CN103630782A - 一种三相并网逆变器的孤岛检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相并网逆变器的孤岛检测方法及装置。方法包括：向逆变器输出电流上注入无功电流I_q1和I_q2，I_q2=I_d*(F-F_N)*K;判断当前半轴与上一半轴的每两相之间的相位角的变化量是否满足第一个相位角变化量与当前半轴与上一半轴的I_q1的变化量成正比且方向相同，第二个相位角变化量与Iq1的变化量成正比且方向相反，第三个相位角变化量不受Iq1影响；若满足，则发生单相或两相孤岛；计算并网点的三相电压频率情况，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值；若超过，则为三相孤岛；若没有超过，则计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的Iq2。本发明能同时检测单相、两相和三相孤岛状态。

Description

一种三相并网逆变器的孤岛检测方法及装置

技术领域

本发明涉及孤岛检测领域，尤其涉及一种基于无功扰动的三相并网逆变器的孤岛检测方法及装置。

背景技术

太阳能、风能、燃料电池等新能源并网发电系统接入公共电网时，公共电网停止供电后太阳能、风能、燃料电池等新能源并网发电系统的存在，使电网停电区的部分线路仍维持带电状态，形成自给电力供应的孤岛。在孤岛状态下电力公司就失去对线路电压、频率的控制，进而会带来一系列的安全隐患及事故纠纷。

为此，需要对孤岛状态进行快速、有效的检测，以消除非计划孤岛运行可能产生的危害。

在检测单相或两相孤岛时，可通过向逆变器的输出电流注入无功电流以检测并网点的相位角变化来判断。但该方法并不能判断出三相孤岛状态。基于三相孤岛状态时，系统频率会发生偏移，可采用频率偏移方式来判断系统三相孤岛状态，但当系统发生单相、两相孤岛故障，系统频率不会发生偏移。然而，在实际三相并网逆变器中，系统可能发生单相、两相以及三相孤岛故障，系统只能判断出单相、两相孤岛或只能判断出三相孤岛对孤岛的检测是不够的。因此，需要开发一种能检测单相、两相和三相孤岛的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三相并网逆变器的孤岛检测方法及装置，以快速准确的检测出孤岛状态。

基于上述目的，本发明实施例提供了一种三相并网逆变器的孤岛检测方法，包括如下步骤：

a、向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-FN)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数;

b、分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角；

c、计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量；

d、计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流I_q1的变化量；

e、判断当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量是否满足第一个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相同，第二个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流I_q1的影响；若满足，则确定发生单相或两相孤岛；

f、计算并网点的三相电压频率情况，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值；

g、若超过，则确定为三相孤岛；若没有超过，则计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的I_q2。

优选的，所述方法还包括：

当确定发生单相或两相孤岛后，若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=1:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-1:1，则为单相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相；

若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=2:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-2:1，则为两相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相以外的其他两相。

优选的，，以所述当前半轴与所述上一半轴的每两相之间的相位角的变化量作为所述当前半轴所在的扰动周期的下一个扰动周期要注入的无功电流I_q1的正反馈。

优选的，，所述无功电流为所述逆变器的输出电流的1%。

优选的，，所述方法通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，以计算每两相之间的相位角。

本发明还提供了一种三相并网逆变器的孤岛检测装置，装置包括：

无功电流注入单元，用于向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-FN)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数；

相位角计算单元，用于分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角；

相位角变化量计算单元，用于计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量；

无功电流变化量计算单元，用于计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流I_q1的变化量；

孤岛判断单元，用于当判断到当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足第一个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相同，第二个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流I_q1的影响时，确定发生单相或两相孤岛；

三相电压频率计算单元，用于计算并网点的三相电压频率，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值；

所述孤岛判断单元，还用于三相电压频率超过预设的电压频率阀值时，确定为三相孤岛，三相电压频率没有超过预设的电压频率阀值时，计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的I_q2。

优选的，，所述孤岛判断单元用于，

当发生单相或两相孤岛后，在判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=1:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-1:1时，为单相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相；

在判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=2:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-2:1时，为两相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相以外的其他两相。

优选的，所述无功电流注入单元，用于以所述当前半轴与所述上一半轴的每两相之间的相位角的变化量作为所述当前半轴所在的扰动周期的下一个扰动周期要注入的无功电流I_q1的正反馈。

优选的，所述相位角计算单元用于通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，计算每两相之间的相位角。

优选的，

所述无功电流注入单元包括控制信号发送单元，用于向逆变器发送控制信号，实现给定信号在实际电流波形中的叠加

本发明的有益效果是：

本发明提供的方法通过周期性相位变化规律和频率扰动准确、有效地判断出是否发生孤岛，由于系统采用注入无功电流，该方式对系统输出电流谐波分量影响很小，并且在正常并网过程中，由于市电电网钳制作用，使得系统只有极小的无功变化。与当前技术相比，本发明注入无功电流降低主动式孤岛检测带来的电流畸变率，提高孤岛检测速度，并且完全能够满足系统孤岛检测的要求，采用周期性无功电流注入使得电能质量影响更小，同时周期性无功注入将有效解决系统所存在检测盲区问题；采用频率正反馈计算无功扰动电流注入使得电能质量影响更小，同时周期性无功注入将有效解决系统所存在检测盲区问题，并且在多个逆变器的实施场景下，各个逆变器可以相互独立，分别产生虚拟无功负载，由于无功扰动方向由检测到的电压频率决定，因此无功扰动方向与电压频率相关，避免了各个逆变器的无功扰动相互抵消，从而能更好实现多机并联孤岛状态识别。

附图说明

图1为本发明方法实施例流程图；

图2为一个周期内注入的无功电流示意图；

图3为未发生孤岛时RST三相电压电流相位图；

图4为T相孤岛时的电压电流相位图；

图5为无功扰动下，未发生孤岛时的电压电流相位图；

图6为无功扰动下，T相发生孤岛时的电压电流相位图；

图7为本发明装置实施例结构图；

图8为单相孤岛的实物试验波形图；

图9为两相孤岛的实物试验波形图；

图10为三相孤岛的实物试验波形图。

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做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。

为使本发明更加清楚，以下先对本发明的原理进行说明。

以三相并网逆变器中的某一相为例，假设此相公共耦合点电压为:

$V_g\left(t\right)=\sqrt{2}{V}_g*\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)---\left(1\right)$

其中V_g为电压有效值，ω为电压角频率。则逆变器输出电网电流可以表示为:

$i_g=\sqrt{2}{I}_p*\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)+\sqrt{2}{I}_q*\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)---\left(2\right)$

其中I_p为有功电流有效值，I_q为无功电流有效值，在逆变器并网运行时设定无功电流参考值I'_q为零。通过逆变器锁相环和功率控制环路的作用，逆变器输出的无功电流可以控制为零。此时逆变器的输出电流为:

$i_g=\sqrt{2}{I}_p*\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)---\left(3\right)$

此时，孤岛中负载的模值可以表示为:

$\left|\right|Z_{\mathrm{load}}\left|\right|=\left|\right|\frac{V_g}{I_p}\left|\right|=\frac{V_g}{I_p}---\left(4\right)$

其相角为零，所以该阻抗可以表示为:

$Z_{\mathrm{load}}=\frac{V_g}{I_p}---\left(5\right)$

此时，孤岛算法给逆变器的输出无功电流中叠加一个无功扰动，扰动幅度为:

I_q=Κ*I_p                                   （6）

加入扰动后，逆变器输出电流为:

$i_g=\sqrt{2}{I}_p*\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)+\sqrt{2}{I}_q*\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)=A\sqrt{2}{I}_p*\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\β})---\left(7\right)$

其中由于无功电流改变引起的给定电流幅值变化为:

$A=\sqrt{1+K^2}---\left(8\right)$

由于无功电流改变而引起的给定电流相位变化为:

$=\arcsin \left(\frac{K}{\sqrt{1+K^2}}\right)---\left(9\right)$

该电流作用于负载Z后，公共耦合点的电压为:

$V_g\left(t\right)=A\sqrt{2}{V}_g*\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\β})---\left(10\right)$

通过上述分析可见，改变注入逆变器的无功电流值时，其输出电流的相位有瞬变，当电网电压正常时PCC 点（common coupling;common coupled，公共耦合点）电压有电网电压嵌位作用，因此PCC点电压的幅值与相位保持不变，当电网处于断电的状态下时，即发生孤岛时，PCC点电压相位随跟随给定无功扰动改变而改变（此时电网的该相断开，因此该相的电压与电网电压没有关系）。通过加入无功电流扰动后检查PCC点电压相位的变化规律就可以确定是否发生孤岛。鉴于三相孤岛时，每两相之间的电压相位角的变化可能因三相电压相位均有变化而抵消，因此，上述方式只适用于单相、两相孤岛部分的检测。

本发明实施例一提供了一种三相并网逆变器的孤岛检测方法，以同时检测单相、两相和三相孤岛状态。

如图1所示，该方法包括如下步骤：

a、向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-FN)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数.

系统采用注入无功电流，该方式对系统输出电流谐波分量影响很小，并且在正常并网过程中，由于市电电网钳制作用，使得系统只有极小的无功变化。与当前技术中基于频率扰动方式相比，本发明注入无功电流降低主动式孤岛检测带来的电流畸变率，提高孤岛检测速度，并且完全能够满足系统孤岛检测的要求。

而且为进一步降低引入的无功电流对电网电能质量的影响，本发明中采用周期性的无功电流I_q1注入方式，并且将公共耦合点的电压相位角的变化量引入无功电流扰动的函数的正反馈中，生成下一周期要注入的无功电流，从而加快孤岛状态下电压频率的偏离，缩短孤岛的检测时间。

周期性并且通过正反馈的无功电流注入方式，可以将初始注入的无功电流限定的比较小，以保证系统的性能不受注入的无功电流的影响。

本发明中，无功电流为逆变器的输出电流的1%。

图2显示了一个扰动周期内注入的无功电流I_q1，在一个周期内，其正负半轴交替。

b、分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角。

具体的，可通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，以计算每两相之间的相位角。

c、计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量。

具体的该当前半轴与上一半轴可能处于同一个扰动周期，也可能分别处于两个扰动周期内。

d、计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流I_q1的变化量。

e、判断当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量是否满足第一个相位角的变化量大小与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相同，第二个相位角的变化量大小与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流的影响；若满足，则确定发生孤岛。

上述变化量是一个矢量，具有大小和方向两个属性。

f、计算并网点的三相电压频率情况，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值。

g、若超过，则确定为三相孤岛；若没有超过，则计算并网点处的三相电压频率的平均值F，然后根据公式I_q2=I_d*(F-F_N)*K计算对应的I_q2，将I_q2与I_q1注入逆变器的输出电流中。

上述步骤限定的顺序为本发明方法实施顺序的一种。但本发明还包括其用文字限制的其他顺序。比如步骤c、d的顺序可以互换，步骤f、g与步骤b-e可以同步进行等。

当判断到孤岛状态时，启动孤岛保护装置。

本发明中，具体的当至少判断到有一个当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足上述条件时，确定发生单相或两相孤岛。

为更加准确，可设置一数值，使得判断到有超过该数值的当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足上述条件时，确定发生单相或两相孤岛。

比如可以设置连续超过三次、六次或九次判断到当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足上述条件时，确定发生单相或两相孤岛。

本发明中可以是在连续三次判断到当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量时，以正反馈的方式计算将要注入的无功电流Iq1。

本发明具体实施例中，扰动周期为500ms，正负半个周期为250ms，若采用连续3次半个周期满足上述孤岛判断规律，放大孤岛扰动量，再次连续3次半个周期满足孤岛判断规律，再次放大孤岛扰动，判定孤岛故障的方式。则孤岛判定周期为250ms*3*3=2.25s，满足当前安全规范要求时间5s。

孤岛的发生可能为单相孤岛或两相孤岛，有时候需要确定是单相孤岛还是亮相孤岛，并确定发生孤岛的相。

经分析发现，在单相孤岛过程中，若无功电流Iq1变化量为△Iq，第一相位角的变化量为2arctan(Iq/Id)。在两相孤岛过程中，若无功电流Iq1变化量为△Iq，因为△Iq将作用于断开的两相，通过矢量分解可以得到，其第一相位角的变化量为2arctan(2Iq/Id)。因为Iq1远小于Id，因此arctan(2Iq/Id)可近似为2arctan(Iq/Id)，即在两相孤岛过程中，当无功电流Iq1变化量为△Iq，第一相位角的变化量近似为4arctan(Iq/Id)。其中△Iq无限近似于2arctan(Iq/Id)，因此当发生单相孤岛时，第一相位角的变化量：无功电流Iq1变化量近似为1，当发生两相孤岛时，第一相位角的变化量：无功电流Iq1变化量近似为2。为方便判断，此处的比值均取近似值。

因此为进一步确定孤岛状态，可在当确定发生孤岛后，若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流Iq1的变化量=1:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流Iq1的变化量=-1:1，则为单相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相。若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流Iq1的变化量=2:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流Iq1的变化量=-2:1，则为两相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相以外的其他两相。

图2-6显示了本发明中发生单相孤岛的一个具体应用场景。因为是单相孤岛，所以三相电压的频率无变化。此处只涉及电压相位的变化。

其中图2为一个扰动周期内注入到逆变器内的无功电流，其在一个周期内正负半轴交期，两半轴上的平均电流大小相等，方向相反。

图3中，RST表示电网电压情况，虚线RTSi表示并网电流情况，电压与电流之间相位差为θ，由于实际并网过程中，三相所接负载情况不同，因此相位差θ可以为正，也可以为负，同样也可以为0，在该处认为该值可以为任何情况，在正常情况下，电压电流相位差在系统允许范围内，该范围由产品安全规范决定。其中Ti1为周期给定扰动某个半轴最大值，Ti2为周期给定另外半轴最大值，为方便分析描述，假定Ti1为正半轴最大无功功率扰动情况下的实际电流情况，那么，Ti2为负半轴最大无功功率扰动情况下的实际电流情况，由于扰动量一致，平台情况不改变情况下，两者相对电压T的相位为大小相同，符号相反。

当系统发生孤岛状态，现在假定系统T相发生孤岛，系统发生谐振，T相电压将跟随实际并网电流而变化，得到图4所示的电压电流相位图，下面可以就上述相位图分析孤岛算法。

正常情况下三相电网电压中两相电压之间相位关系如图5所示。由于电网电压嵌位作用，所以θ_RS、θ_ST与θ_TR相位关系不会随无功扰动而改变，将保持电网电压两相之间相位关系。

当某相发生孤岛，假定T相发生孤岛，如图6所示，当无功扰动到Ti2时，计算得到θ_RS2、θ_ST2与θ_TR2相位关系，当无功扰动到Ti1时，计算得到θ_RS1、θ_ST1与θ_TR1相位关系，从上述可以看出，市电电压R、S不会因为无功扰动而发生相位变化，所以θ_RS2=θ_RS1，在孤岛相T发生无功扰动相位变化θ_ST2-θ_ST=θt，且θ_TR1-θ_TR=-θt；孤岛扰动上半周期θ_ST2-θ_ST=-θt，且θ_TR1-θ_TR=θt，假定孤岛算法计算周期在Ti2周期半轴，也就是说Ti1上周期半轴中，采用θ_RS’=θ_RS2-θ_RS1、θ_ST’=θ_ST2-θ_ST1与θ_TR’=θ_TR2-θ_TR1。从上述规律可以得到Ti2为当前半轴周期情况：

θ_RS’=0

θ_ST’=2θt

θ_TR’=-2θt

在下一时刻，将转移到Ti1为当前半轴周期情况：

θ_RS’=0

θ_ST’=-2θt

θ_TR’=2θt

从上面结果可以看出，无功电流给定扰动在不同半轴情况下，两相之间的相位差在不同周期半轴计算相位差变化情况将会出现扰动规律，其规律为：某θ’与无功扰动方向及其大小乘正比，另外一θ’与无功扰动方向成反比，与大小乘正比，还有一θ’不随无功扰动而变化，通过该规律来判读系统孤岛故障。对于两相孤岛故障分析原理与单相孤岛原理一致，只不过两相孤岛情况下，市电两相将会跟随无功功率扰动而变化。

图8、图9、图10分别为单相孤岛、两相孤岛和三相孤岛的实物试验波形图。

本发明提供的方法通过周期性相位变化规律和主动频率扰动准确、有效地判断出是否发生孤岛，由于系统采用注入无功电流，该方式对系统输出电流谐波分量影响很小，并且在正常并网过程中，由于市电电网钳制作用，使得系统只有极小的无功变化。与当前技术中基于频率扰动方式相比，本发明注入无功电流降低主动式孤岛检测带来的电流畸变率，提高孤岛检测速度，并且完全能够满足系统孤岛检测的要求，采用周期性无功电流注入使得电能质量影响更小，同时周期性无功注入将有效解决系统所存在检测盲区问题；采用主动频率正反馈计算无功扰动电流注入使得电能质量影响更小，同时周期性无功注入将有效解决系统所存在检测盲区问题，并且在多个逆变器的实施场景下，各个逆变器可以相互独立，分别产生虚拟无功负载，由于无功扰动方向由检测到的电压频率决定，因此无功扰动方向与电压频率相关，避免了各个逆变器的无功扰动相互抵消，从而能更好实现多机并联孤岛状态识别。

对应上述方法，本发明实施例还提供了一种三相并网逆变器的孤岛检测装置，参见图7，该装置具体包括：

无功电流注入单元，用于向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-F_N)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数；

具体的，无功电流注入单元，用于以当前半轴与上一半轴的每两相之间的相位角的变化量作为所述当前半轴所在的扰动周期的下一个扰动周期要注入的无功电流I_q1的正反馈。

无功电流注入单元11包括控制信号发送单元，用于向逆变器发送控制信号，实现给定信号在实际电流波形中的叠加。

相位角计算单元12，用于分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角。

相位角计算单元12可通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，计算每两相之间的相位角。

相位角变化量计算单元13，用于计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量。

无功电流变化量计算单元14，用于计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流I_q1的变化量。

孤岛判断单元15，用于当判断到当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足第一个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相同，第二个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流的影响时，确定发生孤岛。

三相电压频率计算单元16，用于计算并网点的三相电压频率，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值。

所述孤岛判断单元15，还用于三相电压频率超过预设的电压频率阀值时，确定为三相孤岛，三相电压频率没有超过预设的电压频率阀值时，计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的I_q2。

其中，孤岛判断单元15用于当发生单相或两相孤岛后，在判断到与所述无功电流I_q1的变化量成正比的相位角的变化量:所述无功电流I_q1的变化量=1:1，则为单相孤岛，并且孤岛相位为该两相共同拥有相，并用于当发生孤岛后，在判断到与所述无功电流I_q1的变化量成正比的相位角的变化量:所述无功电流I_q1的变化量=2:1，则为两相孤岛，并且孤岛相位为该两相共同拥有相的其他两相。

本发明装置具体可由数字信号处理器（DSP）组成，它具体由采样单元、电压调理电路来实现电网电压相位的检测，然后通过相位角计算单元计算每两相之间的相位角。

本发明的数字信号处理器还可以对采集的电压进行修正，控制PWM输出。

数字信号处理器实现本发明的基本思想是:由算法控制与检测逆变器输出来实现孤岛检测。在实施时，电网母线侧输出电压为交流，采样单元使用电压传感器器检测出电网母线侧的电压。由于使用的是DSP芯片，其片上自带的A/D转换器是单极性的，只能接收0～3.0V的电压信号，因此采集电压需要进行转换，这样才能和DSP相连接。在DSP中实现改善电能质量的光伏逆变器孤岛检测算法，同与光伏最大功率跟踪算法相结合来控制逆变器输出，实现孤岛检测。

本发明的装置和方法实施例相对应，相关部分可互相参考。

以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上仅为本发明的一个具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种三相并网逆变器的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a、向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-FN)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数;

b、分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角；

c、计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量；

d、计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流Iq1的变化量；

e、判断当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量是否满足第一个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相同，第二个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流I_q1的影响；若满足，则确定发生单相或两相孤岛；

f、计算并网点的三相电压频率情况，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值；

g、若超过，则确定为三相孤岛；若没有超过，则计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的I_q2。

2.如权利要求1所述的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

当确定发生单相或两相孤岛后，若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=1:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-1:1，则为单相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相；

若判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=2:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-2:1，则为两相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相以外的其他两相。

3.如权利要求1所述的孤岛检测方法，其特征在于，以所述当前半轴与所述上一半轴的每两相之间的相位角的变化量作为所述当前半轴所在的扰动周期的下一个扰动周期要注入的无功电流I_q1的正反馈。

4.如权利要求1所述的孤岛检测方法，其特征在于，所述无功电流为所述逆变器的输出电流的1%。

5.如权利要求1所述的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，以计算每两相之间的相位角。

6.一种三相并网逆变器的孤岛检测装置，其特征在于，所述装置包括：

无功电流注入单元，用于向逆变器的输出电流上注入无功电流；所述无功电流包括周期性的无功电流I_q1和I_q2，其中I_q2=I_d*(F-FN)*K,I_d为逆变器发出的有功电流分量，F为并网点所检测到三相电压频率的平均值，F_N为电网频率的额定值，K为比例系数；

相位角计算单元，用于分别滑动平均计算每个扰动周期的正半轴和负半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角；

相位角变化量计算单元，用于计算当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量；

无功电流变化量计算单元，用于计算所述当前半轴与所述上一半轴的无功电流I_q1的变化量；

孤岛判断单元，用于当判断到当前半轴与上一半轴的三相电网电压的每两相之间的相位角的变化量满足第一个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相同，第二个相位角的变化量与所述无功电流I_q1的变化量大小成正比且方向相反，第三个相位角的变化量不受所述无功电流I_q1的影响时，确定发生单相或两相孤岛；

三相电压频率计算单元，用于计算并网点的三相电压频率，判断三相电压频率是否超过预设的电压频率阀值；

所述孤岛判断单元，还用于三相电压频率超过预设的电压频率阀值时，确定为三相孤岛，三相电压频率没有超过预设的电压频率阀值时，计算并网点处的三相电压频率的平均值F，以计算对应的I_q2。

7.如权利要求6所述的孤岛检测装置，其特征在于，所述孤岛判断单元用于，

当发生单相或两相孤岛后，在判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=1:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-1:1时，为单相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相；

在判断到所述第一相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=2:1且所述第二相位角的变化量：所述无功电流I_q1的变化量=-2:1时，为两相孤岛，并且孤岛相位为所述第一相位角和所述第二相位角各自对应的两相的共同拥有相以外的其他两相。

8.如权利要求6所述的孤岛检测装置，其特征在于，所述无功电流注入单元，用于以所述当前半轴与所述上一半轴的每两相之间的相位角的变化量作为所述当前半轴所在的扰动周期的下一个扰动周期要注入的无功电流I_q1的正反馈。

9.如权利要求6所述的孤岛检测装置，其特征在于，所述相位角计算单元用于通过系统过零点中断，实现三相电网电压的每相电压的相位捕获，计算每两相之间的相位角。

10.如权利要求6所述的孤岛检测装置，其特征在于，

所述无功电流注入单元包括控制信号发送单元，用于向逆变器发送控制信号，实现给定信号在实际电流波形中的叠加。

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