1、研究背景
分布式電源(DG)的孤島現(xiàn)象，是指當(dāng)主電網(wǎng)失壓時，DG仍保持對失壓電網(wǎng)的部分線路繼續(xù)供電的運行狀態(tài)。孤島檢測是DG并網(wǎng)的基本要求。然而，由于電網(wǎng)與DG運行的互動性和復(fù)雜性，孤島檢測問題被視為當(dāng)前配電網(wǎng)保護領(lǐng)域的難題之一。鑒于分布式能源發(fā)展戰(zhàn)略在我國總體能源戰(zhàn)略中的重要地位和持續(xù)高速增長的DG滲透率，可靠實用的孤島檢測方法研究對含DG的現(xiàn)代配電網(wǎng)的運行具有重要意義。
2、現(xiàn)有孤島檢測方法方案比較
現(xiàn)有孤島檢測方法可分為本地檢測法和遠(yuǎn)程檢測法。本地檢測法可進一步分為被動檢測法和主動檢測法。其中，被動檢測法是基于DG側(cè)直接測量的并網(wǎng)點電氣量變化判斷孤島是否發(fā)生;主動檢測法是在DG的輸出端疊加小擾動，測量并網(wǎng)點電氣量的變化，判斷孤島是否發(fā)生。遠(yuǎn)程檢測法則利用通信手段，接收主網(wǎng)側(cè)斷路器分?jǐn)嘈纬晒聧u信息，實現(xiàn)孤島判斷。
相較而言，本地檢測法成本低廉，受到工業(yè)界的廣泛歡迎，具備大規(guī)模推廣應(yīng)用潛力。然而，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用的實際情況表明，本地檢測法在系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷擾動或故障擾動時可靠性較低。雖然遠(yuǎn)程檢測法原理簡明清晰，但是受到經(jīng)濟條件的約束，目前尚不具備大量推廣應(yīng)用的可行性。另外，遠(yuǎn)程傳輸?shù)男盘枙芟到y(tǒng)故障產(chǎn)生的干擾影響而導(dǎo)致孤島檢測失誤。
3、研究思路
為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，輸電網(wǎng)的斷路器普遍采用分相操作。近年來，配網(wǎng)用分相操作斷路器也已出現(xiàn)，ABB公司的Padmount系列斷路器和GridShield系列重合器工作電壓34.5kV，分?jǐn)嚯娏骺蛇_(dá)12.5kA，均支持單相操作。在應(yīng)用方面，美國的一些配電網(wǎng)在2004年已開始試點應(yīng)用分相操作斷路器。
由于主網(wǎng)側(cè)斷路器的分?jǐn)嗍枪聧u形成的直接原因，受利用電力線載波通信的孤島檢測方法和配電線路無通道保護的啟發(fā)，本文提出了主網(wǎng)側(cè)斷路器分相操作，DG側(cè)基于電氣量感知斷路器動作，判斷孤島形成的研究思路。
4、技術(shù)原理與方案
基于分相操作斷路器，本文以先分?jǐn)嘀骶W(wǎng)側(cè)A相線路，經(jīng)過一定時間延時(初步定為60ms)后再分?jǐn)郆,C相線路為例分析孤島檢測技術(shù)方案。在此過程中，DG側(cè)電氣量具有下述特征：
特征1：孤島形成前，主網(wǎng)和DG共同給本地負(fù)荷供電，DG側(cè)三相電壓運行穩(wěn)定。相應(yīng)地，DG側(cè)負(fù)序電壓分量V2很小或等于0。當(dāng)A相斷路器動作后，DG側(cè)三相系統(tǒng)不再對稱，DG側(cè)將產(chǎn)生V2，并持續(xù)一定時間。當(dāng)三相斷路器完全分?jǐn)嗪?，若DG側(cè)三相重新平衡，V2將消失。
特征2：孤島形成前DG側(cè)三相電壓穩(wěn)定。孤島形成時，當(dāng)斷路器僅分?jǐn)郃相線路，VA將發(fā)生變化，圍繞額定值升高或降低。當(dāng)三相線路全部分開、孤島形成后，VB和VC也將跟隨VA偏離額定值，并且，VB和VC的偏離方向?qū)⑴cVA保持一致。
圍繞上述兩個特征，本文提出的孤島檢測方案流程如圖1所示(詳細(xì)的方案描述請參見原文)。
圖1 孤島檢測流程圖
5、仿真驗證
本文的仿真采用PSCAD/EMTDC。測試場景包括孤島形成、負(fù)荷擾動和故障擾動等。仿真所得到的孤島檢測結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明：所提方案在0.1s內(nèi)檢測出孤島。其他測試結(jié)果同樣表明所提方案的有效性、可靠性(具體測試結(jié)果請參見原文)。
圖2 孤島檢測波形
6、結(jié)語
DG及其他主動式負(fù)荷的廣泛接入將對配電網(wǎng)的管控產(chǎn)生重大變革。效果突出、成本適宜的孤島檢測方法和技術(shù)無疑將極大促進現(xiàn)代配電網(wǎng)的發(fā)展。本文提出了一種一次設(shè)備和二次設(shè)備協(xié)調(diào)配合的孤島檢測方法。該方法利用一次設(shè)備靈活的動作方式，“發(fā)布”相關(guān)電氣信息，下游DG側(cè)二次設(shè)備基于電氣信息的變化來判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)。