基于电力无线专网的孤岛检测方法与流程

本发明属于电力系统安全保护的技术领域，涉及分布式新能源发电并网的防孤岛保护技术。更具体地，本发明涉及基于电力无线专网的孤岛检测方法。

背景技术：

为应对全球环境和能源的双重压力，世界各国在积极调整能源结构，分布式光伏电站作为一种可再生清洁能源发电形式，近年来得到了快速发展。

孤岛问题一直是分布式电源并网运行中的研究焦点，孤岛运行可分为计划孤岛和非计划孤岛，非计划孤岛的运行状态是偶然的，范围是不确定的，孤岛运行一定时间会对电网系统、分布式电源及其电力设备造成损害。当DG(distributed generation，分布式(电源)发电)处于孤岛运行状态时，会因DG容量与所带负荷不匹配而造成逆变器端电压、频率等电气量发生波动。随着并网电源和发电容量的不断增加，此类问题会更加凸显。

孤岛状态的检测是整个孤岛问题研究的基础。目前常用的孤岛检测方法，按照安装位置可分为电网侧(又称远程法)、逆变器端及并网点三种；按照具体方法类别又分为被动检测法、主动检测法和混合检测法三大类。被动检测法原理较为简单、无需添加额外设备，且对电能质量和电网稳定性没有影响，但存在较大的检测盲区，且检测用时过长。主动式检测法是通过给系统注入扰动信号来检测孤岛，往往会对电能质量产生影响，或多个扰动信号源相互干扰造成误判或检测不出孤岛状态。

技术实现要素：

本发明提供一种基于电力无线专网的孤岛检测方法，其要解决的技术问题是：有效判断孤岛状态，并在孤岛发生时有效发出告警。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明的基于电力无线专网的孤岛检测方法，所述的电力无线专网采用TD-LTE技术；所述的孤岛检测方法应用于分布式光伏电站(DG)所属的配电网线路区域；所述的孤岛检测方法为配电网线路中每个开关节点配置无线通信数据采集器，并进行网络节点配置；对分布式光伏电站所在配电网区域进行拓扑结构初始化，生成拓扑模型；分布式光伏电站根据拓扑模型向关联线路中的相关通信节点订阅开关状态信息；依据采集的通讯节点开关状态判断孤岛是否发生。

所述的孤岛检测方法的步骤是：

A.构建基于TD-LTE技术的电力无线专网，覆盖分布式光伏电站所属的配电网线路区域；

B.所述的配电网线路包括电力无线专网下35KV变电站、断路器及开关刀闸、分段开关节点和分布式光伏电站DG；并相应设置35KV变电站节点S1、断路器及开关刀闸节点K1～Kn、分段开关节点DL；

C.在配电网线路中的关联开关节点上安装电力开关状态采集器，通过TD-LTE通信模块与DG端无线通讯；

D.节点配置初始化：将无线网络范围内的通信节点分层分级，每个节点都配有唯一的通信地址，并同时设置一份下一级节点通信地址表；图2为单节点示意图，K1通过检索地址表与直属下级节点K2～Kn进行无线通信；

E.当发生开关节点物理位置的增加或减少时，需要重新进行节点配置初始化，更新通信地址表；

F.网络拓扑识别：S1具有发起拓扑初始化命令权限，K1～Kn依次将通信地址累进传送至DG端，完成通信拓扑初始化；此时，DG端并网通信装置得到一组通信拓扑节点地址S1、K1～Kn；

G.根据网络拓扑初始化识别，当DL断开时得到模型一，当左侧线路发送故障DL闭合时得到模型二；

H.信息订阅及发布：DG端并网通信装置与模型中所有拓扑节点的通信方式采用发布者/订阅者机制，DG端(订阅者)根据得到的通信拓扑地址向相关通信节点(分布者)发送订阅申请；

I.孤岛状态逻辑判断：通信拓扑初始化后DG端得到两组影响其孤岛状态的通信拓扑模型；通过消息订阅，DG实时接接收来自两组模型中节点的开关状态信号，并对信号数据进行分析处理，判断DG的孤岛状态；开关闭合为1,；开关断开为0；

X1＝S1∩K1∩K2∩K3∩K4；

X2＝S1∩K5∩K6∩DL∩K3∩K4；

Y＝X1∩X2；

当Y＝1时则判定孤岛未发生，当Y＝0时则判定孤岛发生。

所述的变电站为35KV变电站。

所述的TD-LTE电力无线专网通信频段选择230MHz或1.8GHz。

步骤D中对开关节点进行分级定义，若线路中存在分段开关、联络开关设备，其开关状态能造成配电网拓扑结构动态变化，则将所述的分段开关节点、联络开关节点级别设置高于同层相邻线路节点。

骤H中所述的消息订阅报文传输机制采用心跳报文模式将节点开关状态实时发送给分布式光伏电站DG端(订阅者)。

本发明采用上述技术方案，基于远程通信的方式来采集线路开关节点状态，并以此判断是否存在孤岛，若孤岛发生则及时发出告警，其有益效果是：能够适应网络拓扑动态变化的线路结构；与现有的主动式检测法相比，对电网电能质量不产生任何影响；与被动式检测法相比，本发明使用无线方式采集节点状态，不存在检测盲区问题，判断快速、可靠性高；精准度高，实用性强。

附图说明

图1为本发明的电力线路结构图；

图2为开关单节点示意图；

图3为网络拓扑初始化流程图；

图4为网络拓扑模型图；

图5为本发明的孤岛检测方法流程示意图；

图6(a)为故障未发生时线路状态图；

图6(b)为发生故障后线路状态图。

图中标记为：

S1—变电站端节点，K1～K6—断路器及开关刀闸节点，DL—分段开关节点，DG—分布式光伏电站。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示本发明的结构，为一种基于电力无线专网的孤岛检测结构。

为了克服现有技术的缺陷，实现有效判断孤岛状态，并在孤岛发生时有效发出告警的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图1至图6所示，本发明的基于电力无线专网的孤岛检测方法，所述的电力无线专网采用TD-LTE技术；所述的孤岛检测方法应用于分布式光伏电站(DG)所属的配电网线路区域；所述的孤岛检测方法为配电网线路中每个开关节点配置无线通信数据采集器，并进行网络节点配置；对分布式光伏电站所在配电网区域进行拓扑结构初始化，生成拓扑模型；分布式光伏电站根据拓扑模型向关联线路中的相关通信节点订阅开关状态信息；依据采集的通讯节点开关状态判断孤岛是否发生。

本发明涉及一种基于电力无线专网的孤岛检测方法，它包括在分布式光伏电站所属配电网区域内构建电力无线专网；为配电网线路中每个开关节点配置无线通信数据采集器，并进行网络节点配置；对分布式光伏电站所在配电网区域进行拓扑结构初始化，生成拓扑模型；分布式光伏电站(DG)根据拓扑模型向关联线路中的相关通信节点订阅开关状态信息；依据采集的通讯节点开关状态判断孤岛是否发生。

所述的孤岛检测方法的步骤是：

A.构建基于TD-LTE技术的电力无线专网，覆盖分布式光伏电站所属的配电网线路区域；

B.所述的配电网线路包括电力无线专网下35KV变电站、断路器及开关刀闸、分段开关节点和分布式光伏电站DG；并相应设置35KV变电站节点S1、断路器及开关刀闸节点K1～Kn、分段开关节点DL；

图1为本发明一实施例的线路结构图，包括电力无线专网下35KV变电站S1节点、断路器及开关刀闸(K1～K6节点)、分段开关(节点DL)和分布式光伏电站(DG)。

C.在配电网线路中的关联开关节点上安装电力开关状态采集器，通过TD-LTE通信模块与DG端无线通讯；

D.节点配置初始化，将无线网络范围内的通信节点分层分级，每个节点都配有唯一的通信地址，并同时设置一份下一级节点通信地址表。图2为单节点示意图，节点K1通过检索地址表可以与直属下级节点K2～Kn进行无线通信。

E.当发生开关节点物理位置的增加或减少时，需要重新进行节点配置初始化，更新通信地址表；

F.网络拓扑识别：以图1左侧线路为例，图3为网络拓扑初始化流程图，变电站端S1具有发起拓扑初始化命令权限，K1～K4依次将通信地址累进传送至DG端，完成通信拓扑初始化。此时，DG端并网通信装置得到一组通信拓扑节点地址S1、K1～K4。

G.图4为拓扑模型图，根据网络拓扑初始化识别，当DL断开时得到模型一，当左侧线路发送故障DL闭合时得到模型二；

H.信息订阅及发布：DG端并网通信装置与模型中所有拓扑节点的通信方式采用发布者/订阅者机制，DG端(订阅者)根据得到的通信拓扑地址向相关通信节点(分布者)发送订阅申请；

I.孤岛状态逻辑判断：通信拓扑初始化后DG端得到两组影响其孤岛状态的通信拓扑模型；通过消息订阅，DG实时接接收来自两组模型中节点的开关状态信号，并对信号数据进行分析处理，判断DG的孤岛状态；开关闭合为1,；开关断开为0；

X1＝S1∩K1∩K2∩K3∩K4；

X2＝S1∩K5∩K6∩DL∩K3∩K4；

Y＝X1∩X2；

当Y＝1时则判定孤岛未发生，当Y＝0时则判定孤岛发生。

所述的变电站为35KV变电站。

所述的TD-LTE电力无线专网通信频段选择230MHz或1.8GHz。

步骤D中对开关节点进行分级定义，若线路中存在分段开关、联络开关设备，其开关状态能造成配电网拓扑结构动态变化，则将所述的分段开关节点、联络开关节点级别设置高于同层相邻线路节点。

骤H中所述的消息订阅报文传输机制采用心跳报文模式将节点开关状态实时发送给分布式光伏电站DG端(订阅者)。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。