一种基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法及系统与流程

本发明涉及新能源光伏电站系统控制保护，具体为一种基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法及系统。

背景技术：

1、近年来，新能源发电尤其是光伏发电得到快速发展，光伏电站的规模及装机容量越来越大。但随着光伏并网比例逐年增高，光伏电站孤岛运行时将对电网的稳定运行产生危害，容易造成电网的功率、电压与频率产生异常，还将对电气设备造成损害、严重危害检修人员的生命安全。因此，在现行光伏系统运行规范中都要求光伏电站具备防孤岛保护，一旦逆变器检测到系统处于孤岛运行状态，需立即切断与电网的连接。而孤岛检测作为光伏并网保障安全稳定运行的一项必备能力，在光伏电源接入配电网渗透率越来越高的大环境下，对其也提出了更高的要求和标准，因此研究开发高精度、高可靠性的孤岛检测方法变得尤为重要。目前，国内外将孤岛检测分为远程检测法与本地检测法。远程检测法依赖于电力公司和dg(distributed generation,dg)单位之间的通信检测方案。但远程方法需要通信链路，但目前部署的光伏发电区域并没有现成的电力通信装置，因此成本较高，导致远程检测方法并没有广泛应用。本地检测法主要是利用dg并网侧的逆变控制系统对pcc(point ofcommon coupling，pcc)电压和频率实时监测，当系统脱离主网时，pcc电压、频率和相位等电气参数的变化量或变化率将超出一定的阈值范围，即判定孤岛发生。

2、目前，光伏孤岛的本地检测技术中研究和使用较多的主要分为包含过/欠电压、过/欠频率、谐波变化率以及电压相位突变的被动检测法以及包含频率扰动、电压扰动、功率扰动以及阻抗测量的主动检测方法。其中，被动检测法，它具备原理简单、实现容易的优点，但是存在检测阈值设定困难以及检测盲区大等缺点。而主动检测方法则具备检测盲区小、检测速度快以及成本低的优点，但也存在谐波引入、参数设置复杂等缺点。主动式孤岛检测方法通过向系统或逆变器侧的某一个输出电气量注入扰动量，来加快孤岛发生后相关特征量的变化或偏移情况，以此来实现快速、无盲区的孤岛检测。向系统注入的扰动量越大，检测速度虽然会加快，但对电能质量的影响也会加大，因此如何在加快孤岛检测速度与降低对电能质量的影响两方面之间进行平衡，是主动检测法要考虑的重要问题之一。另一方面，如何减小谐波引入以及避免与系统高阻短路接地故障发生误判是主动检测法需要进一步改进的地方。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：本发明是解决当前主动式孤岛检测方法无法平衡孤岛检测速度与降低对电能质量的影响，以及在系统高阻接地故障下容易存在误判的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法，包括：

5、获取三相电压幅值，计算所述三相电压幅值与三相电压额定值的电压偏移率，将所述电压偏移率与第一阈值进行判断，若电压偏移率大于第一阈值，则注入无功功率扰动量，启动孤岛检测；

6、获取视在功率波形，利用变分模态分解算法对所述视在功率波形进行分解，得到特征检测分量，根据所述特征检测分量计算特征峭度值，通过特征峭度值判断是否进入孤岛运行状态。

7、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：计算所述三相电压幅值与三相电压额定值的电压偏移率包括：

8、并网点pcc处的三相电压幅值与三相电压额定值的电压偏移率，表示为：

9、

10、其中，ut(t)为pcc处三相电压幅值，ud为电压偏移率，ura为三相电压额定值。

11、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：将所述电压偏移率与第一阈值进行判断包括：

12、若电压偏移率大于第一阈值，则注入无功功率扰动量，启动孤岛检测；

13、若电压偏移率小于等于第一阈值，则不注入无功功率扰动量，重新计算和比较电压偏移率。

14、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：第一阈值包括：

15、根据光伏系统功率由0增加至额定功率时，得到光伏系统功率变化曲线和pcc处三相电压幅值以及频率变化曲线；

16、对每个采样的时间点，计算三相电压的平均值，得到基准值；计算每个相位电压与基准值之间的差值，得到三相电压幅值偏差即电压偏移率；从采用时间点的三相电压幅值偏差中得到最大值，即为pcc三相电压幅值偏差的最大值；

17、pcc三相电压幅值偏差的最大值的2倍为第一阈值。

18、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：利用变分模态分解算法对所述视在功率波形进行分解，得到特征检测分量包括：

19、设定变分模态分解的参数包括调节分解层数的参数k和正则化参数alpha；

20、通过迭代优化的方式，利用变分模态分解算法对视在功率波形进行分解，分解操作包括，将视在功率波形作为初始信号输入变分模态分解算法，计算视在功率波形的信号的希尔伯特谱和信号辅助函数；

21、基于正则化约束和信号辅助函数，计算当前的模态函数；从初始信号中减去当前的模态函数，得到新的信号；重复分解操作，直到达到调节分解层数的参数k，得到k个时频分量。

22、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：选取时频分量作为特征检测分量包括：

23、将视在功率波形作为初始信号进行离散化为离散时间序列，当相邻的离散化的信号不同时，则信号通过零值，得到信号通过零值的次数；

24、将信号通过零值的次数除以信号的总数，得到零交叉率，零交叉率的2倍则为信号通过零值的频率；

25、判断信号通过零值的频率是否位于暂态功率波形的故障特征频率范围内，若伪于故障特征频率范围，则选取该层的时频分量作为特征检测分量。

26、作为本发明所述的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的一种优选方案，其中：根据所述特征检测分量计算特征峭度值，通过特征峭度值判断是否进入孤岛运行状态包括：

27、将选取的时频分量的能量作为特征检测分量进行峭度计算，表示为：

28、

29、其中，fsz(t)为特征检测分量，μ为特征检测分量的均值，t为特征检测分量的最大采样点编号；

30、若st大于第二阈值，则进入非孤岛状态；若st小于等于第二阈值，则进入孤岛状态。

31、第二方面，本发明提供了一种基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测的系统，包括：

32、判断模块，用于获取三相电压幅值，计算所述三相电压幅值与三相电压额定值的电压偏移率，将所述电压偏移率与第一阈值进行判断，若电压偏移率大于第一阈值，则注入无功功率扰动量，启动孤岛检测；

33、分解模块，用于获取视在功率波形，利用变分模态分解算法对所述视在功率波形进行分解，得到特征检测分量，根据所述特征检测分量计算特征峭度值，通过特征峭度值判断是否进入孤岛运行状态。

34、第三方面，本发明提供了一种计算设备，包括：

35、存储器和处理器；

36、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的步骤。

37、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法的步骤。

38、本发明的有益效果：本发明所提出的基于特征峭度分析的主动型光伏系统孤岛检测方法通过无功功率的主动注入，可以在不影响系统电能质量的前提下，显著增强孤岛运行状态的扰动特征，通过信号提取分析方法可以有效提取各运行状态下的扰动特征，能够有效实现孤岛状态的准确判别，具有很高的实际应用价值。