CN102611137A - 一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，该方法包括以下步骤：a，在三相逆变器并网后，以时间T为扰动周期在锁相环角度为0时对电网的无功功率进行一个工频周期的扰动，无功扰动量为有功功率的k倍，0.05＜k＜0.2；b，在下一个扰动周期检测三相逆变器和电网公共耦合处的电网频率，若检测的电网频率与上一个扰动周期电网频率的差值超过一设定值，将无功扰动量增加一倍继续对电网的无功功率进行扰动；c，重复步骤b，若检测到的电网频率超出保护限值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

Description

一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法

技术领域

本发明涉及光伏新能源领域，具体而言，涉及一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法。

背景技术

随着社会的发展、能源的紧缺，并网型风能太阳能组成的发电系统越来越多，对电网的影响也越来越大，因此电网对以太阳能为代表的新能源发电设备的要求也越来越高，尤其是这种发电设备存在的孤岛效应，对电网，对逆变器设备、对人身安全都会有极大的危害。所谓的孤岛效应就是电力系统网中，由于故障原因或者其它的人为原因造成电力系统网停止运行，如果这个电力系统网存在分布式电源系统，即像光伏逆变器这样的供电系统，就会造成电力系统网停止运行后，光伏逆变器这样的分布式能源就会继续给局部电网中的负载供电，在一些特殊的情况下形成一个独立的小型发电系统。这样就会造成一些严重的后果：局部电网中的发电设备仍然运行可能会给线路维修人员带来极大的安全隐患；局部电网的电能质量不能够保证；局部电网的不匹配可能损坏逆变器。

目前，光伏逆变器针对孤岛的检测方法主要分为两大类：被动孤岛检测和主动孤岛检测。

被动孤岛检测是通过检测逆变器输出端与电网耦合处的电网电压、电网频率等，在符合孤岛效应条件时使逆变器脱离电网，这种检测方法主要包括：过压保护、欠压保护、过频保护、欠频保护等，逆变器输出的电能质量高，但检测出孤岛效应的概率低，盲区大。

主动孤岛检测是逆变器对输出的电流主动的引入变化或者是扰动，促使逆变器与电网耦合处的电压参数发生变化，并超出设定范围，从而使逆变器停止运行。此种方法比前一种方法检测出孤岛效应的概率大，盲区小，但由于引进扰动量，稳定性不好，会使逆变器的一些电能质量受到影响。目前主要有主动频率偏移法和滑动频率偏移法。

发明内容

本发明提供一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，用以有效降低逆变器对电网输出谐波，缩短各种功率段反孤岛的检测时间。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，该方法包括以下步骤：

a，在三相逆变器并网后，以时间T为扰动周期在锁相环角度为0时对电网的无功功率进行一个工频周期的扰动，无功扰动量为有功功率的k倍，0.05＜k＜0.2；

b，在下一个扰动周期检测三相逆变器和电网公共耦合处的电网频率，若检测的电网频率与上一个扰动周期电网频率的差值超过一设定值，将无功扰动量增加一倍继续对电网的无功功率进行扰动；

c，重复步骤b，若检测到的电网频率超出保护限值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

进一步地，上述方法还包括以下步骤：

在对电网无功功率添加无功扰动量时，将当前周期的电网频率与上一个周期的电网频率的变化值Δf作为无功扰动的正反馈量，使电网频率向着偏大的方向偏移。

进一步地，上述方法还包括以下步骤：

若对电网无功功率进行扰动的无功扰动量超过最大允许值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

进一步地，上述方法还包括以下步骤：

若对电网无功功率进行扰动的次数超过最大允许次数，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

在上述实施例中，当孤岛发生时，无功扰动就会连续发生，扰动量也会一直增加，电压频率也越来越大，形成频率正向偏移的正反馈系统，从而主动判断出发生孤岛，触发孤岛保护功能保护逆变系统。同时，通过采用上述技术方案，不需要时刻调整电网电压与电流的相角，电流输出连续变化、稳定性较好，输出谐波小，对电网质量影响小，而且检测速度快，达到更快检测孤岛的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛的电流环的系统控制框图；

图2为有功功率与无功功率之间关系的曲线图；

图3为并网系统发生孤岛时相角变化量和k值(无功电流与有功电流比值)的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例的基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛的电流环的系统控制框图；如图1所示，三相并网型光伏逆变器电流环的控制分为有功电流控制和无功电流控制，在没有要求无功功率控制的条件下，无功电流的参考值一般为零。

图1中，Idg和Iqg分别为有功电流和无功电流参考值，Id和Iq分别为有功电流和无功电流反馈值，在逆变器运行时可以控制无功电流参考值Iqg为零，则通过逆变器控制可以使逆变器输出的无功电流为零，逆变器输出全为有功电流，功率因数为1。如果对无功电流加入一个无功扰动量，扰动的幅值为

Iqg＝kIdg，0.05＜k＜0.2        (1-1)

加入扰动值后，逆变器输出电流幅值增大，包含无功电流和有功电流，根据三相平衡原则，逆变器单相电流可以表示为

Ig(t)＝Id′sin(wt)+Iq′sin(wt)＝M·Id′·sin(wt+θ)      (1-2)

图2为有功功率与无功功率之间关系的曲线图；由图2可知，由于无功电流的改变而引起的电流相角变化量θ为

$\mathrm{\θ}=\arcsin (k/\sqrt{1+k^2})---(1-3)$

图3为并网系统发生孤岛时相角变化量和k值(无功电流与有功电流比值)的关系曲线图。如图3所示，当电网电压正常时，由于有电网的作用，此时在电网与逆变器的耦合处电网电压和电网频率不会变化，当电网处于孤岛状态时，耦合处的电压和频率就会随输出电流的变化而变化。当加入无功扰动时，就可以根据在耦合处的电压相角的变化，来检测出电网频率的变化。

以下为图1实施例的基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，包括以下步骤：

a，在三相逆变器并网后，以时间T为扰动周期在锁相环角度为0时对电网的无功功率进行一个工频周期的扰动，无功扰动量为有功功率的k倍，其中，T为电网工频周期的整数倍，其中，T为电网工频周期的整数倍，0.05＜k＜0.2；

改变输出电流幅值可以改变有功功率与无功功率之间的比值，如果孤岛发生，这个比值就会改变电网的频率。

b，在下一个扰动周期检测三相逆变器和电网公共耦合处的电网频率，若检测的电网频率与上一个扰动周期电网频率的差值超过一设定值，将无功扰动量增加一倍继续对电网的无功功率进行扰动；

通过增加无功扰动将改变输出电流的幅值以及相角，同时检测扰动加入当前周期的频率，将此频率减去上一周期的频率，得到电网频率变化值Δf，并对此变化值做一个限值，这个限值的大小由加入的扰动量大小可以根据图3决定。

c，重复步骤b，若检测到的电网频率超出保护限值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

当孤岛发生时，无功扰动就会连续发生，扰动量也会一直增加，电压频率也越来越大，形成频率正向偏移的正反馈系统，从而主动判断出发生孤岛，触发孤岛保护功能保护逆变系统。

当电网正常时，电网频率由电网决定，电网频率变化值Δf不会超出限值；如果孤岛发生，加入的无功扰动量就会改变电网的频率，从而使电网频率变化值Δf超出限值。因此，可以在对电网无功功率添加无功扰动量时，将当前周期的电网频率与上一个周期的电网频率的变化值Δf作为无功扰动的正反馈量，使电网频率向着偏大的方向偏移。

为避免电流值超出三相逆变器的限值，造成不必要的保护，还可以对无功扰动量设定最大允许值，若对电网无功功率进行扰动的无功扰动量超过最大允许值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

此外，为避免电流值超出三相逆变器的限值，造成不必要的保护，还可以对无功扰动次数设定最大允许次数，若对电网无功功率进行扰动的次数超过最大允许次数，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

综上所述，本发明实现了以下有益效果：

通过采用上述实施例的技术方案，不需要时刻调整电网电压与电流的相角，电流输出连续变化、稳定性较好，输出谐波小，对电网质量影响小，而且检测速度快，达到更快检测孤岛的效果。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于无功扰动的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，其特征在于，包括以下步骤：

a，在三相逆变器并网后，以时间T为扰动周期在锁相环角度为0时对电网的无功功率进行一个工频周期的扰动，无功扰动量为有功功率的k倍，其中，T为电网工频周期的整数倍，0.05＜k＜0.2；

b，在下一个扰动周期检测三相逆变器和电网公共耦合处的电网频率，若检测的电网频率与上一个扰动周期电网频率的差值超过一设定值，将无功扰动量增加一倍继续对电网的无功功率进行扰动；

c，重复步骤b，若检测到的电网频率超出保护限值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

2.根据权利要求1所述的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在对电网无功功率添加无功扰动量时，将当前周期的电网频率与上一个周期的电网频率的变化值Δf作为无功扰动的正反馈量，使电网频率向着偏大的方向偏移。

3.根据权利要求1所述的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若对电网无功功率进行扰动的无功扰动量超过最大允许值，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

4.根据权利要求1所述的三相光伏逆变器主动反孤岛方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若对电网无功功率进行扰动的次数超过最大允许次数，则判定电网出现孤岛效应，触发孤岛保护功能使三相逆变器停止运行。

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