对于2台主变的变电站，设：与光伏电源连在同一段母线上的主变为1#主变，另一 台为2#主变；若检测到与分布式电源相连接的10kV出线开关位置为分位或者1#主变高压侧 开关、主变低压侧开关任意一侧开关位置为分位，同时2#主变高压侧开关、主变低压侧开关 以及分段开关中任意一个开关位置为分位，则判为该变电站失电，无延时向上位载波机4发 送闭锁信号。

优选的，所述步骤（二）中，上位载波机4采用如下的信息传输方式：

正常运行时，信号发生器I不停的发送脉冲信号，信号接收器I正常接收脉冲信号；

若信号发生器I收到分散检测装置1发出的闭锁信号，则停止发送脉冲信号，信号接收 器I在5个周波内没有接收到脉冲信号，则向中央检测装置2发送断线信号；

若载波线路断线，信号接收器I在5个周波内没有接收到脉冲信号，则向中央检测装置2 发送断线信号；

上位载波机4具备自检功能，若检测到自身故障，信号接收器I向中央检测装置2发送 故障信号。

优选的，所述步骤（三）中，所述中央检测装置2的孤岛逻辑判断原理包括：

①若检测到PCC处开关位置为分位，则判为分布式发电系统与电网断开，防孤岛保护系 统动作，无延时通过下位载波机5发送控制命令，跳开分布式电源并网点开关；

②若收到上位载波机4发送的断线信号，则判为系统侧失电，防孤岛保护系统动作，无 延时通过下位载波机5发送控制命令，跳开分布式电源并网点开关；

③若收到上位载波机4的故障信号，则闭锁防孤岛保护系统。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

与本地孤岛检测方式相比，本发明克服了本地孤岛检测存在较大检测盲区NDZ，影响配 电网电能质量等缺点，具备的优点包括：无检测盲区NDZ、检测准确可靠；对于单个或多个 逆变器的孤岛检测都有效；它的性能与分布式电源的类型无关，也不会对电网的正常运行造 成干扰。

与传统的基于载波的远程孤岛检测方式相比，传统方式缺少分散检测装置，只能反映载 波线路是否失电的情况，对于站内以及上一级电网的失电情况不能做出有效判别；本发明利 用分散检测装置能够判别站内以及上一级电网的失电情况，扩大了孤岛检测范围，应用范围 更广。

本发明还能够实现PCC处的继电保护功能，PCC处不用再安装额外的继电保护装置，节 约了成本，提高了经济性。

本发明的通讯装置采用载波机节约了通讯电缆成本，通信效果不易受地形、环境限制。

本发明在分布式发电并网系统与公共电网各关键结点处安装嵌入式孤岛检测装置，以实 现分布式发电并网系统防孤岛保护的需求。该防孤岛保护系统通过载波机接收系统侧信息， 判断公共电网侧是否失电。若判为公共电网侧失电，则判定分布式发电系统进入孤岛运行状 态，该防孤岛保护系统通过载波装置发送控制命令，对分布式电源并网点开关进行控制，切 除分布式电源。该防孤岛保护系统对孤岛检测快速、可靠，没有检测盲区，可靠消除分布式 电源孤岛运行对配电网带来的危害。同时，该防孤岛保护系统还可测量PCC处三相电压、三 相电流以及频率，实现过电流保护、过/欠压保护、过/欠频保护等继电保护应用，提高分布式 发电并网系统的可靠性和安全性。

因此本发明是非常可靠的孤岛检测方式。特别是随着智能电网的发展，此方式会有很大 的发展潜力。

附图说明

图1是本发明提供的分布式发电并网系统防孤岛保护系统原理图；

图2是本发明提供具体实施例的分布式发电并网系统防孤岛保护系统结构图；

图3是本发明提供的分散检测装置孤岛判别逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种分布式发电并网系统防孤岛保护系统，该系统是基于嵌入式系统的集保 护、测量、控制为一体的综合性系统。它总结并吸收电力系统自动化的应用原理，融合微机 保护思想和分布式发电并网系统成果，采用载波通信技术，专门针对各种分布式发电并网系 统的一套具备电气量测量、孤岛检测、开关控制的一体化测控保护系统。该系统具备完善的 应用功能，可靠的系统结构，适用于各种分布式发电并网系统的远程孤岛检测，还可以实现 PCC处各种保护功能。

孤岛检测技术主要分为本地检测和远程检测两种方式。本发明属于远程孤岛检测方式， 本发明提供的分布式发电并网系统防孤岛保护系统原理图如图1所示，由分散检测装置1、 中央检测装置2、通讯装置3组成，中央检测装置能够接收来至分散检测装置的信息进行逻 辑判断，能够实现PCC处保护功能，能够向分布式电源并网点开关下达控制指令；分散检测 装置能够测量系统侧电气量，判断公共电网是否失电，为孤岛检测提供判据；通讯装置用于 将分散检测装置信息传送给中央检测装置，以及将中央检测装置控制命令传送给分布式电源 并网点开关，通讯装置3采用上位载波机4和下位载波机5；分散检测装置1、上位载波机4、 中央检测装置2和下位载波机5依次连接。每组载波机均由信号发生器和信号接收器组成。 采用载波机节约了通讯电缆成本，通信效果不易受地形、环境限制。

实施例

本发明提供具体实施例的分布式发电并网系统防孤岛保护系统结构如图2所示，具体描 述如下：

一、分散检测装置1

分散检测装置1是一台微机测控保护装置，安装于系统侧变电站10kV馈线出口处，该 馈线与分布式光伏电源相连。分散检测装置1能够采集变电站10kV母线三相电压和频率等 模拟量信号以及本馈线开关、变电站主变高、低压侧开关和分段开关的位置等开关信号，并 进行数据处理和逻辑判断：

A、若检测到母线线电压或频率低于整定值（该值根据现场情况整定），则判为变电站上 级电网失电，经延时后向上位载波机4发送闭锁信号，该延时需躲过相邻线路故障切除时间， 可取为0.6s；

B、对于单台主变的变电站，若检测到本馈线、主变高、低压侧任意一个开关位置为分 位，则判为该变电站失电，无延时向上位载波机4发送闭锁信号；

C、对于2台主变的变电站，做如下设定：与光伏电源连在同一段母线上的主变为1#主 变，另一台为2#主变。若检测到本馈线开关位置为分位或者1#主变高、低压侧任意一侧开关 位置为分位，同时2#主变高、低压侧以及分段开关这3个开关任意一个开关位置为分位，则 判为该变电站失电，无延时向上位载波机4发送闭锁信号；

分散检测装置1孤岛判别逻辑如图3所示。

二、中央检测装置2

中央检测装置2是一台微机测控保护装置，安装于PCC处，能够采集PCC处3相电压、 3相电流、频率、以及PCC处开关位置信号，能够接收来至上位载波机的信息并通过下位载 波机发送控制命令。其孤岛检测逻辑判断过程如下：

①若检测到PCC处开关位置为分位，则判为分布式发电系统与电网断开，防孤岛保护动 作，无延时通过下位载波机发送控制命令，跳开分布式电源并网点开关；

②若收到载波机发送的断线信号，则判为电网侧失电，防孤岛保护动作，无延时通过下 位载波机发送控制命令，跳开分布式电源并网点开关。

③若收到上位载波机4的故障信号，则闭锁防孤岛保护。

中央检测装置2的PCC处保护功能应用如下：

过电流保护动作通过硬接线直接跳开PCC处开关；

过/欠压、过/欠频保护动作，经延时，通过硬接线直接跳开PCC处开关，该延时需躲过 上级馈线重合闸时间，可取为1.5s。

三、通讯装置3

通讯装置3采用2组载波机-上位载波机4和下位载波机5。上位载波机4负责分散检测 装置1和中央检测装置2通信，其信号发生器I安装于分散检测装置1处，信号接收器I安 装于中央检测装置2处；下位载波机5用于中央检测装置2和分布式电源并网点开关通信， 其信号发生器II安装于中央检测装置2处，信号接收器II安装于分布式电源并网点开关处。

（1）上位载波机4采用如下的信息传输方式：

正常运行时，信号发生器I不停的发送脉冲信号，信号接收器I正常接收脉冲信号。

若信号发生器I收到分散检测装置1发出的闭锁信号，则停止发送脉冲信号，信号接收 器I在5个周波（100ms）内没有接收到脉冲信号，则向中央检测装置2发送断线信号。

若载波线路故障（短路或断线），信号接收器I在5个周波（100ms）内没有接收到脉冲 信号，则向中央检测装置2发送断线信号。

上位载波机4具备自检功能，若检测到自身故障，信号接收器I向中央检测装置2发送 故障信号。

（2）下位载波机5直接将中央检测装置2发出的开关跳闸命令报文传送给分布式电源并 网点开关控制器（开关自带），分布式电源并网点开关控制器收到跳闸命令后跳开分布式电源 并网点开关。

本发明提供的一种基于载波通信与分散检测的分布式发电并网系统防孤岛保护系统及其 保护方法，通过上位载波机获取电网侧的信息进行孤岛判别，当判断电网失电以后，通过下 位载波机对用户侧分布式电源的并网点开关进行控制，切除分布式电源，防止孤岛效应的发 生。该防孤岛保护系统还可测量PCC处三相电压、三相电流以及频率，实现电流保护、过/ 欠压保护、过/欠频保护等继电保护应用，提高分布式发电并网系统的可靠性和安全性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。