CN102684554B - 一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法。是采用电力系统暂态保护理论，对光伏电力与市政电力共同向负载供电时，对该微电网系统中所发生的重大暂态变化实施超高速特征波检测和预判，并由共网控制逆变装置对系统实施零逆流保护和防孤岛效应保护控制。有效实现光伏微电网对市政电网零逆流，保证大电网的安全。

Description

一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏并网发电的控制技术领域，特别是涉及一种太阳能光伏电力与市政电力共同向负载供电的共网应用光伏微电网系统中，用于防止光伏电力向市政电网馈电，实现系统对市政电网的设备级本质安全零逆流；包括系统市电失电时，对系统实现防孤岛效应保护的一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法。
背景技术
当前包括太阳能发电、风力发电等可再生新能源(本专利说明仅以太阳能光伏发电应用为例)发展十分迅速，其中一种主要应用方式是与市政电网并网应用，又分为可逆流和不可逆流两种方式。
可逆流并网系统，指太阳能光伏电力可直接输送给市政电网，进入电网统一调配使用。
不可逆流并网系统(又称用户侧并网)，指太阳能光伏电力与市政电网并联，与其保持同步，实现共同向用户负载供电，并在系统中优先使用光伏电力。当系统中光伏电力不足或没有时，由市政电网向负载提供电能；当光伏电力超过本系统用户负载用电需求时，则应通过某种手段对系统中多余光伏电力加以处理或放弃，防止光伏电力通过配电变压器向市政电力网络大量馈电，减小逆功率发生对大电网的影响。同时要求当系统市电失电时，保护光伏电力不再向系统供电----称之为防孤岛效应的保护。
目前国家标准《光伏系统并网技术要求》(GB/T 19939-2005)对防孤岛效应的保护的要求是：“当电网失压时，防孤岛效应保护应在2s内动作，将光伏系统与电网断开。”
对逆向功率保护的规定是：“系统在不可逆的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定输出的5％时，逆向功率保护应在0.5s-2s内将光伏系统与电网断开。”
这是对不可逆流并网逆变器的防止逆向功率要求，以保证与之并网应用的市政电网运行安全。由此可以看出，当并网逆变器实施逆向功率保护之时，实际上光伏系统已经在0.5s-2s内，向市政电网输送了超过其额定功率5％的逆向功率。当这种应用尚不普遍时，还不至于对市政电网安全运行造成较大影响。如果普遍推广这种应用时，即便每个装置逆功率都很小，但是由于其大量存在，其综合效应也势必将影响市政电网的安全运行。
目前为实现上述逆功率保护而进行的逆功率检测，采用的是通常工频电压、电流检测，原则上一定要十几个工频周期(工频50Hz时，20ms为一个周期)才能准确检测出有逆功率发生(一般需300ms)，可以满足对逆功率保护在0.5s-2s内完成的标准要求。
如果能够找到一种快速检测与预判方法，能在一个工频周期(50Hz时为20ms)内完成对系统逆向功率的检测和控制，使光伏逆变装置实现设备级本质安全零逆流，将消除光伏电力在这种应用时对市政电网安全的影响，彻底解决这种光伏电力不可逆并网方式大量应用的技术瓶颈问题。我们将这种实现系统光伏电力对市政电网零逆流的应用方式称之为共网应用方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种基于对光伏微电网系统暂态过程高速检测其系统重大变化特征波，之后进行控制，防止逆向功率发生的用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法。
采用的技术方案是：
一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法，是在光伏电力、市政电力、用电负载和共网控制逆变装置组成的光伏微电网，通过暂态特征波检测单元对系统暂态特征波高速采样，再由共网控制逆变装置的DSP处理器完成控制IGBT等功率器件的光伏输出，实现共网应用方式的光伏电力对市政电网零逆流。该方法包括如下步骤：
步骤一、采集系统变化暂态特征波，采样频率可高达50MHz；
步骤二、由共网控制逆变装置DSP对采集系统暂态过程数据进行快速傅里叶变换，求取并网电压电流暂态特征波的幅相频特征参数；
步骤三、由DSP确定特征波发生并预判将发生逆向功率或市电失电，向IGBT等功率器件发出停止光伏输出控制指令。以此循环往复。
上述的高频率采集的特征波，将进行特定谐波频率下的暂态特征波数学模型计算，得出准确检测数学模型数据。
上述的光伏微电网共网控制逆变装置得到负载变化的指令后，立即启动该负载变化是否将引起系统逆功率发生的计算。当计算结果为将引起系统逆功率发生时，立即由共网控制逆变装置DSP进行减少系统光伏出力或关断系统光伏出力的控制，其检测和控制可在20ms内完成。
本发明的光伏微电网共网控制系统的暂态特征波检测，是专门针对光伏微电网中重大负载变化引起逆向功率发生的检测，实现光伏微电网对市政电网的零逆流，保证大电网的的安全运行。
附图说明
图1为本发明的暂态特征波检测结构框图。
图2为本发明工作流程图。
具体实施方式
一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法，是依据电力系统暂态过程理论，任何一个处于稳态运行的包括光伏电力和市政电力在内的微电网系统，当系统内任何一个改变原有稳定状态的事件发生后，必将在一定时间内经历一个暂态过程，重新稳定到一个新的稳定状态运行，即必定发生暂态过程。
比如：在上述包括光伏电力、市政电力、用电负载在内的微电网系统中，当负载用电远远大于光伏电力时，系统主要靠市政电力供电，光伏电力对系统供电的贡献微乎其微，此时系统中负载功率的局部变动，不会造成逆向功率发生。但是当系统中光伏电力接近负载所需电力时，一旦再发生系统内较大负载关断，就有可能出现光伏电力大于负载所需电力，进而发生光伏电力向市政电网馈电(即发生逆向功率)。
在光伏微电网系统中，负载突然的关断将产生一个典型的从一个稳态到另一个稳态的系统暂态过程。本发明就是由共网控制逆变装置在该暂态过程发生的瞬间(ms级之内)，对系统暂态特征波高速采样和快速傅里叶变换，再由共网控制逆变装置的DSP处理器完成特征波零逆流判断计算、并直接控制IGBT等功率器件的光伏输出，实现共网应用方式的零逆流。
本发明暂态特征波检测，是根据电力系统暂态保护理论，当一个暂态过程发生，必将同时产生各种高次谐波向外发散，高次谐波的频率越高其发散速度越快。本发明暂态特征波采样频率可根据系统特点，即根据系统所包含的各类不同负载特征波典型表现，确定为50MHz以内。采样处理系统(通常即共网控制逆变装置的控制核心DSP控制处理器)将对采样数据进行快速傅里叶变换，提取该暂态波形中所包含的各频段的幅相频特征。不同负载在不同的高次谐波中其特征波表现会有显著不同。选择较高采样频率将在暂态特征波发生的短暂时间内获取大量数据信息，保证其可在ms级内完成。
采用系统特征波检测的并网逆变控制装置实现防孤岛效应保护，将变得十分简便。本发明所述的暂态特征波检测方法涵盖市网失电的特殊情况，当快速检测到市网停电暂态特征波后，DSP立即关断逆变器输出，实现简便快捷的防孤岛效应保护功能。
光伏微电网系统暂态特征波检测结构框图如图1所示。
该方法包括如下步骤(见图2)：
步骤一、采集系统变化暂态特征波，采样频率可高达50MHZ；
步骤二、由共网控制逆变装置DSP对采集系统暂态过程数据进行快速傅里叶变换，求取并网电压电流暂态特征波的幅相频特征参数；
步骤三、由DSP确定特征波发生并预判发生逆向功率或市电失电，向IGBT等功率器件发出停止光伏输出控制指令。以此循环往复。

Claims (1)

1.一种用于光伏微电网共网控制的系统暂态特征波检测方法，其特征包括如下步骤：
步骤一、采集系统变化暂态特征波，采样频率高达50MHZ；
步骤二、由共网控制逆变装置DSP对采集系统暂态过程数据进行快速傅里叶变换，求取电压电流暂态特征波的幅相频特征参数；
步骤三、当所述共网控制逆变装置DSP得到某一负载变化的特定暂态特征波的幅相频参数后，立即启动该负载变化是否将引起系统逆功率发生的计算；当计算结果为，将引起系统逆功率发生时，立即由共网控制逆变装置DSP向IGBT功率器件发出减少系统光伏出力或关断系统光伏出力的控制指令；
上述的检测和控制全过程在20ms内完成。
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