CN102680858A

CN102680858A - 一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法

Info

Publication number: CN102680858A
Application number: CN2012101733674A
Authority: CN
Inventors: 曾海霞; 李继生; 马岩; 张炜; 李栋
Original assignee: SHAANXI CHANGLING SOLAR ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: SHAANXI CHANGLING SOLAR ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明涉及并网逆变器技术领域，公开了一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法。该方法包括检测前一电网周期的并网端口电压频率f（n-1），检测当前电网周期的并网端口电压频率f（n），计算相邻两个周期电网频率差值的绝对值|Δ|=|f(n)-f(n-1)|，判断|Δ|在0.1-0.3Hz外时，计数值加1；在连续N个周期内，如果计数值大于N/2，则判定产生孤岛效应。本发明技术方案加入的频率扰动控制在0.3-0.5Hz范围内能够检测出孤岛效应，检测时间短；并且该方法可有效减少逆变器向电网输出谐波，使系统更稳定。

Description

一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法

技术领域

本发明涉及并网逆变器技术领域，更具体地涉及一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法。

背景技术

孤岛效应是指，在电网断电时，并网逆变电源仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，当电网中某一区域处于光伏发电的孤岛状态时，电网将不再控制孤岛区域中的电压和频率。该区域内的电压或频率漂移不仅会损坏用户设备，而且可能会影响该区域中供电系统的恢复情况，严重时还会威胁工作人员的人身安全，因此，并网逆变器需要防止孤岛效应，保证系统的安全性和稳定性。

那么如何检测孤岛效应呢？现有的孤岛检测方法分为被动式检测和主动式检测两大类。

被动式孤岛检测依据电网断电后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。光伏并网逆变器只需要通过监测并网系统端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生。然而，在电网断电后，如果有功和无功的波动都很小，那么被动式孤岛检测方法就存在检测盲区。

主动式孤岛检测方法中采用比较多的是主动频移法AFD，其基本原理是在光伏并网逆变器的输出加入频率扰动。并网正常工作情况下，受电网电压钳制，其扰动可以被大电网校正回来，从而使得光伏并网逆变器端口电压和频率变化很小；当有孤岛效应发生时，没有电网的钳制作用，周期性的频率扰动会使并网系统端口电压和频率变得不稳定，光伏并网逆变器通过检测端口电压和输出频率变化能检测孤岛的发生。然而电网断电后，由于光伏发电孤岛区域内负载的不可预知和复杂性，会导致检测到的端口电压和输出频率波动都很小，这样主动式孤岛检测方法也存在检测盲区。虽然增加频率扰动可以减小检测盲区，但是过大的频率扰动会加剧输出电流波形畸变，当需要进行电能质量治理时，该扰动还会对谐波补偿效果造成较严重的影响。

发明内容

为弥补上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提出一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，该方法可有效减少逆变器向电网输出的谐波，使系统更稳定。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现。

技术方案一：基于时间的检测方法

一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，其特征在于，控制逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的设定时间差为T1，检测逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的检测时间差为T2，当T2在T1附近波动频繁时，则判定产生孤岛效应。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

（1）所述T2在T1附近波动频繁时具体是指：实时计算每个周期T2与T1差值的绝对值；若该差值的绝对值在T2允许波动范围之外时，则计数值加1；在连续N个周期内，如果计数值大于N/2，则判定T2在T1附近波动频繁。

（2）所述N>10。

（3）所述T2允许波动范围为0.5T1-1.5T1。

（4）所述设定时间差T1为120-200μs。

技术方案二：基于频率的检测方法

一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，其特征在于，检测前一电网周期的并网端口电压频率f（n-1），检测当前电网周期的并网端口电压频率f（n），计算相邻两个周期电网频率差值的绝对值|Δ|＝|f(n)-f(n-1)|，判断|Δ|在0.1-0.3Hz外时，计数值加1；在连续N个周期内，如果计数值大于N/2，则判定产生孤岛效应。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：所述N>10。

本发明属于主动频移法AFD，在光伏并网逆变器加入的频率扰动范围可以控制在0.3-0.5Hz内，就能有效的检测出孤岛效应。本发明并网逆变器孤岛效应检测方法，理解容易，处理起来简单易行；将电网频率响应保护和防孤岛保护分开，不需要过大的频率扰动就可实现孤岛效应的检测，对输出电流波形造成的畸变影响较小，降低了输出电流波形畸变率，使系统更稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细说明。

图1为本发明实施例中主动频移法AFD工作原理图；

图2为本发明基于时间的孤岛效应检测方法流程图；

图3为本发明基于频率的孤岛效应检测方法流程图。

具体实施方式

北京鉴衡认证中心认证技术规范《并网光伏发电专用逆变器技术条件》（CGC/GF004:2011 CNCA/CTS 0004-2009A）5.5.1.1条防孤岛效应保护中要求“逆变器应具有防孤岛效应保护功能，若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号。”5.3.5条电网响应中要求电网频率在额定频率变化时，逆变器的工作状态应该满足下表1电网频率响应的要求。可见，当电网断电时，逆变器检测到的频率要低于48Hz或高于50.5Hz才能停止运行，满足防孤岛效应的要求。

表1

本发明技术方案并网逆变器孤岛效应的检测方法是基于主动式孤岛效应检测方法中最普遍使用的主动频移法AFD实现的，如附图1所示，并网逆变器先检测并网端口的电压，然后主动改变输出电流和电流频率。在电网周期开始时，即在并网端口电压过零点处，发出正弦波电流，半个周期后并网电压过零点

和逆变器输出电流过零点

存在时间差t_z，控制系统保持这一时间差t_z，正常工作时，逆变器与电网并联运行，负载两端的电压受电网钳制，检测到的波动值保持在正常范围内。

一旦发生孤岛效应，负载两端的电压，即并网端口电压由输出电流和负载阻抗共同决定，提前或滞后到达零点。理论上，如此反复，并网端口电压随时间不断上升或下降，这一过程继续直到系统检测到过频或欠频，则判定有孤岛效应产生。

在电阻负载时，主动式孤岛效应检测方法实现简单，能够起到很好的控制效果。但在特定RLC负载条件下会存在检测盲区，虽然增加扰动频率可以减少检测盲区，但是会增大输出电流波形畸变。并网逆变器与电网并联运行，电网本身的特性又非常复杂。因此，上述传统检测方法失效可能性非常大。

本发明的方法是控制逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的设定时间差为T1，检测逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的检测时间差为T2。在正常并网运行时，并网端口电压稳定；当电网断电时，主动频移法AFD反复起作用，并网端口电压随时间不断上升或下降。针对这一特点，并网逆变器孤岛效应的检测方法中，逆变器不仅检测并网端口电压，还检测并网端口电压随时间的变化，当T2在T1附近波动频繁时，则判定产生孤岛效应。具体实施办法如图2所示：

S201：逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的设定时间差为T1；

S202：检测逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的检测时间差为T2（n），n=1、2、3……；

S203：计算每个周期的|Δ₁|＝|T2(n)-T1|；

S204：判断|Δ₁|是否在120-200μs内？如果是，进入步骤S206；否则，进入步骤S205；

S205：计数值q1加1；

S206：计数值q1不变；

S207：检测N1（N1>10）个周期；

S208：判断q1是否大于N1/2，如果是，进入步骤S209；否则N1、q1清零，进入步骤S201重新检测；

S209：T2（n）波动频繁，可判断有孤岛效应发生。

下面为本发明思想的另一种更加简便的孤岛效应检测方法，该方法基于频率检测，是对上述技术方案的更进一步改进，其具体实施办法如图3所示：

S301：检测前一电网周期的并网端口电压频率f（n-1）；

S302：检测当前电网周期的并网端口电压频率f（n）；

S303：计算计算相邻两个周期电网频率差值的绝对值|Δ₂|＝|f(n)-f(n-1)|；

S304：判断|Δ₂|是否在0.1-0.3Hz内？如果是，进入步骤S306；否则，进入步骤S305；

S305：计数值q2加1；

S306：计数值q2不变；

S307：检测N2（N2>10）个周期；

S308：判断q2是否大于N2/2，如果是，进入步骤S309；否则N2、q2清零，进入步骤S301重新检测；

S309：并网端口电压频率f（n）波动频繁，判断有孤岛效应发生。

在该方法中，选择合适的检测变化周期N2，只需要较小的扰动频率就可以检测到孤岛发生，正常并网时也不会造成孤岛保护误动作。

本发明技术方案，针对主动频移法AFD对特定RLC负载条件下存在检测盲区的检测不足，很好解决了现有技术的这一缺陷。

本发明光伏并网逆变器孤岛效应的检测方法，处理起来简单易行，理解容易；将电网频率响应保护和防孤岛保护分开，不需要过大的扰动就可实现孤岛效应的检测，对输出电流波形造成的畸变影响较小，降低了输出电流波形畸变率；同时，不大的扰动对谐波补偿效果影响也较小，本发明技术方案检测时间短，谐波对系统影响小，使系统更稳定。

本发明还有多种实施方式，但凡在本发明的精神和实质范围内，所作的任何改变、等同替换、改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，其特征在于，控制逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的设定时间差为T1，检测逆变器输出电流过零点与并网端口电压过零点之间的检测时间差为T2，当T2在T1附近波动频繁时，则判定产生孤岛效应。

2.如权利要求1所述的用于并网逆变器孤岛效应检测方法，其特征在于，所述T2在T1附近波动频繁时具体是指：实时计算每个周期T2与T1差值的绝对值；若该差值的绝对值在T2允许波动范围之外时，则计数值加1；在连续N个周期内，如果计数值大于N/2，则判定T2在T1附近波动频繁。

3.如权利要求2所述的用于并网逆变器孤岛效应检测方法，其特征在于，所述N>10。

4.如权利要求2所述的用于并网逆变器孤岛效应检测方法，其特征在于，所述T2允许波动范围为0.5T1-1.5T1。

5.如权利要求1所述的用于并网逆变器孤岛效应检测方法，其特征在于，所述设定时间差T1为120-200μs。

6.一种用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，其特征在于，检测前一电网周期的并网端口电压频率f（n-1），检测当前电网周期的并网端口电压频率f（n），计算相邻两个周期电网频率差值的绝对值|Δ|=|f(n)-f(n-1)|，判断|Δ|在0.1-0.3Hz外时，计数值加1；在连续N个周期内，如果计数值大于N/2，则判定产生孤岛效应。

7.如权利要求6所述的用于并网逆变器的孤岛效应检测方法，其特征在于，所述N>10。