CN102590713B - 一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于幅值变化的无功电流扰动从而适于小型风电或光伏并网逆变器的非计划性孤岛效应检测方法，且该方法无需改变输出的工作频率亦不影响输出电流谐波，并同时提供一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法的装置，本发明所提供的检测方法的有益效果为：1）采用无功基波电流注入的方法，不影响实际有功功率的输出，亦不产生谐波电流，保证了输出的电能质量；2）周期性的改变无功电流的幅值大小，通过判断连接点的电压幅值变化情况来判断孤岛效应，避免了注入过大的电流扰动来实现电压过欠压的需要。

Description

一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法及其装置

技术领域

本发明涉及用于并网逆变器防止非计划性孤岛效应发生的一种检测方法，具体地说是一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛检测效应方法及其装置。

背景技术

孤岛效应是当电网失压时，并网逆变器仍保持对失压电网中的某一部分线路持续供电的状态。孤岛效应可分为非计划性孤岛效应和计划性孤岛效应。非计划性孤岛效应是非计划、不受控地发生孤岛效应，而计划性孤岛效应则是按预先配置的控制策略，有计划地发生孤岛效应。

当非计划性孤岛效应发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：1.可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全；2.干扰电网的正常合闸；3.电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。

因此，并网逆变器必须具备快速监测非计划性孤岛且立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。并网逆变器的防孤岛保护必须同时具备主动式和被动式两种，应设置至少各一种主动和被动防孤岛保护。主动防孤岛保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等；被动防孤岛保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等。

此外，并网逆变器的外部(通常在电网侧)监控和通讯手段也是一种检测性能较高的方法，但因其成本高和电网侧安装等复杂要求仅仅根据使用的必要性作为一种可供选择的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供了一种基于幅值变化的无功电流扰动从而适于小型风电或光伏并网逆变器的非计划性孤岛效应检测方法，且该方法无需改变输出的工作频率亦不影响输出电流谐波。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法，其特征在于：

步骤1：基于PLL锁相环输出的基波参考电流信号对应生成90度相位超前或滞后的无功基波电流，该电流幅值与基波参考电流的幅值成一定比例；

步骤2：该无功基波电流每个工频周期进行一次幅值变化，即20% -> 10% -> 0% -> 20% -> 10% -> 0%的往复周期性变化, 无功基波电流变化幅值应小于基波参考电流的25%；

步骤3：无功基波电流经并网逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功基波电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，当电网正常连接工作的情况下，公共连接点的电压将保持同电网电压一致并不受到注入的小幅值无功基波电流的影响；当电网电压失去之后，即使在并网逆变器的负载功率和电网电压失去前并网逆变器的输出功率相匹配的情况下，幅值变化的无功基波电流将改变公共连接点的电压幅值和相位，通过监测公共连接点电压幅值的增减变化规律是否与无功基波电流的幅值变化规律一致来判断孤岛效应的发生，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

所述无功基波电流的幅值变化时刻应安排在其自身信号的过零点。

本发明所提供的检测方法的有益效果为：1）采用无功基波电流注入的方法，不影响实际有功功率的输出，亦不产生谐波电流，保证了输出的电能质量；2）周期性的改变无功电流的幅值大小，通过判断连接点的电压幅值变化情况来判断孤岛效应，避免了注入过大的电流扰动来实现电压过欠压的需要。

本发明还提供了一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法的装置，依次由传感器、处理控制模块以及驱动电路连接而成，其特征在于：所述处理控制模块包括用于处理传感器采集得到反馈信号的PLL锁相环、无功电流信号发生器以及数字处理器，所述传感器的输出端与PLL锁相环连接，PLL锁相环的输出端分别连向数字处理器和无功电流信号发生器，所述无功电流信号发生器的输出端连向数字处理器，所述PLL锁相环根据反馈信号输出基波参考电流信号给数字处理器和无功电流信号发生器，所述无功电流信号发生器根据得到的基波参考电流信号按预设程序输出无功基波电流给数字处理器，数字处理器将得到的无功基波电流和基波参考电流信号进行逻辑运算，得出结论信号传输给驱动电路。

所述无功电流信号发生器采用MCU芯片。

本发明提供的装置的有益效果为：先通过PLL锁相环将反馈信号转换为基波参考电流信号，然后再通过无功电流信号发生器加入无功基波电流，由数字处理器进行逻辑运算从而能够将结论信号传递给驱动电路，由于整个装置注入的无功基波电流的幅值较小，基本上不影响逆变器开关器件由于的额定电流值选型。

附图说明

图1 本发明并网逆变器的主电路示意框图；

图2 本发明原理示意框图。

具体实施方式

本发明所依据的工作原理：通过特定仪器合成后的电流参考信号经逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，则通过检测该点电压的幅值变化并判定其变化趋势与预期一致则为检测出无计划性孤岛效应，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

按照上面提到的工作原理参见图1、图2， 本发明所提供的一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法：

步骤1：基于前级控制输出的基波参考电流信号对应生成90度相位超前或滞后的无功基波电流，该电流幅值与基波参考电流的幅值成一定比例；

步骤2：该无功基波电流每个工频周期进行一次幅值变化，即2a% -> 1a% -> 0% -> 2a% -> 1a% -> 0%的往复周期性变化, 无功基波电流变化幅值应小于基波参考电流的25%；

步骤3：无功基波电流经并网逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功基波电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，当电网正常连接工作的情况下，公共连接点的电压将保持同电网电压一致并不受到注入的小幅值无功基波电流的影响；当电网电压失去之后，即使在并网逆变器的负载功率和电网电压失去前并网逆变器的输出功率相匹配的情况下，幅值变化的无功基波电流将改变公共连接点的电压幅值和相位，通过监测公共连接点电压幅值的增减变化规律是否与无功基波电流的幅值变化规律一致来判断孤岛效应的发生，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

其中无功基波电流的幅值变化时刻应安排在其自身信号的过零点，以保证合成输出电流不产生谐波和反复的相位跳变。

为了进一步说明具体实际工作上所需要，则引入具体实施例：

实施例1

本发明提供的一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法：

步骤1：基于前级控制输出的基波参考电流信号对应生成90度相位超前或滞后的无功基波电流，该电流幅值与基波参考电流的幅值成一定比例；

步骤2：该无功基波电流每个工频周期进行一次幅值变化，即20% -> 10% -> 0% -> 20% -> 10% -> 0%的往复周期性变化, 无功基波电流变化幅值应小于基波参考电流的25%；

步骤3：无功基波电流经并网逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功基波电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，当电网正常连接工作的情况下，公共连接点的电压将保持同电网电压一致并不受到注入的小幅值无功基波电流的影响；当电网电压失去之后，即使在并网逆变器的负载功率和电网电压失去前并网逆变器的输出功率相匹配的情况下，幅值变化的无功基波电流将改变公共连接点的电压幅值和相位，通过监测公共连接点电压幅值的增减变化规律是否与无功基波电流的幅值变化规律一致来判断孤岛效应的发生，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

实施例2

本发明提供的一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法：

步骤1：基于前级控制输出的基波参考电流信号对应生成90度相位超前或滞后的无功基波电流，该电流幅值与基波参考电流的幅值成一定比例；

步骤2：该无功基波电流每个工频周期进行一次幅值变化，即10% -> 5% -> 0% -> 10% -> 5% -> 0%的往复周期性变化, 无功基波电流变化幅值应小于基波参考电流的25%；

步骤3：无功基波电流经并网逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功基波电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，当电网正常连接工作的情况下，公共连接点的电压将保持同电网电压一致并不受到注入的小幅值无功基波电流的影响；当电网电压失去之后，即使在并网逆变器的负载功率和电网电压失去前并网逆变器的输出功率相匹配的情况下，幅值变化的无功基波电流将改变公共连接点的电压幅值和相位，通过监测公共连接点电压幅值的增减变化规律是否与无功基波电流的幅值变化规律一致来判断孤岛效应的发生，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

同时本发明还提供了一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法的装置，依次由传感器、处理控制模块以及驱动电路连接而成，处理控制模块包括用于处理传感器采集得到反馈信号的PLL锁相环、无功电流信号发生器以及数字处理器，传感器的输出端与PLL锁相环连接，PLL锁相环的输出端分别连向数字处理器和无功电流信号发生器，无功电流信号发生器的输出端连向数字处理器，PLL锁相环根据反馈信号输出基波参考电流信号给数字处理器和无功电流信号发生器，无功电流信号发生器根据得到的基波参考电流信号按预设程序输出无功基波电流给数字处理器，数字处理器将得到的无功基波电流和基波参考电流信号进行逻辑运算，得出结论信号传输给驱动电路。

为了具体描述上面提供的装置，具体的实施例如下：

实施例3

一种基于幅值变化的无功电流扰动的孤岛效应检测方法的装置，依次由传感器、处理控制模块以及驱动电路（PWM）连接而成，处理控制模块包括用于处理传感器采集得到反馈信号的PLL锁相环、无功电流信号发生器以及数字处理器，PLL锁相环具体是Phase Locked Loop，无功电流信号发生器也是采用MCU芯片来实现，数字处理器可选用美国微芯公司Microchip 生产的型号为dsPIC30F4011数字处理器，传感器的输出端与PLL锁相环连接，PLL锁相环的输出端分别连向数字处理器和无功电流信号发生器，无功电流信号发生器的输出端连向数字处理器，PLL锁相环根据反馈信号输出基波参考电流信号给数字处理器和无功电流信号发生器，无功电流信号发生器根据得到的基波参考电流信号按预设程序输出无功基波电流给数字处理器，数字处理器将得到的无功基波电流和基波参考电流信号进行逻辑运算，得出结论信号传输给驱动电路。

Claims (4)

1.一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法，其特征在于：

步骤1：基于PLL锁相环输出的基波参考电流信号对应生成90度相位超前或滞后的无功基波电流，该电流幅值与基波参考电流的幅值成一定比例；

步骤2：该无功基波电流每个工频周期进行一次幅值变化，即20% -> 10% -> 0% -> 20% -> 10% -> 0%的往复周期性变化, 无功基波电流变化幅值应小于基波参考电流的25%；

步骤3：无功基波电流经并网逆变器闭环控制输出后将在输出端负载上形成电压，而无功基波电流的幅值变化将造成公共连接点的电压幅值产生一定的低压变化，当电网正常连接工作的情况下，公共连接点的电压将保持同电网电压一致并不受到注入的小幅值无功基波电流的影响；当电网电压失去之后，即使在并网逆变器的负载功率和电网电压失去前并网逆变器的输出功率相匹配的情况下，幅值变化的无功基波电流将改变公共连接点的电压幅值和相位，通过监测公共连接点电压幅值的增减变化规律是否与无功基波电流的幅值变化规律一致来判断孤岛效应的发生，并立刻发出保护动作信号以采取措施。

2.根据权利要求1所述一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法，其特征在于：所述无功基波电流的幅值变化时刻应安排在其自身信号的过零点。

3.一种实现权利要求1所述基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法的装置，依次由传感器、处理控制模块以及驱动电路连接而成，其特征在于：所述处理控制模块包括用于处理传感器采集得到反馈信号的PLL锁相环、无功电流信号发生器以及数字处理器，所述传感器的输出端与PLL锁相环连接，PLL锁相环的输出端分别连向数字处理器和无功电流信号发生器，所述无功电流信号发生器的输出端连向数字处理器，所述PLL锁相环根据反馈信号输出基波参考电流信号给数字处理器和无功电流信号发生器，所述无功电流信号发生器根据得到的基波参考电流信号按预设程序输出无功基波电流给数字处理器，数字处理器将得到的无功基波电流和基波参考电流信号进行逻辑运算，得出结论信号传输给驱动电路。

4.根据权利要求3所述一种基于幅值变化无功电流扰动的孤岛检测方法的装置，其特征在于：所述无功电流信号发生器采用MCU芯片。

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