一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法及系统，属于分布式电源并网发电系统的保护与控制领域。

背景技术

近年来，分布式能源在中国等国家得到了大规模的发展。然而，随着分布式能源的发展，孤岛效应的检测成为了一个重要的问题。孤岛效应是指当电网因故障事故或停电维修等原因而跳闸时，各个用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态而未将自身切离市电，形成由分布式并网发电系统和周围负载形成的一个自给供电孤岛。这种情况下，如果没有有效的孤岛检测和防护措施，将会对电网设备、用户设备以及维修人员的安全带来威胁。

目前，孤岛检测方法主要有被动式和主动式两种。被动式孤岛检测方法主要是根据公共耦合点(PCC)处的电量参数变化来判断是否发生孤岛。这种方法不会影响电能质量，但存在较大的检测盲区。主动式孤岛检测方法则是对逆变器输出的电压、电流实施扰动，监测电路的响应情况，从而判断逆变器是否与电网相连。主动式检测法的检测精度和准确率高、检测盲区小甚至无检测盲区，但会影响电能质量。因此，亟需一种新型孤岛检测方法，在对电能质量不影响或者影响较小的情况下快速检测出孤岛。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，所要解决的技术问题在于，提供一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法及系统。该方法可以实现快速有效检测出孤岛，且对电能质量影响较小，可广泛应用于分布式发电领域，提高发电系统安全性。

为解决上述技术问题，本发明一方面提供一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法，包括如下步骤：

Step1：对PCC点电压进行实时采集；

Step2：判断获取的电压频率是否达到所设保护阈值；

Step3：当电压频率达到保护阈值时则启动孤岛保护，进入孤岛状态，否则进入下一步；

Step4：对PCC点实时采集的电压数据进行相似度处理；

Step5：将所得相似度系数整定到斩波系数中，对输出电流施加频率扰动；

Step6：施加频率扰动后，若PCC点电压频率超出所设保护阈值时，则启动孤岛保护，若PCC点电压未超出所设保护阈值，返回至步骤Step4。

所述Step2中，在已获取PCC点实时波形数据的前提下，判断电压频率f

(1)若f

(2)若49.5Hz≤f

所述Step4中，对PCC点实时采集的电压数据进行相似度处理，具体如下：

从电压波形过零点开始，保存系统正常运行时一个周期的波形，并将该波形与下一周期波形进行余弦相似度比较；

其中，C(A,B

所述Step5中，将所得相似度系数整定到斩波系数中，对输出电流施加频率扰动，其截断系数为：

cf

其中，cf

本发明另一方面提供一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测系统，包括：

数据采集模块：用于采集PCC点的电压波形数据；

逻辑判断模块：用于判断PCC点电压频率是否超过阈值；

数值计算模块：用于计算PCC点电压频率正常运行周期与后面每一个周期得相似度系数；

孤岛保护启动及控制模块：根据逻辑判断模块结果对相应得装置进行启动；当PCC点电压频率超过阈值时将启动孤岛保护模块，控制断路装置进行分闸，若否，则继续等待下次判断。

所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元：用于从传感器和其它测量设备从被测单元中实时采集PCC点相关波形数据；

模数变换单元：用于将采集到的模拟量信号的瞬时值变换成数字量信号的数字值。

所述数值计算模块具体包括：

信号计算单元：用于对采集到的PCC点电压，用其构造启动信号；

波形相关性系数计算单元：计算PCC点电压波形正常运行周期与后续每一周期波形数据的相关性系数.

所述逻辑判断模块具体包括：

电压频率阈值判断单元：用于判断PCC电压频率是否超过阈值，若否，则继续执行判断，若是则启动孤岛保护模块。

本发明的有益效果是：

1、本发明是一种新型孤岛检测方法，能在对电能质量不影响或者影响较小的情况下快速检测出孤岛。

2、本发明采用一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法，能在主动法的基础上进一步提高孤岛检测速度。

3、本发明在电网正常运行下时无影响，该项技术高效可靠，可以推广使用。不仅仅适用于本发明中所述的主动频率检测法，也适用于其他主动法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明孤岛检测流程图；

图2为本发明孤岛保护原理图；

图3为本发明中相似度系数结果图；

图4为本发明孤岛检测系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供的一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法及系统，旨在解决现有孤岛检测方法速度慢，不准确，盲区大，且对电能质量有影响的问题。

如图1所示，是本发明提供的一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测方法的具体实施流程图，具体步骤包括：

Step1：根据分布式电源的实际运行在Matlab中搭建孤岛检测模型,原理如图2所示，在模型中设置开关QF2断开时间。运行后可得到PCC点电压、电流信号，对PCC点电压、电流进行实时采集。

Step2：判断获取的电压频率是否达到所设保护阈值；

(1)若f

(2)若49.5Hz≤f

Step3：当电压频率达到保护阈值时则启动孤岛保护，进入孤岛状态，否则进入下一步；

Step4：对PCC点实时采集的电压数据进行相似度处理；

从电压波形过零点开始，保存系统正常运行时一个周期的波形，并将该波形与下一周期波形进行余弦相似度比较；

余弦相似度一般用字母cos(θ)表示，用来度量两个数据间的线性关系，我们这里用C表示。

定义式：

其中，C(A,B

当系统处在正常状态时，电流与电压同频同相，在大电网的作用下频率不会发生变化。此时两个波形的相似度C(A,B

当电网断开后，由于没有电网电压的钳制，PCC处电压的频率将会受扰动电流影响，其频率将有一定程度的增大或是减小，这由负载的性质决定，经过一定的循环积累，其频率偏移增大，此时两个波形的相似度C(A,B

Step5：将所得相似度系数整定到斩波系数中，对输出电流施加频率扰动；

其截断系数为：

cf

其中，cf

Step6：施加频率扰动后，若PCC点电压频率超出所设保护阈值时，则启动孤岛保护，若PCC点电压未超出所设保护阈值，返回至步骤Step4。

电网断开后施加扰动的过程中，在正反馈得调节作用下，该偏移量不断加强，快速达到所设阈值，从而检测出孤岛并启动孤岛保护。此方法在保证输出电流质量得同时提高孤岛检测得效率。

如图4所示，本发明另一方面提供一种基于波形相似度的主动快速孤岛检测系统，包括：

数据采集模块：用于采集PCC点的电压波形数据；

逻辑判断模块：用于判断PCC点电压频率是否超过阈值；

数值计算模块：用于计算PCC点电压频率正常运行周期与后面每一个周期得相似度系数；

孤岛保护启动及控制模块：根据逻辑判断模块结果对相应得装置进行启动；当PCC点电压频率超过阈值时将启动孤岛保护模块，控制断路装置进行分闸，若否，则继续等待下次判断。

所述数据采集模块具体包括：

数据采集单元：用于从传感器和其它测量设备从被测单元中实时采集PCC点相关波形数据；

模数变换单元：用于将采集到的模拟量信号的瞬时值变换成数字量信号的数字值。

所述数值计算模块具体包括：

信号计算单元：用于对采集到的PCC点电压，用其构造启动信号；

波形相关性系数计算单元：计算PCC点电压波形正常运行周期与后续每一周期波形数据的相关性系数.

所述逻辑判断模块具体包括：

电压频率阈值判断单元：用于判断PCC电压频率是否超过阈值，若否，则继续执行判断，若是则启动孤岛保护模块。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。