CN102611183B - 并网发电系统孤岛检测及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并网发电系统孤岛检测及保护方法，包括：S1、对电网的电压进行过零中断检测；S2、当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f；S3、判断频率值f是否在正常范围内；S41、如判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器；S42、如判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动，使输出电流的周期和频率值改变，计算出输出电流的载波周期值Tcnew；S5、将Tcnew写进EPWM周期寄存器；S6、SPWM脉冲输出。本发明采用滑动的频移法，使功率因数不是一个固定的值，不会在某一时间内固定RLC的情况下发生谐振现象；且孤岛发生时，能很好的实现孤岛保护。

Description

并网发电系统孤岛检测及保护方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种光伏并网逆变器孤岛检测及保护方法。 

背景技术

孤岛现象是指：当电网故障或停电时，用户端的并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。这会危及电网输电线路上维修人员的安全；影响配电系统上的保护开关的动作程，冲击电网保护装置；影响传输电能质量等。因此并网发电设备必须要具有孤岛检测功能，及时实现孤岛保护。 

传统的孤岛检测有被动式和主动式。 

被动式检测是直接检测电压频率等参数，在孤岛发生的情况下，通常电压、频率、相位等会不稳定，因此可直接判断欠压过压欠过频，谐波量，相差等来实现保护。但由于存在检测盲区，会经常出现漏检。 

主动式检测是只在程序里添加输出干扰量，如改变频率，相位等。由于电网的强大纠正能力，在电网存在的时候，输出电流同步电网电压，输出扰动量不会对并网电压产生影响，孤岛发生时，由于扰动，电压频率等会跟随扰动量发生改变，从而判断孤岛的发生。 

主动式检测法包括一种主动频率偏移法： 

主动频率偏移法是指对并网逆变器的频率输出一定的扰动量。当孤岛产生时，逆变器的采样的电网电压其实为负载电压，由输出电流决定，则给定值每周期都在偏移，导致输出电流频率持续变化，直至频率保护允许范围，逆变器将自动进行保护。但是，主动频率偏移法是输出固定的频率偏移，在一定的RLC负载下，发生谐振，电压电流同频同相且频率在正常的工作范围内，会造成孤岛检测的失败。 

本发明是对主动频率偏移法的改进。 

发明内容

有鉴于背景技术中提到的问题，有必要提供一种能快速实现孤岛检测和保护的系统和方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种并网发电系统孤岛检测及保护方法，包括以下步骤： 

S1、对电网的电压进行过零中断检测； 

S2、当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f； 

S3、判断频率值f是否在正常范围内； 

S41、如判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器； 

S42、如判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动，使输出电流的周期和频率值改变，计算出输出电流的载波周期值Tcnew； 

S5、将S42中计算得到的输出电流的载波周期值Tcnew写进EPWM周期寄存器； 

S6、SPWM脉冲输出。 

所述对电网的电压进行过零中断检测是通过并联于DSP的外中断Xint引脚与电网电压输出端之间的过零中断检测电路实现的。 

S2中所述的周期计数值T的计算方法是：当检测到发生过零中断时，记录此时刻DSP的计数值Tpr1，在下一次中断时记录DSP的计数值Tpr2，则周期计数值为T＝(Tpr2-Tpr1)/DSP的频率，所述频率值f＝1/T。 

S3所述的判断频率值f是否在正常范围内包括：将频率值f对应的计数值(Tpr2-Tpr1)与预设的范围值进行比较，判断频率值f是否在正常范围内。 

S42中所述的对PWM输出施加频率扰动，是指每经过一定的时间对载波周期增加一定的量；所述使输出电流的周期和频率值改变是指，通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出输出电流的周期值Tcnew，Tc(t)指实时从上一周期计数值为T计算出来的实时载波周期值，k(n)为增加或减小的载波周期量；当n从0变化到 5，再逆向减小到0，Tcnew值随之改变。 

一种并网发电系统孤岛检测装置，其包括： 

过零中断检测电路，用于对电网的正弦电压进行过零中断检测； 

周期计数值计算模块，用于当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f； 

判断模块，用于判断频率值f是否在正常范围内； 

控制模块，用于当判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器； 

扰动模块，用于当判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动从而使输出电流的周期和频率值改变； 

写入模块，用于将计算得到的输出电流的载波周期值Tcnew值写进EPWM周期寄存器； 

输出模块，用于控制SPWM脉冲输出。 

所述的周期计数值T的计算方法是：当检测到发生过零中断时，记录此时刻DSP的计数值Tpr1，在下一次中断时记录DSP的计数值Tpr2，则周期计数值为T＝(Tpr2-Tpr1)/DSP的频率，所述频率值f＝1/T。 

所述的判断频率值f是否在正常范围内包括：将频率值f对应的计数值(Tpr2-Tpr1)与预设的范围值进行比较，判断频率值f是否在正常范围内。 

所述的对PWM输出施加频率扰动，是指每经过一定的时间对载波周期增加一定的量；所述使输出电流的周期和频率值改变是指，通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出输出电流的周期值Tcnew，Tc(t)指实时从上一周期计数值为T计算出来的实时载波周期值，k(n)为增加或减小的载波周期量；当n从0变化到5，再逆向减小到0，Tcnew值随之改变。 

与现有技术相比，本发明具备如下优点：本发明采用滑动的频移法，在一定的时间内，输出频率扰动量从0开始增大到设定值，再从设定值减小到0，即扰动量是一个变化的量，电压电流的相位角不是一个固定的值，因此功率因数不是一个固定的值，不会在某一时间内固定RLC的情况下发生谐振现象；且孤岛发生时，频率发生改变，据不同的设定值，频率值在很短的时间内发生改变，超出保护设定值，即断开输出，能很好的实现孤岛保护。 

附图说明

图1是并网逆变器电网电压电流采样及过零中断采样电路图； 

图2是本发明并网逆变器的调制波与输出正弦波电压的波形示意图； 

图3是本发明并网发电系统孤岛检测方法流程图。 

具体实施方式

实施例一： 

本实施例提供一种并网发电系统孤岛检测方法，如图3所示，其包括以下步骤： 

S1、过零中断检测： 

如图1所示，电网的正弦电压经过过零检测电路，得到方波，连接到DSP的外中断Xint引脚，DSP检测到方波上升沿后发生过零中断，从而实现过零中断检测；过零检测电路的原理可以理解为：当输入电压大于0的时候，输出数字信号1，输入电压小于0时，输出0； 

图1中所示u1为50Hz的正弦电压(图中未示出)，vt1是过零中断检测电路输出的方波(图中未示出)，过零中断：DSP检测到vt1的上升沿，即触发外部中断； 

S2、计算电网的周期计数值T及对应的频率值f； 

当检测到发生过零中断时，记录此时刻DSP的计数值Tpr1，在下一次中断时记录计数值Tpr2，如DSP的频率为60MHz，则周期计数值为T＝(Tpr2-Tpr1)/(60*106)，频率f＝1/T，正常情况下，对于50Hz的电网频率，电网周期T的计数值＝Tpr2-Tpr1＝1200000；将计算得到的载波周期计数值T写入EPWM周期寄存器； 

S3、判断频率值f是否在正常范围内； 

在某一地区，电网的频率基本是确定的，如我国的电网频率是50Hz，且波动范围比较小；将频率值f对应的计数值(Tpr2-Tpr1)与预设的范围值进行比较，判断频率值f是否在正常范围内； 

S41、如判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器； 

S42、如判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动，即每经过一定的时间对载波周期增加一定的扰动量，在载波频率为20kHz条件下，计算出载波周期计数值Tc，对于50Hz的正弦波输出，则输出400个载波周期与一电网周期相等；通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出Tcnew，Tc(t)指实时从上一周期计数值为T计算出来的实时载波周期值，k(n)为增加或减小的载波周期增量；当随着n从0变化到5的时候再逆向减小到0，Tcnew值随之改变，从而使输出电流的周期改变，输出电流值与电网频率值相等，在输出扰动时有很小的变化； 

S5、将计算得到的Tcnew值写进EPWM周期寄存器； 

S6、SPWM脉冲输出，当载波周期Tc值改变，即引起输出电流的周期值也即频率的变化。 

本发明所述的并网逆变器的输出SPWM为单极性PWM调制，其调制波与输出正弦波电压如图2所示；SPWM载波的频率由DSP的EPWM模块的周期值决定，例如系统频率60MHz，SPWM载波频率为20KHz，EPWM选择增减模式，则要写进PWM的周期计数值为：Tepwm＝0.5*60*106/(20*103)＝1500；对于50Hz的电网，则每输出400(＝1200000/(1500*2))次为一电网周期；对于并网逆变器输出来说，改变EPWM模块的周期值，则可以改变输出的电流频率。 

综上所述，DSP检测到方波上升沿后发生过零中断，通过前后两次过零中断时间可以计算出电网的频率值f，正常情况下，电网的波动比较小，不会超出程序的设定的频率保护范围值；频率值f在正常范围内情况下，循环(5次)增加对电流频率的扰动，具体的，是每经一定的时间增加一定的频率，计算将要写进EPWM周期寄存器的值Tcnew，其决定输出正弦电流的频率值。逆变器正常运行中，电网的频率基本是稳定的，反映出来的是电压电流的相位不是固定的(0-11.25°)，而是小幅变化的值。孤岛发生后，即电网断开，此时电压频率完全由输出电流决定，电压的频率随之增大，当过零中断检测到频率值f超出设定的保护范围，逆变器停止输出，关PWM，断开所有连接的继电器，切离电网，实现孤岛保护。 

本发明为滑动的频移法。在一定的时间内，输出频率扰动量从0开始增大到设定值，再从设定值减小到0，即扰动量是一个变化的量，电压电流的相位角不是一个固定的值，因此功率因数不是一个固定的值，不会在某一时间内固定RLC的情况下发生谐振现象；且孤岛发生时，频率发生改变，据不同的设定值，频率值在很短的时间内发生改变，超出保护设定值，能很好的实现孤岛保护。 

实施例二： 

本实施例还提供一种用于实现实施例一所述的检测方法的装置，其包括： 

过零中断检测电路，用于对电网的正弦电压进行过零中断检测； 

周期计数值计算模块，用于当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f； 

判断模块，用于判断频率值f是否在正常范围内； 

控制模块，用于当判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器； 

扰动模块，用于当判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动，具体的，每经过一定的时间增加一定的周期增量，通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出Tcnew，k(n)为增加或减小的周期增量；当n从0变化到5，再逆向减小到0，Tcnew值随之改变，从而使输出电流的周期和频率值改变； 

写入模块，用于将计算得到的输出电流的周期值Tcnew值写进EPWM周期寄存器； 

输出模块，用于控制SPWM脉冲输出。 

Claims (3)

1.一种并网发电系统孤岛检测及保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、对电网的电压进行过零中断检测；

S2、当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f；

S3、判断频率值f是否在正常范围内；

S41、如判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器；

S42、如判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动，使输出电流的周期和频率值改变，计算出输出电流的载波周期值Tcnew；所述的对PWM输出施加频率扰动，是指每经过一定的时间对载波周期增加一定的量，具体是指在一定的时间内，输出频率扰动量从0开始增大到设定值，再从设定值减小到0，即扰动量是一个变化的量；所述使输出电流的周期和频率值改变是指，通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出输出电流的周期值Tcnew，Tc(t)指实时从上一周期计数值为T计算出来的实时载波周期值，k(n)为增加或减小的载波周期量；当n从0变化到5，再逆向减小到0，Tcnew值随之改变；

S5、将S42中计算得到的输出电流的载波周期值Tcnew写进EPWM周期寄存器；

S6、SPWM脉冲输出；

S2中所述的周期计数值T的计算方法是：当检测到发生过零中断时，记录此时刻DSP的计数值Tpr1，在下一次中断时记录DSP的计数值Tpr2，则周期计数值为T＝(Tpr2-Tpr1)/DSP的频率,所述频率值f＝1/T；

S3所述的判断频率值f是否在正常范围内包括：将频率值f对应的计数值(Tpr2-Tpr1)与预设的范围值进行比较，判断频率值f是否在正常范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对电网的电压进行过零中断检测是通过并联于DSP的外中断Xint引脚与电网电压输出端之间的过零中断检测电路实现的。

3.一种并网发电系统孤岛检测装置，其特征在于，其包括：

过零中断检测电路，用于对电网的正弦电压进行过零中断检测；

周期计数值计算模块，用于当检测到发生过零中断时，计算电网的周期计数值T及对应的频率值f；

判断模块，用于判断频率值f是否在正常范围内；

控制模块，用于当判断结果为否，停止PWM输出，断开输出继电器；

扰动模块，用于当判断结果为是，对PWM输出施加频率扰动从而使输出电流的周期和频率值改变；所述的对PWM输出施加频率扰动，是指每经过一定的时间对载波周期增加一定的量，具体是指在一定的时间内，输出频率扰动量从0开始增大到设定值，再从设定值减小到0，即扰动量是一个变化的量；所述使输出电流的周期和频率值改变是指，通过公式Tcnew＝Tc(t)+k(n)，计算出输出电流的周期值Tcnew，Tc(t)指实时从上一周期计数值为T计算出来的实时载波周期值，k(n)为增加或减小的载波周期量；当n从0变化到5，再逆向减小到0，Tcnew值随之改变；

写入模块，用于将计算得到的输出电流的载波周期值Tcnew值写进EPWM周期寄存器；

输出模块，用于控制SPWM脉冲输出；

所述的周期计数值T的计算方法是：当检测到发生过零中断时，记录此时刻DSP的计数值Tpr1，在下一次中断时记录DSP的计数值Tpr2，则周期计数值为T＝(Tpr2-Tpr1)/DSP的频率,所述频率值f＝1/T；

所述的判断频率值f是否在正常范围内包括：将频率值f对应的计数值(Tpr2-Tpr1)与预设的范围值进行比较，判断频率值f是否在正常范围内。