[论文解读] A Novel Hybrid Islanding Detection Method for Inverter-based DG

Maziar Isapour Chehardeh, Ehsan M. Siavashi|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2018

Islanding Detection in Power Systems参考文献 11被引用 3

一句话总结

本文提出了一种针对基于逆变器的分布式发电（DG）的新型混合孤岛检测方法，结合了基于扩展卡尔曼滤波的被动谐波检测与基于电压变化率和功率转移的主动方法。该方法缩短了检测时间，最小化了非检测区，并在不同功率条件下提升了可靠性与安全性，经由Simulink仿真在多种系统事件中得到验证。

ABSTRACT

A novel method for achieving a better performance using the combination of the available passive and active methods has been proposed. The algorithm detects the islanding in proper time by using harmonic detection, the average rate of change of voltage and shifting power generation. Harmonic detection in this method decreases process time and also differentiates between islanding and other power systems events. For harmonic detection, extended Kalman filter has been used. Besides, the reliability of the method increases using the average rate of change of the voltage. The proposed method uses a strategy for decreasing the non-detection zone. In this strategy, minimum and maximum average rates of change of voltage limits are defined to improve the security of the system. Therefore, three main specifications of a proper method, reliability, security and time of process are achievable by the combination of these passive and active methods. By applying different power system events under different power conditions, the proposed method has been verified in Simulink software.

研究动机与目标

• 解决传统被动与主动孤岛检测方法在检测速度、非检测区和可靠性方面的局限性。
• 通过引入电压变化率的动态阈值，减小孤岛检测中的非检测区。
• 通过整合谐波检测与主动控制策略，提升系统安全性和检测精度。
• 在基于逆变器的DG系统中，实现可靠性、安全性与快速检测时间之间的平衡。

提出的方法

• 利用扩展卡尔曼滤波估计公共耦合点电压中的谐波分量，实现谐波检测。
• 计算电压平均变化率，以检测表明孤岛发生的异常系统行为。
• 定义电压平均变化率的最小值和最大值阈值，以增强系统安全性并减少误跳闸。
• 在检测过程中有意调整功率输出，以产生可测量的扰动，从而区分孤岛与正常事件。
• 混合方法结合了被动（基于谐波）与主动（基于电压变化率和功率转移）技术，以提升整体性能。
• 决策逻辑整合所有三个组件的输出，实现实时孤岛状态判断。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过自适应电压变化率阈值最小化孤岛检测中的非检测区？
• RQ2 与传统方法相比，基于扩展卡尔曼滤波的谐波检测在检测速度和准确性方面提升程度如何？
• RQ3 被动与主动方法的集成是否能在保持快速响应时间的同时减少误跳闸？
• RQ4 该方法在多种电力系统事件和不同负载条件下的表现如何？
• RQ5 功率输出调整对孤岛检测的可靠性与安全性有何影响？

主要发现

• 通过扩展卡尔曼滤波实现实时谐波估计，显著缩短了检测时间。
• 采用定义的最小与最大电压变化率限制，有效减小了非检测区并增强了系统安全性。
• 混合方法成功区分了孤岛与其他电力系统扰动（如负荷变化或故障）。
• Simulink仿真结果证实了在多种系统事件和不同功率条件下均能实现可靠检测。
• 该方法在检测速度、可靠性与安全性之间实现了良好平衡，优于单一的被动或主动方法。