專利名稱：并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測及保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測及保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
孤島現(xiàn)象是指當(dāng)電網(wǎng)故障或停電時(shí)，用戶端的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能即時(shí)檢測出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)，而形成由并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負(fù)載組成的一個(gè)自給供電的孤島。這會(huì)危及電網(wǎng)輸電線路上維修人員的安全；影響配電系統(tǒng)上的保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作程， 沖擊電網(wǎng)保護(hù)裝置；影響傳輸電能質(zhì)量等。因此并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備必須要具有孤島檢測功能，及時(shí)實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。傳統(tǒng)的孤島檢測有被動(dòng)式和主動(dòng)式。被動(dòng)式檢測是直接檢測電壓頻率等參數(shù)，在孤島發(fā)生的情況下，通常電壓、頻率、 相位等會(huì)不穩(wěn)定，因此可直接判斷欠壓過壓欠過頻，諧波量，相差等來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。但由于存在檢測盲區(qū)，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)漏檢。主動(dòng)式檢測是只在程序里添加輸出干擾量，如改變頻率，相位等。由于電網(wǎng)的強(qiáng)大糾正能力，在電網(wǎng)存在的時(shí)候，輸出電流同步電網(wǎng)電壓，輸出擾動(dòng)量不會(huì)對并網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響，孤島發(fā)生時(shí)，由于擾動(dòng)，電壓頻率等會(huì)跟隨擾動(dòng)量發(fā)生改變，從而判斷孤島的發(fā)生。主動(dòng)式檢測法包括一種主動(dòng)頻率偏移法主動(dòng)頻率偏移法是指對并網(wǎng)逆變器的頻率輸出一定的擾動(dòng)量。當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，逆變器的采樣的電網(wǎng)電壓其實(shí)為負(fù)載電壓，由輸出電流決定，則給定值每周期都在偏移，導(dǎo)致輸出電流頻率持續(xù)變化，直至頻率保護(hù)允許范圍，逆變器將自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)。但是，主動(dòng)頻率偏移法是輸出固定的頻率偏移，在一定的RLC負(fù)載下，發(fā)生諧振，電壓電流同頻同相且頻率在正常的工作范圍內(nèi)，會(huì)造成孤島檢測的失敗。本發(fā)明是對主動(dòng)頻率偏移法的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于背景技術(shù)中提到的問題，有必要提供一種能快速實(shí)現(xiàn)孤島檢測和保護(hù)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測及保護(hù)方法，包括以下步驟SI、對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行過零中斷檢測；S2、當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T及對應(yīng)的頻率值f;S3、判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；S41、如判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，使輸出電流的周期和頻率值改變，計(jì)算出輸出電流的載波周期值Tcnew ；
S5、將S42中計(jì)算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew寫進(jìn)EPWM周期寄存器；S6、SPWM 脈沖輸出。所述對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行過零中斷檢測是通過并聯(lián)于DSP的外中斷Xint引腳與電網(wǎng)電壓輸出端之間的過零中斷檢測電路實(shí)現(xiàn)的。S2中所述的周期計(jì)數(shù)值T的計(jì)算方法是當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，記錄此時(shí)刻DSP的計(jì)數(shù)值Tpr I，在下一次中斷時(shí)記錄DSP的計(jì)數(shù)值Tpr2，則周期計(jì)數(shù)值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。S3所述的判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)包括將頻率值f對應(yīng)的計(jì)數(shù)值 (Tpr2-Tprl)與預(yù)設(shè)的范圍值進(jìn)行比較，判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)。S42中所述的對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，是指每經(jīng)過一定的時(shí)間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t) +k (η)，計(jì)算出輸出電流的周期值Tcnew，Tc (t)指實(shí)時(shí)從上一周期計(jì)數(shù)值為T計(jì)算出來的實(shí)時(shí)載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當(dāng)η從O變化到5,再逆向減小到O, Tcnew值隨之改變。一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測裝置，其包括過零中斷檢測電路，用于對電網(wǎng)的正弦電壓進(jìn)行過零中斷檢測；周期計(jì)數(shù)值計(jì)算模塊，用于當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T 及對應(yīng)的頻率值f ;判斷模塊，用于判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；控制模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動(dòng)模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用于將計(jì)算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew值寫進(jìn)EPWM周期寄存器；輸出模塊，用于控制SPWM脈沖輸出。所述的周期計(jì)數(shù)值T的計(jì)算方法是當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，記錄此時(shí)刻DSP的計(jì)數(shù)值Tprl,在下一次中斷時(shí)記錄DSP的計(jì)數(shù)值Tpr2,則周期計(jì)數(shù)值為T = (Tpr2_Tprl)/ DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。所述的判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)包括將頻率值f對應(yīng)的計(jì)數(shù)值 (Tpr2-Tprl)與預(yù)設(shè)的范圍值進(jìn)行比較，判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)。所述的對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，是指每經(jīng)過一定的時(shí)間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc(t)+k(n)，計(jì)算出輸出電流的周期值Tcnew，Tc(t)指實(shí)時(shí)從上一周期計(jì)數(shù)值為T計(jì)算出來的實(shí)時(shí)載波周期值， k (η)為增加或減小的載波周期量；當(dāng)η從O變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用滑動(dòng)的頻移法，在一定的時(shí)間內(nèi)，輸出頻率擾動(dòng)量從O開始增大到設(shè)定值，再從設(shè)定值減小到0，即擾動(dòng)量是一個(gè)變化的量，電壓電流的相位角不是一個(gè)固定的值，因此功率因數(shù)不是一個(gè)固定的值，不會(huì)在某一時(shí)間內(nèi)固定RLC的情況下發(fā)生諧振現(xiàn)象；且孤島發(fā)生時(shí)，頻率發(fā)生改變，據(jù)不同的設(shè)定值，頻率值在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變，超出保護(hù)設(shè)定值，即斷開輸出，能很好的實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。


圖I是并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)電壓電流采樣及過零中斷采樣電路圖；圖2是本發(fā)明并網(wǎng)逆變器的調(diào)制波與輸出正弦波電壓的波形示意圖；圖3是本發(fā)明并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例提供一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法，如圖3所示，其包括以下步驟SI、過零中斷檢測如圖I所示，電網(wǎng)的正弦電壓經(jīng)過過零檢測電路，得到方波，連接到DSP的外中斷 Xint引腳，DSP檢測到方波上升沿后發(fā)生過零中斷，從而實(shí)現(xiàn)過零中斷檢測；過零檢測電路的原理可以理解為當(dāng)輸入電壓大于O的時(shí)候,輸出數(shù)字信號1，輸入電壓小于O時(shí),輸出O ;圖I中所示Ul為50Hz的正弦電壓(圖中未示出)，vtl是過零中斷檢測電路輸出的方波(圖中未示出)，過零中斷DSP檢測到vtl的上升沿，即觸發(fā)外部中斷；S2、計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T及對應(yīng)的頻率值f ；當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí),記錄此時(shí)刻DSP的計(jì)數(shù)值Tprl,在下一次中斷時(shí)記錄計(jì)數(shù)值Tpr2，如DSP的頻率為60MHz，則周期計(jì)數(shù)值為T = (Tpr2_Tprl) / (60*106)，頻率f =1/T，正常情況下，對于50Hz的電網(wǎng)頻率，電網(wǎng)周期T的計(jì)數(shù)值=Tpr2-Tprl = 1200000 ； 將計(jì)算得到的載波周期計(jì)數(shù)值T寫入EPWM周期寄存器；S3、判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；在某一地區(qū)，電網(wǎng)的頻率基本是確定的，如我國的電網(wǎng)頻率是50Hz，且波動(dòng)范圍比較??；將頻率值f對應(yīng)的計(jì)數(shù)值(Tprf-Tprl)與預(yù)設(shè)的范圍值進(jìn)行比較，判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；S41、如判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，即每經(jīng)過一定的時(shí)間對載波周期增加一定的擾動(dòng)量，在載波頻率為20kHz條件下，計(jì)算出載波周期計(jì)數(shù)值Tc，對于50Hz 的正弦波輸出，貝1J輸出400個(gè)載波周期與一電網(wǎng)周期相等；通過公式Tcnew = Tc(t)+k(η), 計(jì)算出Tcnew，Tc (t)指實(shí)時(shí)從上一周期計(jì)數(shù)值為T計(jì)算出來的實(shí)時(shí)載波周期值，k (η)為增加或減小的載波周期增量；當(dāng)隨著η從O變化到5的時(shí)候再逆向減小到O, Tcnew值隨之改變，從而使輸出電流的周期改變，輸出電流值與電網(wǎng)頻率值相等，在輸出擾動(dòng)時(shí)有很小的變化；S5、將計(jì)算得到的Tcnew值寫進(jìn)EPWM周期寄存器；S6、SPWM脈沖輸出，當(dāng)載波周期Tc值改變，即引起輸出電流的周期值也即頻率的變化。本發(fā)明所述的并網(wǎng)逆變器的輸出SPWM為單極性PWM調(diào)制，其調(diào)制波與輸出正弦波電壓如圖2所示；SPWM載波的頻率由DSP的EPWM模塊的周期值決定，例如系統(tǒng)頻率 60MHz, SPWM載波頻率為20KHz，EPWM選擇增減模式，則要寫進(jìn)PWM的周期計(jì)數(shù)值為=Tepwm =O. 5*60*106/(20*103) = 1500 ;對于 50Hz 的電網(wǎng)，則每輸出 400 ( = 1200000/(1500*2))次為一電網(wǎng)周期；對于并網(wǎng)逆變器輸出來說，改變EPWM模塊的周期值，則可以改變輸出的電流頻率。綜上所述，DSP檢測到方波上升沿后發(fā)生過零中斷，通過前后兩次過零中斷時(shí)間可以計(jì)算出電網(wǎng)的頻率值f，正常情況下，電網(wǎng)的波動(dòng)比較小，不會(huì)超出程序的設(shè)定的頻率保護(hù)范圍值；頻率值f在正常范圍內(nèi)情況下，循環(huán)(5次)增加對電流頻率的擾動(dòng)，具體的，是每經(jīng)一定的時(shí)間增加一定的頻率，計(jì)算將要寫進(jìn)EPWM周期寄存器的值Tcnew，其決定輸出正弦電流的頻率值。逆變器正常運(yùn)行中，電網(wǎng)的頻率基本是穩(wěn)定的，反映出來的是電壓電流的相位不是固定的(0-11.25° )，而是小幅變化的值。孤島發(fā)生后，即電網(wǎng)斷開，此時(shí)電壓頻率完全由輸出電流決定，電壓的頻率隨之增大，當(dāng)過零中斷檢測到頻率值f超出設(shè)定的保護(hù)范圍，逆變器停止輸出，關(guān)PWM，斷開所有連接的繼電器，切離電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。本發(fā)明為滑動(dòng)的頻移法。在一定的時(shí)間內(nèi)，輸出頻率擾動(dòng)量從O開始增大到設(shè)定值，再從設(shè)定值減小到0，即擾動(dòng)量是一個(gè)變化的量，電壓電流的相位角不是一個(gè)固定的值， 因此功率因數(shù)不是一個(gè)固定的值，不會(huì)在某一時(shí)間內(nèi)固定RLC的情況下發(fā)生諧振現(xiàn)象；且孤島發(fā)生時(shí)，頻率發(fā)生改變，據(jù)不同的設(shè)定值，頻率值在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變，超出保護(hù)設(shè)定值，能很好的實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。實(shí)施例二 本實(shí)施例還提供一種用于實(shí)現(xiàn)實(shí)施例一所述的檢測方法的裝置，其包括過零中斷檢測電路，用于對電網(wǎng)的正弦電壓進(jìn)行過零中斷檢測；周期計(jì)數(shù)值計(jì)算模塊，用于當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T 及對應(yīng)的頻率值f ;判斷模塊，用于判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；控制模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動(dòng)模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，具體的，每經(jīng)過一定的時(shí)間增加一定的周期增量，通過公式Tcnew = Tc(t)+k(n),計(jì)算出Tcnew, k (η)為增加或減小的周期增量；當(dāng)η從O變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變，從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用于將計(jì)算得到的輸出電流的周期值Tcnew值寫進(jìn)EPWM周期寄存器；輸出模塊，用于控制SPWM脈沖輸出。
權(quán)利要求
1.一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測及保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟51、對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行過零中斷檢測；52、當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T及對應(yīng)的頻率值f;53、判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；541、如判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；542、如判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，使輸出電流的周期和頻率值改變，計(jì)算出輸出電流的載波周期值Tcnew ；55、將S42中計(jì)算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew寫進(jìn)EPWM周期寄存器；56、SPWM脈沖輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行過零中斷檢測是通過并聯(lián)于DSP的外中斷Xint引腳與電網(wǎng)電壓輸出端之間的過零中斷檢測電路實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于S2中所述的周期計(jì)數(shù)值T的計(jì)算方法是: 當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，記錄此時(shí)刻DSP的計(jì)數(shù)值TprI,在下一次中斷時(shí)記錄DSP的計(jì)數(shù)值Tpr2，則周期計(jì)數(shù)值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于S3所述的判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)包括將頻率值f對應(yīng)的計(jì)數(shù)值(Tprf-Tprl)與預(yù)設(shè)的范圍值進(jìn)行比較，判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于S42中所述的對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)， 是指每經(jīng)過一定的時(shí)間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t)+k(η),計(jì)算出輸出電流的周期值Tcnew, Tc (t)指實(shí)時(shí)從上一周期計(jì)數(shù)值為T計(jì)算出來的實(shí)時(shí)載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當(dāng)η從O 變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。
6.一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測裝置，其包括過零中斷檢測電路，用于對電網(wǎng)的正弦電壓進(jìn)行過零中斷檢測；周期計(jì)數(shù)值計(jì)算模塊，用于當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T及對應(yīng)的頻率值f ;判斷模塊，用于判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；控制模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動(dòng)模塊，用于當(dāng)判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用于將計(jì)算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew值寫進(jìn)EPWM周期寄存器；輸出模塊，用于控制SPWM脈沖輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述的周期計(jì)數(shù)值T的計(jì)算方法是當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，記錄此時(shí)刻DSP的計(jì)數(shù)值Tprl，在下一次中斷時(shí)記錄DSP的計(jì)數(shù)值 Tpr2，則周期計(jì)數(shù)值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述的判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)包括將頻率值f對應(yīng)的計(jì)數(shù)值(Tprf-Tprl)與預(yù)設(shè)的范圍值進(jìn)行比較，判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述的對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，是指每經(jīng)過一定的時(shí)間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t)+k (η),計(jì)算出輸出電流的周期值Tcnew, Tc (t)指實(shí)時(shí)從上一周期計(jì)數(shù)值為T計(jì)算出來的實(shí)時(shí)載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當(dāng)η從O變化到 5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測及保護(hù)方法，包括S1、對電網(wǎng)的電壓進(jìn)行過零中斷檢測；S2、當(dāng)檢測到發(fā)生過零中斷時(shí)，計(jì)算電網(wǎng)的周期計(jì)數(shù)值T及對應(yīng)的頻率值f；S3、判斷頻率值f是否在正常范圍內(nèi)；S41、如判斷結(jié)果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結(jié)果為是，對PWM輸出施加頻率擾動(dòng)，使輸出電流的周期和頻率值改變，計(jì)算出輸出電流的載波周期值Tcnew；S5、將Tcnew寫進(jìn)EPWM周期寄存器；S6、SPWM脈沖輸出。本發(fā)明采用滑動(dòng)的頻移法，使功率因數(shù)不是一個(gè)固定的值，不會(huì)在某一時(shí)間內(nèi)固定RLC的情況下發(fā)生諧振現(xiàn)象；且孤島發(fā)生時(shí)，能很好的實(shí)現(xiàn)孤島保護(hù)。
文檔編號G01R23/02GK102611183SQ20121005144
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者黎運(yùn)勝 申請人:珠海天兆新能源技術(shù)有限公司