專利名稱：一種大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種孤島檢測方法，特別是一種大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法，屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能分布廣泛，易于為人們利用，在眾多新能源中，太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。太陽能的開發(fā)和利用將有助于人類逐步擺脫對傳統(tǒng)能源的依賴，走上可持續(xù)發(fā)展的道路，具有重要的戰(zhàn)略意義。隨著利用太陽能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)容量及數(shù)量不斷增長，產(chǎn)生的孤島問題也日愈突顯。電力孤島可能帶來如下危害一方面，由于電網(wǎng)開關(guān)斷開，電網(wǎng)維修人員誤認為線路是安全的，從而將對其人生安全產(chǎn)生較大的威脅；同時，會影響配電系統(tǒng)上保護開關(guān)的動作程序，沖擊電網(wǎng)保護裝置；另一方面，電力孤島區(qū)域的供電電壓與頻率將不穩(wěn)定，對于單相分布式發(fā)電系統(tǒng)還會造成系統(tǒng)三相負載欠相供電，可能導(dǎo)致用電設(shè)備不正常甚至損壞； 另外，當電網(wǎng)供電恢復(fù)時，電網(wǎng)電壓與光伏發(fā)電系統(tǒng)端口電壓不可避免存在幅值差或者相位差，將導(dǎo)致較大的并網(wǎng)沖擊電流。用于檢測孤島問題的方法分為被動檢測法及主動檢測法，其中被動孤島檢測的原理是通過實時檢測系統(tǒng)的并網(wǎng)端口電壓、并網(wǎng)電流的相關(guān)參數(shù)，如幅值、頻率、諧波、負序等，判斷其是否超過正常范圍作為光伏系統(tǒng)是否處于孤島運行狀態(tài)的依據(jù)；主動孤島檢測方法是通過往系統(tǒng)中加入一定的干擾，如有功/無功電流擾動、頻率擾動、負序及諧波擾動等。當電網(wǎng)正常時，該擾動對端口電壓幾乎沒有影響，而在孤島狀態(tài)下，該擾動將導(dǎo)致系統(tǒng)的端口電壓幅值、頻率、諧波、負序等發(fā)生變化，直至超過正常范圍，即表示孤島狀態(tài)被有效地檢測出來。但是上述各種檢測方法有利有弊，通常需要采取幾種不同的方法進行綜合，互相補充。綜合來說，大功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測需要滿足以下要求(1)當電網(wǎng)因為各種原因跳閘時，系統(tǒng)應(yīng)該能夠快速、可靠地檢測出孤島。一方面， 快速性的主要指標就是在電網(wǎng)開關(guān)跳開k以內(nèi)(參照《400V以下低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)要求和試驗方法》)，孤島狀態(tài)要被成功地檢測出來；另一方面，可靠性主要指的就是不管本地負載是純阻性、無功、抑或是諧波負載等，算法都應(yīng)該能正確地檢測出孤島。(2)當電網(wǎng)正常運行時，主動孤島檢測算法所注入的擾動盡可能地減小對并網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，尤其是當端口電壓受到本地負載的投切、線路電能傳輸?shù)膯栴}導(dǎo)致的幅值、 頻率或者相位的變化時，孤島檢測算法不能將其誤判斷為孤島狀態(tài)。(3)檢測算法不能導(dǎo)致有功功率的明顯變化，以免影響最大功率跟蹤算法(MPPT) 搜索方向的調(diào)整。因此，如何同時保證孤島檢測的可靠性以及盡可能的減小對并網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是孤島檢測方法設(shè)計的重點和難點。

發(fā)明內(nèi)容
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本發(fā)明目的就在克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種簡單、可靠、快速的孤島檢測方法，該方法應(yīng)用于大功率光伏并網(wǎng)變流器中，能保證孤島狀態(tài)被快速、準確地檢測出來的同時，盡可能的減小對并網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是一種大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法， 包括以下步驟步驟(1)，在光伏并網(wǎng)三相變流器中，實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ ；步驟O)，判斷系統(tǒng)是否工作于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，假如系統(tǒng)處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，即立即啟動孤島檢測算法；步驟(3)，在孤島檢測算法啟動期間，實時檢測端口電網(wǎng)電壓的頻率是否在正常的范圍之內(nèi)，即大于最小允許頻率fmin且小于最大允許頻率fmax ；步驟0)，假如電網(wǎng)電壓頻率超過正常范圍，則認為系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)，系統(tǒng)保護停機；步驟(5)，假如端口電壓頻率處于正常范圍以內(nèi)，則周期性的加入持續(xù)時間為td的無功電流擾動，該擾動量的大小根據(jù)上一個擾動周期結(jié)束時端口電壓的頻率與額定電網(wǎng)頻率的偏差A(yù)f來決定a)若該偏差在一定的范圍之內(nèi)，即大于最小允許頻率偏差A(yù)fmin且小于最大允許頻率偏差A(yù)fmax，則注入的無功電流擾動量為初始值；b)若頻率偏差超過上述范圍，則引入正反饋，即本周期注入的無功電流擾動量的計算公式為=Iqdisteb = -Iqp0-K · Δ f，其中K為正反饋系數(shù)；c)在循環(huán)周期剩余的時間內(nèi)，撤銷無功電流擾動的注入。步驟(6)，將前述步驟得到的無功電流擾動Iviisteb，與變流器無功控制給定1。_ 相疊加，最終形成變流器并網(wǎng)電流的q軸分量參考Ι。,-。進一步地，所述步驟(1)中是將電網(wǎng)的三相電壓fe、WKUc通過采用基于數(shù)字延遲信號對消算法(DSC)的軟件鎖相環(huán)(SPLL)來實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ。更進一步地，上述方法是在數(shù)字信號處理器中進行。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(1)與采用有功電流擾動相比，在并網(wǎng)電流中注入無功電流擾動不會引起系統(tǒng)有功功率的較大變化，有利于系統(tǒng)的功率穩(wěn)定，解決了有功電流擾動法與MPPT算法相沖突的矛盾。(2)在孤島狀態(tài)下，與導(dǎo)致端口電壓幅值變化的方法相比，本方法改變的是端口電壓的頻率，對光伏系統(tǒng)設(shè)備以及本地負載的安全性都較為有利。例如端口電壓幅值通常要變化20%以上才能作為孤島發(fā)生的依據(jù)，而該電壓有可能對光伏逆變器的開關(guān)、本地用電設(shè)備等產(chǎn)生損害；而端口頻率通常變化IHz就可以作為孤島發(fā)生的依據(jù)，該頻率變化通常都在大部分用電設(shè)備的允許范圍之內(nèi)。(3)固定擾動注入法需要較大的擾動注入量，才能保證檢測算法的可靠性，而本發(fā)明采用的正反饋算法，可以在較小的擾動初始值的情況下，根據(jù)擾動所產(chǎn)生的效果來決定是否加入正反饋，在孤島狀態(tài)下，一旦正反饋被啟動，端口電壓的頻率將快速偏離正常范圍，保證了檢測方法的快速性以及可靠性。


圖1為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明孤島檢測方法的流程圖；圖3為250kW光伏并網(wǎng)變流器帶本地諧振負載時，使用本發(fā)明孤島檢測方法的效果示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細的說明。本實施例以一種250kW光伏并網(wǎng)發(fā)電變流器為例，對本發(fā)明所提出的孤島檢測方法及實際實施進行說明。如圖2所示，該方法在數(shù)字信號處理器DSP中是依以下步驟實現(xiàn)的步驟(1)，在光伏并網(wǎng)三相變流器中，將電網(wǎng)的三相電壓Ua、Ub、Uc通過采用基于數(shù)字延遲信號對消算法(DSC)的軟件鎖相環(huán)(SPLL)來實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ ；步驟O)，判斷系統(tǒng)是否工作于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，假如系統(tǒng)處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，即立即啟動孤島檢測算法；步驟(3)，在孤島檢測算法啟動期間，實時檢測端口電網(wǎng)電壓的頻率是否在正常的范圍之內(nèi)，即是否大于最小允許頻率fmin且小于最大允許頻率fmax ；步驟0)，假如電網(wǎng)電壓頻率超過正常范圍，則認為系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)，系統(tǒng)保護停機；步驟(5)，假如端口電壓頻率處于正常范圍以內(nèi)，則周期性的加入持續(xù)時間為td的無功電流擾動，該擾動量的大小根據(jù)上一個擾動周期結(jié)束時端口電壓的頻率與額定電網(wǎng)頻率的偏差A(yù)f來決定a)若該偏差在一定的范圍之內(nèi)，即大于最小允許頻率偏差A(yù)fmin且小于最大允許頻率偏差A(yù)fmax，則注入的無功電流擾動量為初始值；b)若頻率偏差超過上述范圍，則引入正反饋，即本周期注入的無功電流擾動量的計算公式為=Iqdisteb = -Iqp0-K · Δ f，其中K為正反饋系數(shù)；c)在循環(huán)周期剩余的時間內(nèi)，撤銷無功電流擾動的注入。步驟(6)，將前述步驟得到的無功電流擾動Iviisteb，與變流器無功控制給定Ic^srt 相疊加，最終形成變流器并網(wǎng)電流的q軸分量參考Ι。,-。本發(fā)明方法有效地解決傳統(tǒng)孤島檢測算法在檢測的可靠性與盡量減小并網(wǎng)電能質(zhì)量這兩個方面之間的矛盾。本實施例以在一個250kW光伏并網(wǎng)發(fā)電變流器的實例應(yīng)用中的運行效果進行說明，如圖3所示。采用本發(fā)明孤島檢測方法的250kW光伏并網(wǎng)變流器帶本地諧振負載時，通過人為分斷K2來模擬發(fā)生孤島時PCC點的并網(wǎng)電壓波形和電網(wǎng)分斷開關(guān)K2的分斷控制信號(為高則表示分斷)，圖3中1為并網(wǎng)電壓，2為電網(wǎng)分斷開關(guān)K2的分斷控制信號。圖中上半部分為正常波形，下半部分則為上半部分的時間展開波形。由圖3 可見，即使在帶本地諧振負載下，當孤島發(fā)生時，變流器能迅速檢測并分斷并網(wǎng)開關(guān)Kl (響應(yīng)時間在0. 15s以內(nèi)，滿足檢測標準要求)，實現(xiàn)了可靠的防孤島保護，并且在滿載并網(wǎng)時變流器交流端口電壓和電流的總諧波畸變分別小于和2%，對并網(wǎng)電能質(zhì)量影響小。本
5檢測方法實現(xiàn)簡單，可靠性較高，非常適用于實際應(yīng)用。 顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以根據(jù)設(shè)備的大小不同做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法，其特征在于，包括以下步驟步驟(1)，在光伏并網(wǎng)變流器中，實時鎖定端口電網(wǎng)頻率f和正序相角θ ；步驟O)，判斷系統(tǒng)是否工作于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，假如系統(tǒng)處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，即立即啟動孤島檢測；步驟(3)，在孤島檢測算法啟動期間，實時檢測端口電網(wǎng)電壓的頻率是否在正常的范圍之內(nèi)，即是否大于最小允許頻率fmin且小于最大允許頻率fmax ；步驟(4)，假如電網(wǎng)電壓頻率不在上述正常范圍內(nèi)，則認為系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)，則系統(tǒng)保護停機；步驟(5)，假如端口電壓頻率處于上述正常范圍內(nèi)，則周期性的加入持續(xù)時間為td的無功電流擾動，該擾動量的大小根據(jù)上一個擾動周期結(jié)束時端口電壓的頻率與額定電網(wǎng)頻率的偏差Δ f來決定a)若該偏差A(yù)f在一定的范圍之內(nèi)，即大于最小允許頻率偏差A(yù)fmin且小于最大允許頻率偏差Δ fmax，則注入的無功電流擾動量Iqdisturb為初始值-Iqptl ；b)若頻率偏差A(yù)f不在步驟a)所述的范圍內(nèi)，則引入正反饋，即本周期注入的無功電流擾動量的計算公式為=Iqdisteb = -Iqp0-K · Δ ·，其中K為正反饋系數(shù)；c)在循環(huán)周期剩余的時間內(nèi)，撤銷無功電流擾動的注入。步驟(6)，將前述步驟得到的無功電流擾動Iviisteb，與變流器無功控制給定Iwisrt相疊加，最終形成變流器并網(wǎng)電流的q軸分量參考Ι。,-。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法，其特征在于步驟⑴ 對電網(wǎng)的三相電壓UiWKUC通過采用基于數(shù)字延遲信號對消算法的軟件鎖相環(huán)來實時鎖定電網(wǎng)頻率f和正序相角θ。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法，其特征在于上述方法是在數(shù)字信號處理器中進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率光伏并網(wǎng)變流器的孤島檢測方法，包括以下步驟判斷系統(tǒng)是否工作于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，假如系統(tǒng)處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，則立即啟動孤島檢測算法；實時檢測端口電網(wǎng)電壓的頻率是否在正常的范圍之內(nèi)，若不在則認為系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)，系統(tǒng)自動保護停機；若在正常的范圍之內(nèi)則周期性的加入持續(xù)時間為td的無功電流擾動Iqdisturb；將得到的無功電流擾動Iqdisturb與變流器無功控制給定Icqset相疊加，最終形成變流器并網(wǎng)電流的q軸分量參考Icqref。本發(fā)明方法有效地解決傳統(tǒng)孤島檢測算法在檢測的可靠性與盡量減小并網(wǎng)電能質(zhì)量這兩個方面之間的矛盾，實現(xiàn)方法簡單有效。
文檔編號H02J3/38GK102437587SQ20111028666
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者吳振興, 周亮, 揭貴生, 朱威, 楊華, 林城美, 汪光森, 胡安, 陽習黨 申請人:武漢新能源接入裝備與技術(shù)研究院有限公司