CN101944746A - 光伏并网发电系统的孤岛检测方法、装置及系统 - Google Patents

光伏并网发电系统的孤岛检测方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏并网发电系统的孤岛检测方法，包括：检测光伏并网发电系统中的负载功率；判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；是则选择主动检测模式进行孤岛检测；否则选择被动检测模式进行孤岛检测。相应地，还涉及一种孤岛检测装置及光伏并网发电系统。本发明通过将主动式孤岛检测与被动式孤岛检测结合，既减少了检测盲区，有效地保证了孤岛检测效率，又提高了电能质量。

Description

光伏并网发电系统的孤岛检测方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及光伏并网发电技术领域，尤其涉及一种光伏并网发电系统的孤岛检测方法、装置及系统。
背景技术
随着经济的发展，人们对能源的需求也在不断增长，而现有使用的能源已经严重短缺，因此太阳能成为当今最理想最环保的能源之一，并得到了越来越广泛的应用。太阳能的利用主要包括热利用、化学利用和光伏利用。热利用的主要形式是太阳能热水器、太阳能建筑以及太阳能热发电。光化学利用主要是太阳能光合作用、太阳能化学存储、太阳能催化光解水制氢、太阳能光电化学转换等方面的新技术。光伏利用的主要形式是光伏发电，包括独立供电和并网两种工作方式，过去光伏发电大多采用独立供电方式，但是随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，光伏产业已经逐步转向并网发电。
参照图1，为光伏并网发电系统的结构。该光伏并网发电系统包括光伏阵列、逆变器和控制器。其中，逆变器用于将光伏电池发出的电能逆变成正弦电流并入电网中；控制其用于控制光伏电池最大功率跟踪、控制逆变器并网电流的波形和功率，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相平衡。
虽然光伏并网发电作为理想环保的发电形式之一，已经被越来越广泛地应用，但是孤岛效应一直是光伏并网发电系统普遍存在的一个问题。孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏并网发电系统没能及时检测出停电状态而脱离电网，仍然向周围的负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。因此光伏并网发电系统需要具有及时地检测出孤岛效应的功能。
现有的孤岛检测主要包括主动式和被动式两种。被动式检测是通过检测逆变器输出端电压、频率或相位的变化。该被动式检测不会影响电能质量，但是检测盲区较大。主动式检测是通过周期性地加入扰动信号，再检测逆变器输出端电压、频率或相位的变化。该主动式检测的检测盲区小，但会给电能质量造成一定的影响。因此，急需一种可以综合主动式和被动式检测方法的孤岛检测。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光伏并网发电系统的孤岛检测方法、装置及系统，旨在减少孤岛检测盲区，提高电能质量。
本发明提供了一种光伏并网发电系统的孤岛检测方法，包括以下步骤：
检测光伏并网发电系统中的负载功率；
判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；是则，选择主动检测模式进行孤岛检测；否则选择被动检测模式进行孤岛检测。
优选地，上述检测光伏并网发电系统中的负载功率具体包括：
采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
根据所述输出电流及电压，计算获得负载功率。
优选地，上述判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配具体包括：
将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
当所述功率差值小于或等于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率匹配；当所述功率差值大于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
优选地，上述主动检测模式采用的检测方法包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法或输出无功补偿法。
优选地，上述被动检测模式采用的检测方法包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法或关键电量变化率检测法。
本发明还提供了一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，包括：
检测模块，用于检测光伏并网发电系统中的负载功率；
匹配模块，用于判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；
选择模块，用于当负载功率与预置逆变器输出功率匹配时，选择主动检测模式进行孤岛检测；当负载功率与预置逆变器输出功率不匹配时，选择被动检测模式进行孤岛检测。
优选地，上述检测模块包括：
采集单元，用于采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
计算单元，用于根据所述输出电流及电压，计算获得负载功率。
优选地，上述匹配模块包括：
差值获取单元，用于将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
判断单元，用于当所述功率差值小于或等于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率匹配；当所述功率差值大于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
优选地，上述选择模块选择的主动检测模式采用的检测方法包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法或输出无功补偿法。
优选地，上述选择模块选择的被动检测模式采用的检测方法包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法或关键电量变化率检测法。
本发明还提供了一种光伏并网发电系统，包括孤岛检测装置，用于：检测光伏并网发电系统中的负载功率，判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配，当负载功率与预置逆变器输出功率匹配时，选择主动检测模式进行孤岛检测；当负载功率与预置逆变器输出功率不匹配时，选择被动检测模式进行孤岛检测。
本发明通过将主动式孤岛检测与被动式孤岛检测结合，既减少了检测盲区，有效地保证了孤岛检测效率，又提高了电能质量。
附图说明
图1是本发明相关的光伏并网发电系统的结构图；
图2是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测方法一实施例的流程示意图；
图3是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测方法一实施例中检测负载功率的流程示意图；
图4是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测方法一实施例中判断功率是否匹配的流程示意图；
图5是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测装置一实施例的结构示意图；
图6是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测装置一实施例中检测模块的结构示意图；
图7是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测装置一实施例匹配模块的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合说明书附图及具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明主要针对光伏并网发电系统的孤岛检测中主动检测方式与被动检测方式中各自存在的缺点，而将主动检测方式与被动检测方式综合，既能合理利用资源，又能减小检测盲区，及时有效地检测出孤岛现象。
图2是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测方法一实施例的流程示意图。
本实施例光伏并网发电系统的孤岛检测方法包括以下步骤：
步骤S10、检测光伏并网发电系统中的负载功率；
步骤S11、判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；是则转步骤S12；否则转步骤S13；
步骤S11中的预置逆变器输出功率优选为逆变器的额定输出功率。
步骤S12、选择主动检测模式进行孤岛检测；
主动检测模式采用的的检测方法可以包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法或输出无功补偿法。该几种方法在现有技术领域已经非常成熟，在此就不再赘述。
步骤S13、选择被动检测模式进行孤岛检测。
被动检测模式采用的的检测方法可以包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法或关键电量变化率检测法。该几种方法在现有技术领域也已经非常成熟，在此就不再赘述。
参照图3，步骤S10具体包括：
步骤S101、采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
通过电流互感器及电压互感器串联在负载电路中，分别采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压。
步骤S102、根据输出电流及电压，计算获得负载功率。
将步骤S101采集的负载的输出电流及电压，通过功率计算方法计算获得负载功率。例如，单相负载电路时，将采集的负载的输出电流与电压进行相乘计算，获得负载功率。三相负载电路时，则分别采集三相负载电路中各相电路的电流及电压，并将各相电路的电流及电压相乘获得各相的负载功率，最后将各相的负载功率相加，获得三相负载电路的负载功率。
参照图4，步骤S11具体包括：
步骤S111、将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
步骤S112、判断功率差值是否小于或等于预置阈值；是则，转步骤S113；否则，转步骤S114；
该预置阈值即为检测盲区。经过理论分析和相关实验，发现几乎所有的被动式检测方法检测失败的情况(即检测盲区)包括负载功率与逆变器输出功率的不匹配以及一些特殊负载等。因此，通过设定一个阈值，判断功率差值是否小于或等于该阈值，是则转步骤S113；否则转步骤S114。该阈值根据光伏并网发电系统的具体情况而设置，在此不做限定。
步骤S113、判定负载功率与预置逆变器输出功率匹配；
当负载功率与预置逆变器输出功率的差值小于或等于预置阈值时，则判断该负载功率与预置逆变器输出功率匹配。
步骤S114、判定负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
当负载功率与预置逆变器输出功率的差值大于预置阈值时，则判断该负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
本实施例通过将主动式孤岛检测与被动式孤岛检测结合，既减少了检测盲区，有效地保证了孤岛检测效率，又提高了电能质量。
图5是本发明光伏并网发电系统的孤岛检测装置一实施例的结构示意图。
本实施例光伏并网发电系统的孤岛检测装置包括：
检测模块10，用于检测光伏并网发电系统中的负载功率；
匹配模块20，用于判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；
选择模块30，用于当负载功率与预置逆变器输出功率匹配时，选择主动检测模式进行孤岛检测；当负载功率与预置逆变器输出功率不匹配时，选择被动检测进行孤岛检测。
匹配模块20中的预置逆变器输出功率优选为逆变器的额定输出功率。
选择模块30可以为控制开关，控制并网发电系统中孤岛检测模块(图中未示)进行主动检测或被动检测。当选择模块30选择主动检测模式时，孤岛检测模块进行主动检测。主动检测采用的检测方法包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法和/或输出无功补偿法。该几种方法在现有技术领域已经非常成熟，在此就不再赘述。当选择模块30选择被动检测模式时，孤岛检测模块进行被动检测。被动检测采用的检测方法包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法和\或关键电量变化率检测法。该几种方法在现有技术领域也已经非常成熟，在此就不再赘述。
参照图6，检测模块10包括：
采集单元11，用于采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
计算单元12，用于根据所述输出电流及电压，计算获得负载功率。
上述采集单元11包括电流互感器及电压互感器。该电流互感器及电压互感器分别串联在负载电路中，分别采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压。
计算单元12根据采集单元采集的输出电流及电压，通过功劳簿计算方法计算获得负载功率。例如，单相负载电路时，将采集的负载的输出电流与电压进行相乘计算，获得负载功率。三相负载电路时，则分别采集三相负载电路中各相电路的电流及电压，并将各相电路的电流及电压相乘获得各相的负载功率，最后将各相的负载功率相加，获得三相负载电路的负载功率。
参照图7，匹配模块20包括：
差值获取单元21，用于将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
判断单元22，用于判断所述功率差值是否小于或等于预置阈值；是则判断负载功率与预置逆变器输出功率匹配；否则判断负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
判断单元22中预置阈值即为检测盲区。经过理论分析和相关实验，发现几乎所有的被动式检测方法检测失败的情况(即检测盲区)包括负载功率与逆变器输出功率的不匹配以及一些特殊负载等。因此，通过设定一个阈值，判断功率差值是否小于或等于该阈值，是则判断负载功率与预置逆变器输出功率匹配；否则判断负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。该预置预置根据光伏并网发电系统的具体情况而设置，在此不做限定。
本实施例通过将主动式孤岛检测与被动式孤岛检测结合，既减少了检测盲区，有效地保证了孤岛检测效率，又提高了电能质量。
本发明还提出了一种光伏并网发电系统，包括上述的孤岛检测装置，通过将主动式孤岛检测与被动式孤岛检测结合，既减少了检测盲区，有效地保证了孤岛检测效率，又提高了电能质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种光伏并网发电系统的孤岛检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测光伏并网发电系统中的负载功率；
判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；是则选择主动检测模式进行孤岛检测；否则选择被动检测模式进行孤岛检测。
2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述检测光伏并网发电系统中的负载功率具体包括：
采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
根据所述输出电流及电压，计算获得负载功率。
3.根据权利要求2所述的光伏并网发电系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配具体包括：
将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
当所述功率差值小于或等于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率匹配；当所述功率差值大于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏并网发电系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述主动检测模式采用的检测方法包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法或输出无功补偿法。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光伏并网发电系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述被动检测模式采用的检测方法包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法或关键电量变化率检测法。
6.一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测光伏并网发电系统中的负载功率；
匹配模块，用于判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配；
选择模块，用于当负载功率与预置逆变器输出功率匹配时，选择主动检测模式进行孤岛检测；当负载功率与预置逆变器输出功率不匹配时，选择被动检测模式进行孤岛检测。
7.根据权利要求6所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述检测模块包括：
采集单元，用于采集光伏并网发电系统中负载的输出电流及电压；
计算单元，用于根据所述输出电流及电压，计算获得负载功率。
8.根据权利要求7所述的移动终端防盗系统，其特征在于，所述匹配模块包括：
差值获取单元，用于将负载功率与预置逆变器输出功率相减，获得功率差值；
判断单元，用于当所述功率差值小于或等于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率匹配；当所述功率差值大于预置阈值，则判定负载功率与预置逆变器输出功率不匹配。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述选择模块选择的主动检测模式采用的检测方法包括：自动频率/相位偏移法、电压/频率正反馈法、输出有功扰动法或输出无功补偿法。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述选择模块选择的被动检测模式采用的检测方法包括：输出电压/频率检测法、电压谐波检测法、相位偏移检测法或关键电量变化率检测法。
11.一种光伏并网发电系统，其特征在于，包括孤岛检测装置，用于：检测光伏并网发电系统中的负载功率，判断负载功率与预置逆变器输出功率是否匹配，当负载功率与预置逆变器输出功率匹配时，选择主动检测模式进行孤岛检测；当负载功率与预置逆变器输出功率不匹配时，选择被动检测模式进行孤岛检测。
12.根据权利要求11所述的光伏并网发电系统，其特征在于，所述孤岛检测装置为权利要求6至10中任一项所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置。
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