一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111799830 A(43)申请公布日 2020.10.20

(21)申请号 201910280457.5(22)申请日 2019.04.09

(71)申请人 南京南瑞继保电气有限公司

地址 211102 江苏省南京市江宁区苏源大

道69号

申请人 南京南瑞继保工程技术有限公司(72)发明人 随顺科　卢宇　董云龙　王柯　

邱德锋　姜崇学　李钢　胡兆庆　黄如海　(51)Int.Cl.

H02J 3/36(2006.01)H02J 3/38(2006.01)G01R 31/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

CN 111799830 A()发明名称

一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法(57)摘要

本发明提供一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，通过检测柔性直流所连接的交流系统联网开关位置信号或者实时频率偏差来实现孤岛的判定，对联网开关位置的孤岛检测即通过通讯等方式采集连接于交流电源的开关状态，当开关状态为非合位时，判断交流系统失去电源，转为孤岛；对交流系统频率偏差的检测可分为主动检测和被动检测方式，主动检测即通过控制系统在柔直功率指令之上叠加一定比例的变化功率指令，造成功率扰动，出现孤岛时，主动快速创造频率变化，被动检测即实时检测交流系统频率，当交流频率偏差△f超过预设频率偏差阈△fref时，判定为孤岛。本发明解决了柔性直流系统检测孤岛的难题，实现了向孤岛网络控制的平稳过渡。

CN 111799830 A

权　利　要　求　书

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1.一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：

柔性直流系统在能够通过通讯或直接电气量采集的方式获得柔性直流输电系统所连接的交流系统联网开关实时位置时，通过对交流系统联网开关位置信号检测进行孤岛判定，具体是指直接判定交流系统是否通过联网开关与交流电源连接，即对联网开关分合状态进行判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态；

当柔性直流系统无法获取联网开关信息或者交流系统连接复杂不能靠开关位置来判断时，采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为采用判断交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f情况判断是否为孤岛，当△f≥△fref时，判定系统为孤岛状态，其中，△fref为预设频率偏差阈值；

所述通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定包括被动检测和主动检测；所述被动检测即直接检测交流系统频率；所述主动检测即在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，造成系统功率扰动，主动快速的创造频率偏差，快速检测孤岛。

2.如权利要求1所述一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

步骤1：判断是否能够获得联网开关位置；是则进入步骤2，否则进入步骤3；步骤2：联网开关位置状态判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态，判定结束；否则进入步骤3；

步骤3：是否选择主动孤岛检测，是则在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，然后进入步骤4，否则直接进入步骤4；

步骤4：检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f；步骤5：判断△f是否大于等于△fref，是则判定系统为孤岛状态否则为联网状态。3.如权利要求1或2所述一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：所述通过对联网开关位置信号检测进行孤岛判定中，所有开关位置信息取“与”的逻辑关系，开关位置的信息中根据对信号可靠性的要求取分位或者非合位。

4.如权利要求1或2所述一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：所述采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f，与预设频率偏差阈△fref滞环比较，当△f≥△fref时，延时△t时刻判定为孤岛状态。

5.如权利要求1或2所述一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：所述主动检测中的所述变化功率指令为有功或者无功，所述比例k根据对控制精度、检测速度的要求设定，在(0-1)范围内，通过叠加功率扰动后，出现孤岛时，保证系统不在稳定状态，从而加快频率偏差，加速孤岛判定。

6.如权利要求1或2所述一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，其特征在于：所述变化功率指令为按规律变化的指令。

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说　明　书

一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法

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技术领域

[0001]本发明属于电力系统柔性直流领域，具体涉及一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法。

背景技术

[0002]柔性直流输电采用电压源换流器，可以调节有功和无功的输出，提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。[0003]我国沿海岛屿众多，岛屿内部交流电网大部分偏弱，电源输出不稳定。而柔性直流输电在分布式发电并网、大规模风电并网、孤岛供电、新能源并网、城市配电网等领域具有较大的优势。我国电力建设正大力发展柔性直流建设，诸如国家电网公司已建成在运行的浙江舟山五端柔直工程，为舟山群岛新区提供供电可靠保证，南方电网公司建设了广东南澳三端柔直工程，实现了风电并网，以及正在大力建设的张北直流电网工程，为张家口地区大规模风电外送提供了送电走廊。

[0004]但是柔性直流系统在连接上述交流系统时，如果交流系统失去电源，转为孤岛系统，柔直控制系统如果仍然按照原状态进行功率控制，系统已经变化，控制状态不能稳定，容易发生跳闸停运等事故，造成大规模停电或者损坏一次设备。因此，快速的检测出交流系统变为孤岛状态，柔直控制系统迅速切换成孤岛控制，能够保证系统不失电，为孤岛负荷以及新能源发电提供电压强力支撑显得尤为重要。[0005]为了实现交流系统孤岛的检测，如果单靠停运后，检测是否存在交流电压来判断孤岛，虽然能够判断成功，但是此时系统已经停电，柔性直流再次孤岛启动，显然不能满足电力应用需求。因此，需要找到一种在线实时快速检测的方法，出现孤岛时，快速切换控制模式，充分发挥柔直的优越供电性能。发明内容

[0006]本发明的目的在于，提供一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，通过检测交流系统联网开关位置信号或者实时频率变化偏差来实现孤岛的判定，由联网开关位置判定孤岛，实现简单可靠，由交流系统频率偏差判定孤岛，在无法直接获取联网开关信息以及复杂交流电网情形下，能够快速有效的判定是否为孤岛状态。[0007]为了达到上述目的，本发明的解决方案是：[0008]一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，包括：

[0009]柔性直流系统在能够通过通讯或直接电气量采集的方式获得柔性直流输电系统所连接的交流系统联网开关实时位置时，通过对交流系统联网开关位置信号检测进行孤岛判定，具体是指直接判定交流系统是否通过联网开关与交流电源连接，即对联网开关分合状态进行判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态；

[0010]当柔性直流系统无法获取联网开关信息或者交流系统连接复杂不能靠开关位置

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来判断时，采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为采用判断交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f情况判断是否为孤岛，当△f≥△fref时，判定系统为孤岛状态，其中，△fref为预设频率偏差阈值；

[0011]所述通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定包括被动检测和主动检测；[0012]所述被动检测即直接检测交流系统频率；所述主动检测即在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，造成系统功率扰动，主动快速的创造频率偏差，快速检测孤岛。

[0013]进一步的，所述方法具体包括如下步骤：[0014]步骤1：判断是否能够获得联网开关位置；是则进入步骤2，否则进入步骤3；[0015]步骤2：联网开关位置状态判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态，判定结束；否则进入步骤3；[0016]步骤3：是否选择主动孤岛检测，是则在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，然后进入步骤4，否则直接进入步骤4；[0017]步骤4：检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f；[0018]步骤5：判断△f是否大于等于△fref，是则判定系统为孤岛状态否则为联网状态。[0019]进一步地，所述通过对联网开关位置信号检测进行孤岛判定中，所有开关位置信息取“与”的逻辑关系，开关位置的信息中根据对信号可靠性的要求取分位或者非合位。[0020]进一步地，所述采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f，与预设频率偏差阈△fref滞环比较，当△f≥△fref时，延时△t时刻判定为孤岛状态。[0021]进一步地，所述主动检测中的所述变化功率指令为有功或者无功，所述比例k根据对控制精度、检测速度的要求设定，在(0-1)范围内，通过叠加功率扰动后，出现孤岛时，保证系统不在稳定状态，从而加快频率偏差，加速孤岛判定。[0022]进一步地，所述变化功率指令为按规律变化的指令。[0023]采用上述方案后，本发明提供的一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法，通过检测柔性直流所连接的交流系统的联网开关位置信号或者实时频率变化来实现孤岛的判定，实现简单可靠，平滑快速的保证柔直系统进入孤岛控制。附图说明

[0024]图1是本发明中柔性直流输电连接交流系统示意图。

[0025]图2是本发明一种用于柔性直流输电系统孤岛检测的方法流程图。[0026]图3是本发明中叠加的功率锯齿波扰动指令示例图。

具体实施方式

[0027]以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。[0028]本发明的一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法具体实施例，包括：

[0029]柔性直流系统在能够通过通讯或直接电气量采集的方式获得柔性直流输电系统所连接的交流系统联网开关实时位置时，通过对交流系统联网开关位置信号检测进行孤岛判定，具体是指直接判定交流系统是否通过联网开关与交流电源连接，即对联网开关分合

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状态进行判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态；

[0030]当柔性直流系统无法获取联网开关信息或者交流系统连接复杂不能靠开关位置来判断时，采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为采用判断交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f情况判断是否为孤岛，当△f≥△fref时，判定系统为孤岛状态，其中，△fref为预设频率偏差阈值；

[0031]所述通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定包括被动检测和主动检测；[0032]所述被动检测即直接检测交流系统频率；所述主动检测即在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，造成系统功率扰动，主动快速的创造频率偏差，快速检测孤岛。

[0033]上述实施例中，所述通过对联网开关位置信号检测进行孤岛判定中，所有开关位置信息取“与”的逻辑关系，开关位置的信息中根据对信号可靠性的要求取分位或者非合位。

[0034]上述实施例中，所述采用通过对交流系统偏差检测进行孤岛判定，具体为检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f，与预设频率偏差阈△fref滞环比较，当△f≥△fref时，延时△t时刻判定为孤岛状态。[0035]上述实施例中，所述主动检测中的所述变化功率指令为有功或者无功，所述比例k根据对控制精度、检测速度的要求设定，在(0-1)范围内，通过叠加功率扰动后，出现孤岛时，保证系统不在稳定状态，从而加快频率偏差，加速孤岛判定。[0036]上述实施例中，所述变化功率指令为按规律变化的指令。

[0037]本发明的一种柔性直流输电系统孤岛检测的方法另一个具体实施例如下步骤：[0038]步骤1：判断是否能够获得联网开关位置；是则进入步骤2，否则进入步骤3。[0039]步骤2：联网开关位置状态判断，当开关为断开状态时，判断为交流系统孤岛状态，判定结束；否则进入步骤3；[0040]其中，通过对联网开关位置信号检测进行孤岛判定中，所有开关位置信息取“与”的逻辑关系，开关位置的信息中根据对信号可靠性的要求取分位或者非合位。[0041]步骤3：是否选择主动孤岛检测，是则在柔直功率指令之上叠加一定比例k的变化功率指令，然后进入步骤4，否则直接进入步骤4；[0042]其中，主动检测中的变化功率指令为有功或者无功，比例k根据对控制精度、检测速度的要求设定，在(0-1)范围内，通过叠加功率扰动后，出现孤岛时，保证系统不在稳定状态，从而加快频率偏差，加速孤岛判定。变化功率指令为按规律变化的指令，例如可以为方波或者三角波。[0043]步骤4：检测交流系统实时频率与正常交流系统频率的偏差△f；[0044]步骤5：判断△f是否大于等于△fref，是则判定系统为孤岛状态否则为联网状态。[0045]在一个实施例如图1～3所示。图1是本发明中以两端柔性直流输电换流站1侧连接交流系统为例的示意图。图2是本发明中一种用于柔性直流输电系统孤岛检测的方法流程图。图3是本发明中用于主动检测叠加有功功率指令k*P锯齿波为例的示意图。具体包括如下步骤：[0046](1)换流站交流侧连接交流系统，通过交流开关QF3、QF6连接交流线路，通过交流开关QF1、QF2与交流电源相连；

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(2)通过开关位置判断孤岛时，实时检测开关QF1、QF2、QF3、QF6分合状态，当开关

QF1与QF2均非合位、QF3非合位、QF6非合位，三者取“或”逻辑，任意满足时，则判断交流系统为孤岛状态；[0048](3)当系统无法获取以上开关信息或者不能满足系统需求时，采用检测交流系统Us频率偏差△f来判断；[0049](4)采用被动直接检测交流系统Us频率偏差△f时，当检测实时频率与正常电网频率偏差△f大于定值时，即△f≥△fref，延时△t时间，判定为系统孤岛状态，例如△fref取0.5Hz，△t取300ms；[0050](5)采用主动检测交流系统Us频率偏差△f时，在柔直换流站功率指令P或者Q上叠加k倍的扰动指令，例如叠加三角波有功功率扰动，三角波峰值为k*P，当△f大于定值时，即△f≥△fref，延时△t时间，判定为系统孤岛状态，例如△fref取0.5Hz，△t取300ms，k取0.1；[0051](6)经过上述步骤，当柔直连接交流系统时，根据开关位置或者频率偏差的判定，能够快速准确的判断系统是否为孤岛状态，为柔直平滑转为孤岛控制提供了可靠保证。[0052]本发明以检测连接柔直系统联网开关位置及频率偏差判断孤岛的方法为实施例进行介绍实施方案，但本发明不限于柔直连接交流系统，其适用于应用电力电子变流器的场合，以及能够准确区分交流联网开关状态的系统，根据所述方法，通过判断联网开关位置或者交流系统频率与正常运行频率偏差，进行孤岛判定。[0053]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

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图1

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图3

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