專利名稱：間歇性雙邊無功功率擾動孤島檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到分布式發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變器應(yīng)用領(lǐng)域中的孤島檢測技術(shù)，尤其是間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法。
背景技術(shù)：
在新能源分布式發(fā)電中，風(fēng)能、光伏等產(chǎn)生的電能，經(jīng)過電力電子變換后并入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器作為新能源和電網(wǎng)之間的接口，可以對電能進(jìn)行變換并進(jìn)行電能質(zhì)量控制。 通常并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器，用于逆變器與電網(wǎng)之間實現(xiàn)電氣隔離的變壓器，用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器，本地負(fù)載，電網(wǎng)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動信號、驅(qū)動封鎖信號和并網(wǎng)繼電器控制信號的并網(wǎng)逆變控制器，并網(wǎng)逆變器的輸出經(jīng)過隔離變壓器后由并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)連接，并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)之間的連接點稱為公共耦合點PCC。當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生故障時，并網(wǎng)逆變器會脫離電網(wǎng)，形成局部帶有發(fā)電裝置和本地負(fù)載的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而形成孤島。孤島的發(fā)生一般是不可預(yù)測的，并且會帶來如下危害
(1)脫離電網(wǎng)后，分布式發(fā)電裝置可能會因為電壓或頻率失控而損壞；
(2)本地的用電設(shè)備可能因為孤島中的電壓或者是頻率超出安全范圍而損毀；
(3)對人身安全構(gòu)成一定的威脅；
(4)孤島時，如果本地負(fù)載的容量過大，分布式電源因過載而損壞；
(5)當(dāng)電網(wǎng)重合閘時，由于孤島時分布式電源的電壓幅值、頻率和相位與電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位不一致，導(dǎo)致合間失敗。孤島的發(fā)生一般是不可預(yù)測的，并且可能會損毀分布式發(fā)電裝置，損壞本地的用電設(shè)備，同時對人身安全構(gòu)成一定的威脅。所以，必須迅速檢測出孤島，并采取相應(yīng)的措施。常用的孤島檢測方法主要有三類(1)被動孤島檢測方法；(2)主動的孤島檢測方法；C3)外部通信檢測方法。被動的檢測方法通過檢測公共耦合點的電壓幅值、頻率、相位和諧波等來判斷是否發(fā)生孤島。主要包括過/欠電壓法，超/欠頻率法，電壓相位跳變法和電壓諧波測量法等， 實現(xiàn)簡單，不會影響并網(wǎng)電能質(zhì)量，但是檢測效率低，非檢測區(qū)較大。主動的檢測方法是對并網(wǎng)逆變器的輸出引入擾動，促使孤島發(fā)生前后公共耦合點電量參數(shù)(包括電壓幅值、頻率和相位)超出允許范圍，從而確定孤島發(fā)生。這類檢測方法能夠提高檢測效率，減小非檢測區(qū)，但會對并網(wǎng)電能質(zhì)量有一定的影響。傳統(tǒng)的恒定無功功率擾動孤島檢測方法屬于一種主動的檢測方法，它對逆變器的輸出無功功率引入恒定擾動，促使孤島發(fā)生時公共耦合點電壓的頻率超出允許范圍，從而達(dá)到檢測出孤島的目的。但是傳統(tǒng)的恒定無功功率擾動方法需要對并網(wǎng)逆變器的輸出無功功率引入較大的擾動量，會影響逆變器輸出功率因數(shù)，存在著比較大的缺陷。外部通信檢測方法是在電網(wǎng)和分布式發(fā)電裝置之間建立通訊聯(lián)系來檢測孤島。但是該類方法實現(xiàn)難度較大，代價比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，能夠消除孤島檢測的非檢測區(qū)，滿足孤島檢測的時間要求，并且對并網(wǎng)功率因數(shù)的影響很小。本發(fā)明的間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器，用于逆變器與電網(wǎng)之間實現(xiàn)電氣隔離的變壓器，用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器，本地負(fù)載，電網(wǎng)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動信號、驅(qū)動封鎖信號和并網(wǎng)繼電器控制信號的并網(wǎng)逆變控制器，并網(wǎng)逆變器的輸出經(jīng)過隔離變壓器后由并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)連接，并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)之間的連接點為公共耦合點，其特征是并網(wǎng)逆變系統(tǒng)還包括公共耦合點電壓采樣模塊，鎖相環(huán)，頻率判斷模塊，孤島保護(hù)模塊，無功功率控制調(diào)節(jié)器和間歇性雙邊無功功率擾動信號，間歇性雙邊無功功率擾動信號發(fā)出周期性的擾動信號給無功功率控制調(diào)節(jié)器，每個擾動周期包括正擾動信號、負(fù)擾動信號和零擾動信號，無功功率控制調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器輸給并網(wǎng)逆變器，控制并網(wǎng)逆變器跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動信號輸出周期性擾動的無功功率，每個擾動周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率，公共耦合點電壓由公共耦合點電壓采樣模塊采樣后輸入鎖相環(huán)，鎖相環(huán)輸出公共耦合點電壓的頻率，由頻率判斷模塊對公共耦合點電壓的頻率值進(jìn)行判斷，如果頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，并且持續(xù)10個工頻周期，則認(rèn)定此時電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開，發(fā)生孤島，孤島保護(hù)模塊關(guān)閉并網(wǎng)逆變器，并斷開并網(wǎng)繼電器。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下創(chuàng)新點
(1)本發(fā)明提出的間歇性雙邊無功功率擾動引入了正、負(fù)雙邊無功功率擾動，與僅進(jìn)行正無功擾動或負(fù)無功擾動相比，擾動的幅值較小，并網(wǎng)功率因數(shù)較高。(2)本發(fā)明提出的間歇性雙邊無功功率擾動引入的正、負(fù)無功功率擾動后有一段時間并網(wǎng)逆變器輸出無功功率為零，在這段間歇時間內(nèi)，并網(wǎng)逆變器的輸出功率因數(shù)為1， 可以有效的減小該孤島檢測方法對功率因數(shù)的影響。本發(fā)明適用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，能夠有效的檢測出并網(wǎng)逆變器的孤島運行狀態(tài)，滿足孤島檢測的時間要求，并且對并網(wǎng)功率因數(shù)的影響很小。


圖1間歇性雙邊無功功率擾動孤島檢測系統(tǒng)構(gòu)成示意圖； 圖2間歇性雙邊無功功率擾動孤島檢測方法實施流程圖3 —種間歇性雙邊無功功率擾動信號；
圖4采用間歇性雙邊無功功率擾動孤島檢測方法時并網(wǎng)實驗波形，圖中CHl 公共耦合點電壓50V/div ；CH2 并網(wǎng)電流ΙΟΑ/div ；CH3 逆變器輸出無功功率400VA/div ；CH4 頻率變化 0. 5Hz/div ；時間500ms/div。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。參照圖1，采用間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基
4于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器1，用于逆變器與電網(wǎng)之間實現(xiàn)電氣隔離的變壓器2，用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器3，本地負(fù)載4，電網(wǎng)5和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動信號、驅(qū)動封鎖信號和并網(wǎng)繼電器控制信號的并網(wǎng)逆變控制器10，公共耦合點電壓采樣模塊6，鎖相環(huán)7，頻率判斷模塊8，孤島保護(hù)模塊9，無功功率控制調(diào)節(jié)器11和間歇性雙邊無功功率擾動信號12，并網(wǎng)逆變器1的輸出經(jīng)過隔離變壓器2后由并網(wǎng)繼電器3與電網(wǎng)5連接，并網(wǎng)繼電器3與電網(wǎng)5之間的連接點為公共耦合點PCC，間歇性雙邊無功功率擾動信號12發(fā)出周期性的擾動信號給無功功率控制調(diào)節(jié)器11，每個擾動周期包括正擾動信號、負(fù)擾動信號和零擾動信號，無功功率控制調(diào)節(jié)器11的輸出信號經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器10輸給并網(wǎng)逆變器1，控制并網(wǎng)逆變器1跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動信號12輸出周期性擾動的無功功率，每個擾動周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率，公共耦合點PCC電壓由公共耦合點電壓采樣模塊6采樣后輸入鎖相環(huán)7，鎖相環(huán)7輸出公共耦合點電壓的頻率，由頻率判斷模塊8對公共耦合點電壓的頻率值進(jìn)行判斷，如果頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，并且持續(xù)10個工頻周期，則認(rèn)定此時電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開，發(fā)生孤島，孤島保護(hù)模塊9關(guān)閉并網(wǎng)逆變器1，并斷開并網(wǎng)繼電器3。本發(fā)明方法工作流程圖參照圖2，原理如下
首先，由數(shù)字信號處理器TMS2808產(chǎn)生間歇性雙邊無功功率擾動信號，作為無功功率控制調(diào)節(jié)器的參考值，該擾動信號包括正擾動信號、負(fù)擾動信號和零擾動信號。無功功率控制調(diào)節(jié)器的輸出，經(jīng)過并網(wǎng)逆變控制器，控制并網(wǎng)逆變器跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動信號輸出周期變化的無功功率，在一個擾動周期內(nèi)，輸出無功功率為三種不同情況的組合，分別為正無功功率、負(fù)無功功率、零無功功率，并且三種情況的順序可以任意組合，由此并網(wǎng)逆變器運行于間歇性雙邊無功功率擾動狀態(tài)。然后，采樣公共耦合點的電壓，經(jīng)過鎖相環(huán)計算得到公共耦合點電壓的頻率，由頻率判斷模塊進(jìn)行孤島狀態(tài)判定。具體的判定方法為鎖相環(huán)得到公共耦合點電壓的頻率，如果該頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，認(rèn)為發(fā)生一次異?，F(xiàn)象，而如果在連續(xù)的10個工頻周期內(nèi)均出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則認(rèn)定發(fā)生孤島，孤島保護(hù)模塊通過并網(wǎng)逆變控制器關(guān)閉并網(wǎng)逆變器，斷開并網(wǎng)繼電器，完成間歇性雙邊無功功率擾動孤島檢測。并網(wǎng)逆變器輸出無功功率是周期性變化的，并且在一個擾動周期內(nèi)，輸出無功功率為三種不同情況的組合，分別為正無功功率、負(fù)無功功率、零無功功率，根據(jù)不同的組合次序，可以得到兩種不同的間歇性無功功率擾動形式，如圖3(a)和圖3(b)所示，對應(yīng)的逆
變器輸出無功功率為 Q(t)的表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器(1)，用于逆變器與電網(wǎng)之間實現(xiàn)電氣隔離的變壓器(2)，用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器(3)，本地負(fù)載(4)，電網(wǎng)(5)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動信號、驅(qū)動封鎖信號和并網(wǎng)繼電器控制信號的并網(wǎng)逆變控制器(10)，并網(wǎng)逆變器(1) 的輸出經(jīng)過隔離變壓器(2)后由并網(wǎng)繼電器(3)與電網(wǎng)(5)連接，并網(wǎng)繼電器(3)與電網(wǎng) (5)之間的連接點為公共耦合點(PCC)，其特征是并網(wǎng)逆變系統(tǒng)還包括公共耦合點電壓采樣模塊(6)，鎖相環(huán)(7)，頻率判斷模塊(8)，孤島保護(hù)模塊(9)，無功功率控制調(diào)節(jié)器(11)和間歇性雙邊無功功率擾動信號(12)，間歇性雙邊無功功率擾動信號(12)發(fā)出周期性的擾動信號給無功功率控制調(diào)節(jié)器(11)，每個擾動周期包括正擾動信號、負(fù)擾動信號和零擾動信號，無功功率控制調(diào)節(jié)器(11)的輸出信號經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器(10)輸給并網(wǎng)逆變器(1)， 控制并網(wǎng)逆變器(1)跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動信號(12)輸出周期性擾動的無功功率， 每個擾動周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率，公共耦合點(PCC)電壓由公共耦合點電壓采樣模塊(6)采樣后輸入鎖相環(huán)(7)，鎖相環(huán)(7)輸出公共耦合點電壓的頻率， 由頻率判斷模塊(8)對公共耦合點電壓的頻率值進(jìn)行判斷，如果頻率大于50. 5Hz或者小于 49. 5Hz，并且持續(xù)10個工頻周期，則認(rèn)定此時電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開，發(fā)生孤島，孤島保護(hù)模塊(9)關(guān)閉并網(wǎng)逆變器(1)，并斷開并網(wǎng)繼電器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，其特征在于公共耦合點電壓采樣模塊(6)是電壓采樣傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，其特征在于鎖相環(huán)(7)是集成鎖相環(huán)芯片CD4046B。
全文摘要
本發(fā)明公開了采用間歇性雙邊無功功率擾動的孤島檢測方法，對并網(wǎng)逆變器的輸出無功功率引入間歇性雙邊無功功率擾動，使得孤島發(fā)生后公共耦合點電壓的頻率超出允許范圍，達(dá)到孤島檢測的目的。本發(fā)明能夠及時有效的檢測出孤島現(xiàn)象，對并網(wǎng)功率因數(shù)的影響較小。
文檔編號G01R31/00GK102156233SQ20111006765
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者張俊, 徐德鴻, 沈國橋 申請人:浙江大學(xué)