TWI305073B - An islanding detection protects method - Google Patents

Description

1305073 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係為一種孤島運轉偵測保護方法，特別是關於 一種對電力系統進行擾動，以快速偵測電力系統孤島運 轉，並觸動保護機制的方法。 【先前技術】 按，電力產業自由化是電力發展的未來趨勢，小型的 分散式能源或再生能源發電設備，諸如汽電共生發電系 統、太陽能發電系統及風力發電系統等等，常會併入公共 電力系統並聯運轉，然而當公共電力系統因異常而跳脫 時，分散式能源發電設備若無法偵測公共電力系統跳脫而 持績供電，即可能引發獨立供電的狀悲’形成孤島區域^ 謂之孤島運轉。 關鍵在於各分散式能源發電設備常屬於私人所擁 有，並不受電力公司直接控制，因此當公共電力系統中斷 時，各分散式能源發電設備若未能檢知，獨立供電，電壓 及頻率不穩定，電器設備容易受損，更可能造成相關電力 維修人員發生觸電危險，或是當公共電力系統復電時，因 無法同步而致損壞分散式能源發電設備，或電器設備。 因此目前有許多偵測孤島運轉的文獻，多是利用偵測 責任分界點（Point of Common Coupling，PCC)端電力系統 之電壓大小與頻率，如第一圖所示，當頻率或電壓有任何 5 1305073 超出（超過或低於）運轉範圍時，切斷分散式電源系統，以 避免發生孤島運轉。或是隨時偵測電力系統的電壓相位， 當連壓相位突然有較大之改變時（Voltage Phase Jump)， 即表示孤島運轉發生。 可述偵測電壓、頻率或相位跳躍等方法，往往受限於 負載之形式’會有因負載狀態而無法偵測到孤島運轉的狀 先、此通稱為非偵測區塊（N〇n—Detection Zone, NDZ)。

另—技術是偵測PCC點的輸配電電壓總諧波失真 (T(^al Harmonic Distortion，THD)量，當此失真量超過 ，设準位時’即表示發生孤島運轉現象，其主要根據變壓 、、'氣丨生之磁滞曲線（β_Η curve)的理論，當電力系統正常 ' ' 此非線性電流由電力系統提供’因此不影響雷厭 之諧波，彳、， 、二’’但當此電力系統跳脫時，此非線性電流便由分散 式包源系统提供，此時電壓便產生高頻諧波’便可依據此 電壓譜波量來判斷孤島運轉。 可'是依電壓總諧波失真量之大小來判定是否孤島 轉狀況， ^ ' 不易獲得此大小判定準位。另外，或可利用電力 線載波直接通訊之方法，來判定是否孤島運轉狀況，道理 淺顯而明g备 7 ^ _ 緊’但疋需要在兩端同時裝設此通訊設備，成本 而雨述這些方法亦統稱為被動式反孤島偵測法。 卜重要偵測方法歸類為主動式反孤島偵測法。例 如Sandia Nati〇nal [汕開發之孤島偵測技術，主要是 °周版電力啁節器輸出電流頻率或是大小（擾動電力系統）， 6

1305073 並偵測電力系統之電壓頻率或大小，當電力系統之電壓頻 率或大小有所改變時，藉由正迴授方式，使得電力調節器 之輸出電流頻率與大小有更明顯之變動，達到偵測孤島運 轉之目的。 若電力系統正常運轉時，此小分量不會對電壓大小產 生影響，但當電力系統跳脫時，所產生的電壓變化可由此 正迴授量加速電壓變化，因此當電壓超過（小於）運轉範圍 時，便可得知處於孤島運轉狀態。 以太陽光電電力調節器而言，受限於外在太陽照度之 影響，在多台並聯時，某台因照度較少，另一台照度較多， 容易相互抵銷對電壓變化之影響。又一般電力調節器操作 在太陽光電最大功率附近，無法提供更大之輸出電流來擾 動電力系統電壓，因此不易偵測得到孤島運轉現象。 另外Sand i a Nat i ona 1 Lab開發另一孤島谓測技術如 SFS(Sandia Frequency Shift)，為頻率正迴授系統，其電 流頻率之命令計算>2(五）為一誤差與頻率增減量調整之曲 線方程式，如第二圖所示。 當電力系統正常運作時，此電流頻率之變化無法引起 電力系統電壓之變化；若電力系統跳脫，則電壓頻率因電 流之頻率變化而改變，又由正迴授之作用，使得輸出電流 頻率變大，因而超出頻率正常運轉範圍（過大或過小），而 偵測得孤島狀態。 以被動元件電感、電容、電阻為負載，其延遲或超前 7 1305073 之角度如（1)式所示： argtanfi?-1 +jmC- j(mLy) ⑴ 由⑴式可以得知，若頻率運轉點在 點時，誤差角度為零，輸出電流頻率不再產生變化之;振 偵測孤島運轉’或是_時間過久，無法滿足規範需^ 如禹國第5,493, 485專利，其系統如第三圖所示 ……上:騎里、頻率變化f、電壓變化量、 波失真量⑽）變化量等因素來蚊輪出^ 1間相位飄移量，且此頻率與相位差之方 】:“、 形式之非線性函數，以及輸出之電流峰值大:季'二種 斷程序複雜，而較難實現。 忒糸統判 r 2也有些技術藉由—個頻率及相角差之滑動抑制 :ί:ί广旱當偵測得電壓頻率有所變化時，調纽入 们u點’而此穩定點在正常操作頻率之外，此 式曲線如第四圖所示，同理，若頻率運 ⑺差杈 共振點時，誤差角度為零，輸出電流頻^ ^=之 :法酬運轉’或是㈣間過久，無法滿足“ ㈣孤島運轉偵測保護方法及二 大H义為㈣微分方向性分量（s值）以及一計 1305073 數器（權重因子％)，並利用該權重因子％調整分散式電源系統 之負序電流變化量，如此便可避免因迴授誤差量減小，調整量 亦變小之問題，達到正確及快速偵測孤島運轉之發生，是為— §又a十合理且能有效改善上述缺失之發明。 【發明内容】

本發明係提供以下之技術手段來達成快速偵測電力 系統孤島運轉，並觸動保護機制之目的。 為達成上述目的’本發明之主要技術特徵係在於提供 -種孤島運轉偵測保護方法，係包括偵測責任分界點 (Pmnt of C⑽mon Coupling，pcc)之複數個負序電界值’、、. 獲得複數個不同負序電㈣；加入—小微量之土〜 化量或至該電力系統;計算該負序電墨之改變值，：： (^/低）於該負序電壓之限制值時，即_得孤島運· 马達成上述目的，本發明之技 孤島運轉偵聽護方法，係由—心人人在作供上述之 期加入—倾奴貞㈣麵控難於每一週 二上述目的，本發明之技術特徵在於脖上述之 孤島運轉偵測保護方法，設計— 疋仏上it之 哭夕趨舌rai '是彳政为方向性分量計數 如之根重因子，作為預剛孤島運 子之值累積到一預設值時，即使該權重因 制值，亦表示孤島運轉發生，可值尚未超出限 在限4内達到孤島運轉跳 9 1305073 脫之保護。 為達成上述目的，本發明之技術特徵在於提供上述之 孤島運轉侧保護方法，其巾該權：子可用以調整 電流設定’當該權重因子越大’表示孤島運轉之機率越心 則調整負序電流設定變化量越大，更加速負序電壓‘微 化，達到孤島運轉異常跳脫保護。 【實施方式】 為U審查委員能更進—步瞭解本發明為達成 既定目的胁取之技術、方法及功效m = 發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特^^本 當可由此得-深人且具體之瞭解，秋、Ί占’ 考與說明用，並非用來對本發明力 者时僅提供參 請參閱第五圖所示，在力+ * 利者0 示意圖。本發明首先偵丨^八^島運轉偵測流程 量及大小⑽0)，若^^任分界點⑽)之負序電壓變化 幾乎是不變的；因此线正巾運作時’該負序電壓值 時，所偵測到該負序番 ％力糸統正常供電 命令控制器於每二f變化量非，’此時而由一電流 當電力系統跳脫峙二小微”負序電流變化量。 量完全取決於當時之_ *日讀彳貞浙到之負序電壓變化 時，則所加人-小微氣、’ ^貞測得負序電璧變化量較大 負序電壓變化量增Γ之負序電流變化量將會增加，引發 大此負序電壓變大，更迫使加入之負 10

Claims (1)

1305073 十、申請專利範圍： 1. -種孤4運_聰勃法，主要注人義之微量 ^藉由_電力系統之負序電壓成分，且利數 負序電懕變外^ 丨·來叶异 力系统負序電Μ八/電力系統因故跳脫時，可以備測到電 ，二===細’嶋散式電源 1==::^^孤島運_測保護方法，注入擾 3. 如申請專利範，；所=為;^ 動之微量負序電流成分之週期^運=測保護方法，注入擾 4. 如申請專利範圍第！項所 動週期。 動之微量負序電流成分之大小可 則保護方法’注入擾 5. 如申請專利範圍第！項所 '6/&值° 動之微量負序電流成分之^^ 則保護方法，注入擾 數。 相對於負序電壓可為一線性函 6·如申請專利範圍第1項 動之微量負序μ “ ㈣運轉翻保護方法’注入擾 數。 成分之大小相對於負序電壓可為-指數函 7. 如申請專利範圉第1項 動之微量負序電流成分之大小===測保護方法，注入擾 數。 相對於負序電壓可為一多項式函 8. 如申睛專利範園黛1货β 包括：設計1書因# 島運轉偵測保護方法，其中更 ^重因子％，魅社算該負序電壓誤差微分方向 1305073 性分量（s值）之計數器，而其公式可為： Mk=SxF(Ws)。 9. 如申請專利範圍第8項所述之孤島運轉偵測保護方法，其中該 權重因子％之值累積到一預設值時，即表示孤島運轉發生，可 在限時内達到孤島運轉跳脫之保護。 10. 如申請專利範圍第8項所述之孤島運轉偵測保護方法，其中該

權重因子％值可用以調整負序電流，當該權重因子％值越 大，表示孤島運轉之機率越高，則注入之負序電流愈大，更 加速達到孤島運轉異常跳脫保護。 14