用于光伏并網逆變器的低頻無功功率擾動孤島檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源技術領域，具體涉及一種用于光伏并網逆變器的低頻無功功率擾動孤島檢測方法。
【背景技術】
[0002]在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列產生的直流電能經光伏并網逆變器變換成工頻交流電后并入電網，其系統(tǒng)簡圖見第九節(jié)技術附圖1所示。
[0003]當電網由于電氣故障或自然因素等原因中斷供電時，光伏并網發(fā)電系統(tǒng)仍然向周圍的負載供電，從而形成一個公用電網無法控制的自給供電孤島。當發(fā)生孤島效應時，電網無法控制孤島中的電壓和頻率，若電壓和頻率超出允許的范圍，可能會對用戶設備造成損壞；孤島效應發(fā)生時線路上仍然帶電，會對檢修人員的人身安全造成威脅，降低了電網的安全性；若負荷容量大于光伏發(fā)電系統(tǒng)的總容量，光伏發(fā)電系統(tǒng)過載運行，容易將其燒毀；斷路器的復位及自動重合閘會使主系統(tǒng)與孤島失步。因此，及時檢測出孤島運行狀態(tài)并將光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的逆變器從PCC處斷開是很有必要的。
[0004]目前孤島檢測方法主要有被動式檢測法和主動式檢測法。
[0005]被動式孤島檢測法是利用電網斷電時逆變器輸出電壓幅值、頻率、相位等的變化進行孤島效應檢測。當并網逆變器輸出的有功功率不等于本地負載所消耗的有功功率，此時電網從有電轉換到掉電狀態(tài)時，并網逆變器輸出側電壓產生變化；當并網逆變器輸出的無功功率不等于本地負載所消耗的無功功率，此時電網從有電轉換到掉電狀態(tài)時，并網逆變器輸出側頻率產生變化。但是當并網逆變器輸出的有功功率和無功功率分別等于本地負載所消耗的有功功率和無功功率，電網從有電到掉電時，逆變器輸出側電壓幅值與頻率不變，被動式孤島檢測法將無法檢測到孤島，因此，被動式孤島檢測法存在孤島檢測盲區(qū)。
[0006]主動式孤島檢測法是對并網逆變器的輸出引入擾動，使得孤島發(fā)生后PCC點的電氣參數發(fā)生變化,從而確定孤島發(fā)生。主動孤島檢測法主要有頻率偏移法,有功功率擾動法和無功功率擾動法。頻率偏移法是通過改變逆變器輸出電流頻率的方式來檢測孤島是否發(fā)生的，這類檢測方法能夠提高檢測效率，減小檢測盲區(qū)，但這類方法對并網電能質量有一定的影響，增加并網波形諧波。有功功率擾動法是通過不斷改變逆變器輸出有功功率來檢測PCC點電壓幅值的變化來判斷孤島是否發(fā)生的，這類方法的檢測效率也較高，但對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出有功功率受環(huán)境因素影響較大，人為對逆變器加入有功功率擾動不僅會對光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出效率產生影響，而且會干擾MPPT控制。傳統(tǒng)的無功功率擾動法是通過不斷改變逆變器輸出無功功率來檢測PCC點的電壓頻率變化來判斷孤島是否發(fā)生的，這類方法檢測效率較高，但是對于大功率光伏并網逆變器而言孤島檢測的動作閾選取較難選取，而且由于大容量隔離變對于快速變化的無功功率的稀釋效應，孤島檢測的難度大大增加。

【發(fā)明內容】

[0007]為了能有效消除被動式孤島檢測法的檢測盲區(qū)，減小主動式孤島保護法對系統(tǒng)帶來的不利影響，本發(fā)明提供用于光伏并網逆變器的低頻無功功率擾動孤島檢測方法，能夠有效地檢測出大功率光伏并網逆變器的孤島現象，具有效應速度快，不注入諧波，對其他控制無影響等優(yōu)點。
[0008]為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案:
[0009]本發(fā)明提供一種用于光伏并網逆變器的低頻無功功率擾動孤島檢測方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]步驟1:光伏并網逆變器輸出中加入低頻無功功率擾動；
[0011]步驟2:通過實時檢測光伏并網逆變器輸出的電壓和頻率，檢測光伏并網逆變器是否發(fā)生孤島。
[0012]所述步驟I中，基于低頻無功功率擾動孤島檢測程序初始化，光伏并網逆變器輸出中加入低頻無功功率擾動。
[0013]所述步驟2中，通過判斷電壓頻率是否出現頻率異常以及異常次數是否超過預設值，檢測光伏并網逆變器是否發(fā)生孤島。
[0014]若電壓頻率大于50.5Hz或者小于49.3Hz，則判斷出電壓頻率出現頻率異常，進而可知光伏并網逆變器發(fā)生孤島。
[0015]光伏并網逆變器發(fā)生孤島后，其啟動孤島保護，即封鎖脈沖驅動信號，斷開并網接觸器。
[0016]所述光伏并網逆變器包括控制器、LC濾波器和電壓源型換流器；所述控制器包括測量與計算單元、MPPT控制器、電壓控制單元、電流控制單元以及PWM脈沖產生單元。
[0017]所述測量與計算單元測量MPPT控制器所控制的光伏陣列輸出電壓Vd。和光伏陣列輸出電流Id。，并檢測A、B和C相電網電壓ea、eb和e。，以及光伏并網逆變器輸出的A、B和C相電流ia、ib和i。，分別計算在旋轉坐標系下光伏并網逆變器輸出的d軸電壓ed、d軸電流分量id，以和q軸電壓eq、q軸電流分量iq以及電壓相位角Θ ；
[0018]所述MPPT控制器通過光伏陣列輸出電壓Vd。和光伏陣列輸出電流Id。進行判斷，得到直流電壓參考值VdUrf ;
[0019]所述電壓控制單元將直流電壓參考值Vd。, ref與光伏陣列輸出電壓Vd。之間的誤差經過PI調節(jié)得到電流d軸分量參考值id,Mf ；
[0020]所述電流控制單元將d軸電流分量參考值id,Mf與d軸電流分量id之間的誤差經過電流環(huán)PI調節(jié)，計算光伏并網逆變器輸出的d軸電壓分量Vd，改變id,Mf以改變光伏并網逆變器輸出的有功功率；電流控制單元將q軸電流分量參考值iq, ref與q軸電流分量之間的誤差經過電流環(huán)PI調節(jié)，計算光伏并網逆變器輸出的q軸電壓分量V,，改變iq,Mf以改變光伏并網逆變器輸出的無功功率；
[0021]所述PWM產生脈沖單元利用光伏并網逆變器輸出的&和V,以及電壓相位角Θ產生PWM脈沖驅動IGBT，進而控制光伏并網逆變器的輸出功率。
[0022]所述光伏并網逆變器和光伏陣列、并網接觸器、隔離變壓器、孤島檢測儀以及本地負載組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0023]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]I)該方法為主動式孤島檢測方法，能有有效地將檢測盲區(qū)減到很小，提高了孤島檢測的可靠性和準確性；
[0025]2)該方法采用低頻無功功率擾動，對PCC點電流和電壓的波形影響很??；
[0026]3)該方法是對無功功率進行擾動，并沒有改變逆變器輸出的有功功率，不會對逆變器的輸出效率以及MPPT控制產生任何不利影響；
[0027]4)該方法中光伏并網逆變器輸出的無功功率是以低頻的正弦波的趨勢變化，可以有效減緩大容量隔離變的稀釋效應，在大功率場合比較適用。
【附圖說明】
[0028]圖1是用于光伏并網逆變器的低頻無功功率擾動孤島檢測方法流程圖；
[0029]圖2是光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖；
[0030]圖3是光伏并網逆變器控制器結構示意圖；
[0031]圖4是控制器的測量與計算單元示意圖；
[0032]圖5是電壓控制單元與電流控制單元示意圖；
[0033]圖6是PWM脈沖產生單元示意圖；
[0034]圖7是孤島形成前后的PCC點電壓頻率的仿真波形圖；
[0035]圖8是孤島形成前后光伏并網逆變器輸出功率的仿真波形圖；
[0036]圖9是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網電流仿真波形圖；
[0037]圖10是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電流仿真波形圖；
[0038]圖11是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網電流、輸出電流、PCC電壓實測波形