电力电子变压器的孤岛检测方法、电子设备及存储介质

技术领域

本文件涉及电力电子设备技术领域，尤其涉及一种多端口电力电子变压器的孤岛检测方法、电子设备及存储介质。

背景技术

图2为四端口共高频母线电力电子变压器(High-Frequency-Bus-based PowerElectronic Transformer,HFB-PET)的一种典型运行场景。中压交流(Medium-Voltage AC,MVAC)和中压直流(Medium-Voltage DC,MVDC)端口分别连接交流和直流电网，低压交流(Low-Voltage AC,LVAC)和低压直流(Low-Voltage DC,LVDC)端口均工作于恒压模式。在MVAC端口外部设置有网侧断路器K

多端口电力电子变压器端口间功率配置关系复杂，且与本地负载的功率匹配呈现多样性，同时，各端口通过高频母线互联，相互之间的功率存在强非线性交叉耦合关系，一个端口的负载变化极易引发其它端口的功率波动，造成电压、电流出现偏离，甚至触发低频振荡。因此，传统的单级或两级新能源并网变换器的孤岛检测方法无法很好地适用于此。

多端口电力电子变压器的孤岛检测方法应满足以下几点：

一是，合理选择检测目标参数，能快速且准确地检测出孤岛。分析孤岛发生时刻典型电气参数的变化规律，选择具有代表性的目标参数作为孤岛判断的依据，提高检测速度和准确性，避免端口间出现长时间功率失衡而触发电压、电流保护。

二是，孤岛检测方法及判定依据必须适用于全功率范围，不能存在检测盲区。

三是，孤岛检测和判断应具备一定鲁棒性，避免干扰引起的误判行为。

发明内容

本发明提供一种多端口电力电子变压器的孤岛检测方法、电子设备及存储介质，旨在解决上述问题。

本发明提供了一种多端口电力电子变压器的孤岛检测方法，其特征在于，包括：

S1、获取多端口电力电子变压器的MVAC端口的网侧断路器断开前MVAC端口的运行参数、以及网侧断路器断开前后本地负载消耗的额定有功功率偏差标幺值；

S2、根据步骤S1获取的内容将多端口电力电子变压器MVAC端口网侧断路器断开前的运行状态预先划分为五类运行区间，五类运行区间分别为四类有功不匹配区间Sec.I、Sec.II、Sec.IV以及Sec.V和一类有功匹配区间Sec.III；

S3、根据MVAC端口的网侧断路器断开前多端口电力电子变压器的运行区间、MVAC端口的网侧断路器断开后的直流母线电压值、MVAC端口公共耦合点处电压跌落深度以及MVAC端口电压频率和输入无功功率判断在所述运行区间内是否存在孤岛现象。

本发明还提供了一种电子设备，包括：

处理器；以及，

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上述多端口电力电子变压器的孤岛检测方法的步骤。

本发明还提供了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时实现如上述多端口电力电子变压器的孤岛检测方法的步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的多端口电力电子变压器的孤岛检测方法的流程图；

图2为四端口HFB-PET的运行场景示意图；

图3为多端口电力电子变压器的工作区间划分图；

图4为工作区间Sec.III内的无功功率匹配图；

图4(a)为本地负载为R-L型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图；

图4(b)为本地负载为R-C型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图；

图4(c)为本地负载为R-L-C型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图；

图4(d)为本地负载为R型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图；

图5为本发明实施例的孤岛检测的循环流程图；

图6为工作区间Sec.I内的孤岛检测过程波形示意图；

图7为工作区间Sec.V内的孤岛检测过程波形示意图；

图8为工作区间Sec.II内的孤岛检测过程波形示意图；

图9为工作区间Sec.IV内的孤岛检测过程波形示意图；

图10为工作区间Sec.III内的孤岛检测过程波形示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个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说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

方法实施例

本发明实施例提供了一种多端口电力电子变压器的孤岛检测方法，图1为本发明实施例的多端口电力电子变压器的孤岛检测方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的多端口电力电子变压器的孤岛检测方法包括：

S1、获取多端口电力电子变压器的MVAC端口的网侧断路器断开前MVAC端口的运行参数、以及网侧断路器断开前后本地负载消耗的额定有功功率偏差标幺值；S1具体包括：

记P

MVAC端口输出的有功功率为P

P

其中，U

有功偏差ΔP可进一步标幺化为

其中，N

根据式(3)可知，当ΔP>0时，PCC处电压将会升高。为保护设备或器件，必须对PCC处电压幅值U

其中，m

S2、根据步骤S1获取的内容将多端口电力电子变压器MVAC端口网侧断路器断开前的运行状态预先划分为五类运行区间，五类运行区间分别为四类有功不匹配区间Sec.I、Sec.II、Sec.IV以及Sec.V和一类有功匹配区间Sec.III；S2具体包括：

在K

(1)区间Sec.I

在K

(2)区间Sec.II

在K

(3)区间Sec.IV

在K

(4)区间Sec.V

在K

(5)区间Sec.III

在K

S3、根据MVAC端口的网侧断路器断开前多端口电力电子变压器的运行区间、MVAC端口的网侧断路器断开后的直流母线电压值、MVAC端口公共耦合点处电压跌落深度以及MVAC端口电压频率和输入无功功率判断在所述运行区间内是否存在孤岛现象。步骤S4具体包括：

S31、若所述多端口电力电子变压器MVAC端口网侧断路器断开前工作在区间Sec.I或者Sec.V，则根据MVAC端口直流母线电压偏离参考值判断是否发生孤岛；步骤S41具体包括：

实时测量MVAC端口的直流母线电压值U

将U

S32、若所述多端口电力电子变压器MVAC端口网侧断路器断开前工作在区间Sec.II、或者Sec.IV，则根据MVAC端口公共耦合点处电压的跌落深度超限判断是否发生了孤岛；步骤S42具体包括：

实时测量并计算MVAC端口公共耦合点处电压跌落深度N

若在T

S33、若所述多端口电力电子变压器MVAC端口网侧断路器断开前工作在区间Sec.III，则通过依次交替向MVAC电网注入大小相等方向相反的无功功率，根据无功测量值与设定的参考值不吻合或连续两次测量的电压频率的差值越限判断是否发生了孤岛。步骤S43具体包括：

当其运行于有功匹配区间Sec.III时，发生孤岛前后PCC处电压和电压U

MVAC端口输出的感性无功功率与本地负载吸收的额定感性无功功率的偏差值ΔQ可表示为：

当多端口电力电子变压器处于区间Sec.III时，N

其中，ω

(1)若本地负载为R-L型，即C

可以看出：负载本身特性决定了Q

(2)若本地负载为R-C型，即L

可以看出：负载本身特性决定了Q

(3)若本地负载为R型，即L

此时本地负载上不吸收无功功率，若无功参考值为非零，则无功控制结果与设定值将始终存在偏差。

(4)若本地负载为R-L-C型，即L

假设K

频率ω

其中，ω

频率ω

|ω

根据式(9)～式(13)，频率差可简化为

综上，可利用以上无功匹配特性对区间Sec.III的孤岛进行检测，图4为工作区间Sec.III内的无功功率匹配图。

(1)图4(a)为本地负载为R-L型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图，根据图4(a)可知：若并网运行时MVAC端口吸收的无功Q

(2)图4(b)为本地负载为R-C型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图，根据图4(b)可知：若并网运行时MVAC端口吸收的无功Q

(3)图4(c)为本地负载为R-L-C型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图，根据图4(c)可知：并网运行时，PCC电压频率为额定值ω

(4)图4(d)为本地负载为R型的工作区间Sec.III内的无功功率匹配图，根据图4(d)可知：由于负载无法吸收无功，发生孤岛后，MVAC端口的实际无功功率将变为0，与设定值不符。

综上所述，全功率配置范围内孤岛检测判断依据及实现流程如下所示：

系统开机运行时，首先完成初始化并启动电力电子变压器的各个端口，之后会进入孤岛循环检测流程，整个检测过程分为三部分。其中，前两部分针对有功不匹配区间Sec.I、Sec.II、Sec.IV和Sec.V，第三部分针对有功匹配区间Sec.III。图5为本发明实施例的孤岛检测的循环流程图，如图5所示，具体检测方法及流程如下：

(1)将实测的MVAC端口的直流母线电压值U

(2)判断PCC电压跌落深度N

(3)若上述步骤(1)和(2)中均未检测出孤岛，则电力电子变压器可能工作于区间Sec.III。此时通过定时方式将MVAC端口的无功参考交替设置为-|Q

依次循环按照上述步骤对区间Sec.I、Sec.II、Sec.III、Sec.IV和Sec.V内的孤岛进行检测，若标志SecI_V、SecII_IV或SecIII中任意一个取值为1，则表明检测到孤岛，记flag_Island＝1，并退出孤岛检测循环流程。

图6为工作区间Sec.I内的孤岛检测过程波形示意图，如图6所示，K

图7为工作区间Sec.V内的孤岛检测过程波形示意图，如图7所示，如图6所示，K

图8为工作区间Sec.II内的孤岛检测过程波形示意图，如图8所示，K

图9为工作区间Sec.IV内的孤岛检测过程波形示意图，如图9所示，K

图10为工作区间Sec.III内的孤岛检测过程波形示意图，如图10所示，负载参数为R

通过采用本发明实施例，具备如下有益效果：

1、合理选择检测目标参数，能快速且准确地检测出孤岛。分析孤岛发生时刻典型电气参数的变化规律，选择具有代表性的目标参数作为孤岛判断的依据，提高检测速度和准确性，避免端口间出现长时间功率失衡而触发电压、电流保护。

2、孤岛检测方法及判定依据适用于全功率范围，不存在检测盲区。

3、孤岛检测和判断具备一定鲁棒性，避免干扰引起的误判行为。

装置实施例一

本发明实施例提供一种电子设备，包括：

处理器；以及，

被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述计算机可执行指令在被执行时使所述处理器执行如方法实施例所述的步骤。

装置实施例二

本发明实施例提供一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被执行时实现如上述方法实施例所述的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。