本發明屬于配電網檢修防孤島領域，尤其涉及一種主被動結合的配電網智能反孤島系統及配置運行方法。

背景技術：

隨著分布式發電系統快速發展和大規模應用鋪開，農村或城區低壓配電網中風光新能源分布式發電系統在此類電網中滲透率不斷提高。其中，農村或城區配電網中大量并網的中小型分布式發電系統容易形成局部孤島效應。單純依賴質量不一的并網逆變器進行防孤島，不僅可靠性不高，且影響本地負荷和自組網運行。此類分布式發電系統設備種類多樣、數量眾多并網檢測困難，又因靠近負荷端，極易容易形成局部的電能供用平衡，造成孤島效應。而復雜的用戶群體，操作方法不一，加之無法預知系統應用情景，容易發生大量并網逆變器多時空尺度的并聯使用，導致互相干擾和故障，大大降低并網逆變器防孤島功能的可靠性。

因此當維修人員對線路進行斷電檢修時，配電網局部可能處于孤島運行狀態，危及檢修人員及設備安全。而依賴并網逆變器進行孤島檢測和分斷的傳統反孤島裝置或系統，無法保證配電網失電后本地負荷或自組網運行，也難以在配電網恢復供電后自動合閘并網發電。

技術實現要素：

為了解決以上問題，本發明提出了一種主被動結合的配電網智能反孤島系統，其采用主動反孤島和被動防孤島兩種方式優勢互補結合，能可靠安全的完成配電網的智能反孤島功能和并網恢復功能。

本發明的一種主被動結合的配電網智能反孤島系統，包括：

基于可變擾動負載的主動反孤島裝置，其配置在配電網臺區側；所述基于可變擾動負載的主動反孤島裝置用于在配電網處于進行線路檢修狀態時，采集配電網臺區側的電壓和電流信號，進而根據設定的反孤島運行閾值范圍來計算和控制并網可變擾動負載參數，當可變擾動負載并入配電網后發出反孤島干擾信號；及

被動防孤島檢測隔離裝置，其一端與用戶側配電網相連，另一端與分布式發電系統相連；所述被動防孤島檢測隔離裝置用于全天候實時采集用戶側配電網的電壓和電流信號，進而提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號，并根據與設定的穩態工作閾值比較來控制并網開關斷開或合閘恢復，從而實現反孤島功能。

進一步的，所述基于可變擾動負載的主動反孤島裝置包括主動反孤島檢測模塊、主動反孤島計算處理模塊、投切模塊和可變擾動負載；

所述主動反孤島檢測模塊，用于在配電網處于進行線路檢修狀態時采集配電網臺區側的電壓和電流信號并傳送至主動反孤島計算處理模塊；

所述主動反孤島計算處理模塊，用于將接收到的電壓和電流信號與設定的反孤島運行閾值范圍比較，進而優化可變擾動負載參數，并向投切模塊發出控制信號；

所述投切模塊，用于接收到控制信號后，進行對應開關的控制投切，使可變擾動負載并入配電網，進而發出反孤島干擾信號。

本發明在配電臺區使用基于可變擾動負載的主動反孤島裝置，可根據采樣的配電網電壓和電流信號，智能計算和控制并網可變擾動負載參數，既能夠發送有效的反孤島干擾信號，又不對電能質量造成巨大影響。

進一步的，所述可變擾動負載由有源濾波器、svg或由多個電力電子開關和電阻、電容和電感這些電子器件構成，由這些電子器件串并聯組合關系得到的可變的負載陣列。

進一步的，所述被動防孤島檢測隔離裝置包括被動防孤島檢測模塊、被動防孤島計算處理模塊和保護控制模塊；

所述被動防孤島檢測模塊，用于全天候實時采集用戶側配電網的電壓和電流信號并傳送至被動防孤島計算處理模塊；

所述被動防孤島計算處理模塊，用于從接收到的電壓和電流信號中提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號，對比設定的穩態工作閾值，根據對比結果向保護控制模塊發出并網開關控制信號；

所述保護控制模塊，用于根據并網開關控制信號來控制并網開關做出相應動作。

本發明的被動防孤島檢測隔離裝置隨分布式發電系統靈活配置于用戶側的并網逆變器和配電網之間，可以靈活分斷隔離用戶側分布式發電系統和配電網，因此在進行孤島隔離時，不影響自組網和用戶本地負荷用電。

進一步的，所述被動防孤島計算處理模塊，還用于在提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號之前，還包括：對接收到的電壓和電流信號進行去噪聲處理，之后再采用基于小波奇異熵算法來提取反孤島干擾信號。

本發明在提取主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號之前，對接收到的電壓和電流信號進行去噪聲處理，保證了后續提取反孤島干擾信號的準確性，本發明應用小波奇異熵算法，能夠準確提取用戶側配電網上主動反孤島裝置發出的擾動，一旦檢測到擾動立即控制切除并網開關，讓本地分布式發電系統和電網側脫離，既保證低壓配電網已不存在孤島，保障電網側檢修人員進行安全作業，又不影響用戶本地負荷或自組網在配電網失電的情況下正常運行。

進一步的，所述被動防孤島計算處理模塊，還用于在將提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號與設定的穩態工作閾值比對的過程中，若前者超出穩態工作閾值范圍，則立即發出隔離控制信號，由保護控制模塊斷開并網開關，隔離分布式發電系統和配電網；

如果前者未超出穩態工作閾值范圍，則進行連續穩態工作周期計數，當計數超過設定值，則發出恢復合閘控制信號，由保護控制模塊合閘恢復并網供電。

在被動防孤島計算處理模塊中，如果檢測到的擾動導致配電網運行特性超過設定安全運行的閾值，被動防孤島計算處理模塊發出控制信號，切斷開并網開關，將分布式發電系統和配電網分斷隔離，實現配電網防孤島，保障檢修安全；

如果擾動信息未超過閾值，沒有觸發防孤島保護功能，則記錄配電網連續正常工作周期數，如果計數超出設定的安全值，則控制并網開關自動合閘配恢復用戶供電；如果連續安全工作周期的累計數量不滿足設定要求，則計數清零，重復檢測。

本發明的用戶側的被動防孤島檢測隔離裝置無需通信設備，可快速準確檢測主動反孤島裝置的擾動信號，及時可靠隔離分布式發現系統和配電網而不影響本地負荷和自組網運行，待配電網恢復供電后還可安全的自動恢復并網發電。

本發明還提供了一種主被動結合的配電網智能反孤島系統的配置運行方法。該方法消除了檢修人員和設備的安全隱患，既不影響自組網和用戶本地負荷用電，又可準確檢測和隔離孤島。

本發明的主被動結合的配電網智能反孤島系統的配置運行方法，包括：

基于可變擾動負載的主動反孤島裝置配置在配電網臺區側，在配電網處于進行線路檢修狀態時實時采集配電網臺區側的電壓和電流信號，進而根據設定的反孤島運行閾值范圍來計算和控制并網可變擾動負載參數，當可變擾動負載并入配電網后發出反孤島干擾信號；

被動防孤島檢測隔離裝置串聯與用戶側配電網與分布式發電系統之間，全天候實時采集用戶側配電網的電壓和電流信號，進而提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號，并根據與設定的穩態工作閾值比較來控制并網開關斷開或合閘恢復，從而實現反孤島功能。

進一步的，該方法還包括：

主動反孤島裝置采用閉環反饋控制，每間隔一個工頻周期自動將可變擾動負載切換為最優目標并投入配電網運行，發出反孤島干擾信號；每兩個工頻周期或兩個以上工頻周期針對配電網狀態反饋，調節可變擾動負載的參數，循環投切運行，直至確保配電網徹底失電。

進一步的，在提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號之前，該方法還包括：

對接收到的電壓和電流信號進行去噪聲處理，之后再采用基于小波奇異熵算法來提取反孤島干擾信號。

進一步的，在將提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號與設定的穩態工作閾值比對的過程中，若前者超出穩態工作閾值范圍，則被動防孤島檢測隔離裝置立即發出隔離控制信號，斷開并網開關，隔離分布式發電系統和配電網；

如果前者未超出穩態工作閾值范圍，則進行連續穩態工作周期計數，當計數超過設定值，則被動防孤島檢測隔離裝置發出恢復合閘控制信號，合閘恢復并網供電。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明采用主動反孤島和被動防孤島兩種方式優勢互補結合，在配電臺區使用基于可變擾動負載的主動反孤島裝置，可根據采樣的配電網電壓和電流信號，智能計算和控制并網可變擾動負載參數，既能夠發送有效的反孤島干擾信號，又不對電能質量造成巨大影響。

(2)本發明的用戶側的被動防孤島檢測隔離裝置采用小波奇異熵算法，無需通信設備，可快速準確檢測主動反孤島裝置的擾動信號，及時可靠隔離分布式發現系統和配電網而不影響本地負荷和自組網運行，待配電網恢復供電后還可安全的自動恢復并網發電。

(3)本發明可有效解決高分布式發電系統滲透率，多并網逆變器聯合運行下的配電網在檢修時，存在孤島難消除，供電難安全恢復的問題，消除了檢修人員和設備的安全隱患，既不影響自組網和用戶本地負荷用電，又可準確檢測和隔離孤島。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1是主被動結合的配電網智能反孤島系統結構示意圖；

圖2是主被動結合的配電網智能反孤島系統的配置運行方法流程圖。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

圖1是主被動結合的配電網智能反孤島系統結構示意圖。

其中，配電網以星型輻射狀網絡分布，連接有若干分布式發電系統1和負載3，分布式發電系統1可以按照典型配置，即本地負荷通過用戶自組網接到配電網用戶側4上。

如圖1所示，本發明的一種主被動結合的配電網智能反孤島系統，包括：基于可變擾動負載的主動反孤島裝置和被動防孤島檢測隔離裝置。

(1)基于可變擾動負載的主動反孤島裝置，其配置在配電網臺區側；所述基于可變擾動負載的主動反孤島裝置用于在配電網處于進行線路檢修狀態時，采集配電網臺區側的電壓和電流信號，進而根據設定的反孤島運行閾值范圍來計算和控制并網可變擾動負載參數，當可變擾動負載并入配電網后發出反孤島干擾信號。

在具體實施過程中，在配電臺區側14處，基于可變擾動負載的主動反孤島裝置15接在配電網4上，配電網4和主電網12通過配電變壓器13連接。

基于可變擾動負載的主動反孤島裝置包括主動反孤島檢測模塊17、主動反孤島計算處理模塊19、投切模塊18和可變擾動負載16。

(1.1)主動反孤島檢測模塊17，用于在配電網處于進行線路檢修狀態時采集配電網臺區側的電壓和電流信號并傳送至主動反孤島計算處理模塊；

(1.2)主動反孤島計算處理模塊19，用于將接收到的電壓和電流信號與設定的反孤島運行閾值范圍比較，進而優化可變擾動負載參數，并向投切模塊發出控制信號；

(1.3)投切模塊18，用于接收到控制信號后，進行對應開關的控制投切，使可變擾動負載16并入配電網，進而發出反孤島干擾信號。

其中，主動反孤島裝置的配置方式是：配置在配電臺區側，靠近配電網絡的輻射中心，可變擾動負載16由有源濾波器、svg或由多個電力電子開關和電阻、電容和電感這些電子器件構成，由這些電子器件串并聯組合關系得到的可變的負載陣列。

本發明在配電臺區使用基于可變擾動負載的主動反孤島裝置，可根據采樣的配電網電壓和電流信號，智能計算和控制并網可變擾動負載參數，既能夠發送有效的反孤島干擾信號，又不對電能質量造成巨大影響。

(2)被動防孤島檢測隔離裝置，其一端與用戶側配電網相連，另一端與分布式發電系統相連；所述被動防孤島檢測隔離裝置用于全天候實時采集用戶側配電網的電壓和電流信號，進而提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號，并根據與設定的穩態工作閾值比較來控制并網開關斷開或合閘恢復，從而實現反孤島功能。

具體地，被動防孤島檢測隔離裝置2串接在分布式發電系統1和低壓配電網4的線路上。

被動防孤島檢測隔離裝置2包括被動防孤島檢測模塊6，被動防孤島計算處理模塊7，保護控制模塊8，其中信號采集點的處的電壓電流傳感器5接在檢測模塊6上，保護控制模塊8控制程控并網開關9。

(2.1)被動防孤島檢測模塊7，用于全天候實時采集用戶側配電網的電壓和電流信號并傳送至被動防孤島計算處理模塊；

(2.2)被動防孤島計算處理模塊7，用于從接收到的電壓和電流信號中提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號，對比設定的穩態工作閾值，根據對比結果向保護控制模塊發出并網開關控制信號；

其中，被動防孤島計算處理模塊7，還用于在提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號之前，還包括：對接收到的電壓和電流信號進行去噪聲處理，之后再采用基于小波奇異熵算法來提取反孤島干擾信號。

其中，小波奇異熵算法是小波變換、奇異值分解理論和信息熵原理的有機結合，最終能對被分析信號的突變程度給出確定的量度。因此，小波奇異熵能夠直觀區分具有不同時頻分布的信號。

本發明在提取主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號之前，對接收到的電壓和電流信號進行去噪聲處理，保證了后續提取反孤島干擾信號的準確性，本發明應用小波奇異熵算法，能夠準確提取用戶側配電網上主動反孤島裝置發出的擾動，一旦檢測到擾動立即控制切除并網開關，讓本地分布式發電系統和電網側脫離，既保證低壓配電網已不存在孤島，保障電網側檢修人員進行安全作業，又不影響用戶本地負荷或自組網在配電網失電的情況下正常運行。

除此之外，被動防孤島計算處理模塊7，還用于在將提取所述主動反孤島裝置發出的反孤島干擾信號與設定的穩態工作閾值比對的過程中，若前者超出穩態工作閾值范圍，則立即發出隔離控制信號，由保護控制模塊斷開并網開關，隔離分布式發電系統和配電網；

如果前者未超出穩態工作閾值范圍，則進行連續穩態工作周期計數，當計數超過設定值，則發出恢復合閘控制信號，由保護控制模塊合閘恢復并網供電。

在被動防孤島計算處理模塊7中，如果檢測到的擾動導致配電網運行特性超過設定安全運行的閾值，被動防孤島計算處理模塊發出控制信號，切斷開并網開關，將分布式發電系統和配電網分斷隔離，實現配電網防孤島，保障檢修安全；

如果擾動信息未超過閾值，沒有觸發防孤島保護功能，則記錄配電網連續正常工作周期數，如果計數超出設定的安全值，則控制并網開關自動合閘配恢復用戶供電；如果連續安全工作周期的累計數量不滿足設定要求，則計數清零，重復檢測。

本發明的用戶側的被動防孤島檢測隔離裝置無需通信設備，可快速準確檢測主動反孤島裝置的擾動信號，及時可靠隔離分布式發現系統和配電網而不影響本地負荷和自組網運行，待配電網恢復供電后還可安全的自動恢復并網發電。

(2.3)保護控制模塊，用于根據并網開關控制信號來控制并網開關做出相應動作。

本發明的被動防孤島檢測隔離裝置隨分布式發電系統靈活配置于用戶側的并網逆變器和配電網之間，可以靈活分斷隔離用戶側分布式發電系統和配電網，因此在進行孤島隔離時，不影響自組網和用戶本地負荷用電。

本發明的主被動結合的配電網智能反孤島系統運行方式是：

當配電網處于進行線路檢修狀態時，運行配電臺區的主動反孤島裝置，根據配電網電壓和電流信號，以電網電能質量影響最小為優化目標，在線計算可變擾動負載參數。主動反孤島裝置采用閉環反饋控制，每間隔一個工頻周期自動將可變擾動負載切換為最優目標并投入配電網運行，發出破壞配電網側的孤島運行的電壓、頻率、諧波電流等擾動，每兩個工頻周期可針對配電網狀態反饋，調節可變擾動負載的參數，循環投切運行，直至確保配電網徹底失電。

與此配合的是用戶側的被動防孤島檢測隔離裝置，其隨分布式發電系統靈活配置于用戶側的并網逆變器和配電網之間，其檢測模塊采集用戶側的配電網的電壓和電流信號，應用小波奇異熵算法提取主動反孤島裝置施加在配電網中的擾動，一旦檢測到擾動立即控制切除并網開關，讓本地分布式發電系統和電網側脫離，既保證低壓配電網已不存在孤島，保障電網側檢修人員進行安全作業，又不影響用戶本地負荷或自組網在配電網失電的情況下正常運行。如果檢修完畢，配電臺區主動反孤島裝置切除，配電網恢復正常供電，待被動防孤島檢測隔離裝置檢測到配電網連續穩定正常工作的時間超出設定值后，自動控制并網開關合閘，分布式發電系統恢復正常并網發電工作。

參考附圖2，本發明給出了主被動結合的配電網智能反孤島系統的配置運行方法，具體配置和實施過程為：

步驟1：系統的配置方法為主動反孤島裝置優先配置于與配電臺區，如果存在距離配電臺區較遠的配電網末端，也可增加設備增強反孤島效果。被動防孤島檢測隔離裝置配置在所有分布式發電系統與配電網之間，分布式發電系統即可以是并網逆變器直接掛在配電網上，也可以是各用戶為本地負荷搭建的自組網。

步驟2：系統運行后，主動反孤島裝置判斷當前是否處于進行線路檢修狀態，如果是則主動反孤島裝置啟用，通過檢測模塊采集此時的配電網狀態信息。

步驟11：主動反孤島裝置計算模塊根據采集的信息，判斷配電網狀態是否滿足安全要求，即是否可執行安全檢修。如果否，則計算出擾動最小的最優負載參數，控制模塊將可變擾動負載調整到目標參數后，投入配電網穩定運行一個工頻周期。檢測配電網狀態反饋，形成閉環控制，此循環可以追蹤投切效果，不斷調整投切的擾動負載量。在最小電能質量干擾的情況下發出擾動信號

步驟12：如果低壓配電網已滿足配電網安全要求，則切除負載，重新判斷檢修狀態，如果檢修已完畢，則關閉主動反孤島裝置，檢修結束，等待下次檢修。

步驟3：在用戶側，被動防孤島檢測隔離裝置全天候實時運行，不斷檢測用戶測的配電網狀態信息。

步驟31：被動防孤島檢測隔離裝置的檢測模塊，根據采集到的配電網狀態信息進行小波算法處理，準確提取用戶側配電網上主動反孤島裝置發出的擾動。

步驟32：如果檢測到擾動，且此擾動導致配電網運行特性超過設定安全運行的閾值，控制模塊發出控制信號，切斷開并網開關，將分布式發電系統和配電網分斷隔離，實現配電網防孤島，保障檢修安全。

步驟33：如果沒有提取出擾動，或者擾動信息未超過閾值，沒有觸發防孤島保護功能，則記錄配電網連續正常工作周期數，如果計數超出設定的安全值，則控制并網開關自動合閘配恢復用戶供電。

步驟34：如果連續安全工作周期的累計數量不滿足設定要求，則計數清零，重復檢測。

其中，本發明的主動反孤島裝置和被動防孤島檢測隔離裝置配置中的判斷閾值都可在安裝時根據安裝位置，配電網不同特點進行人工設定，并可根據調試運行情況實時改變。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。