CN104111406A - 一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法与装置，包括：初步判断步骤：检测电网参数，初步判断是否进入孤岛状态；扰动步骤：若进入孤岛状态，则锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节；再次判断步骤：再次检测电网参数，判断是否真正发生孤岛效应。本发明将被动式孤岛检测与主动式孤岛检测相结合，能够减小逆变器检测盲区，能准确、快速地检测到孤岛现象的发生；而且方法本身不存在人为的频率、相位等扰动，也不向电网引入谐波，降低了孤岛检测算法对逆变器输出电流总谐波含有量影响。

Description

一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法与装置

技术领域

本发明涉及一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法与装置。

背景技术

随着全球资源环境的压力不断增大，节能减排、资源节约已经成为世界经济发展的趋势，以发展绿色经济和强化节能减排为重点，加快建设资源节约型、环境友好型社会”的目标上。电能作为一种广泛使用的能源，其应用己深入到工业生产、社会和人民生活的方方面面。目前以新能源组成的发电系统以风力、太阳能并网发电为代表；若此配网中存在着并网式发电系统，则分布式电源会继续向与电网断开的配网供电，此种现象为"孤岛效应"，孤岛运行会给电网、用户、人身安全带来极大危害。

孤岛检测方法，主要分为被动式检测和主动式检测方法。

被动式检测方法检测逆变器与电网间的公共点处电压的异常现象(如过/欠压、过/欠频)，容易漏检。主动式检测，如扰动检测，通过人为增加扰动，能够克服检测盲区，但是由于人为的扰动，会增加系统谐波，影响电能质量。

孤岛检测方法的发展方向是如何减小检测盲区，并且降低对电能质量的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法与装置，能够减小检测盲区，并且同时最大限度的降低对电能质量的影响。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法，步骤如下：

1)初步判断步骤：检测电网参数，初步判断是否进入孤岛状态；

2)扰动步骤：若进入孤岛状态，则锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节；

3)再次判断步骤：再次检测电网参数，判断是否真正发生孤岛效应。

步骤1)、3)中所述电网参数包括电网频率、相位、电压。

步骤1)中通过锁相环检测电网频率，若电网频率超出设定阈值，则判断进入孤岛状态；步骤3)中判断电网频率或相位若超出保护限值，则判断发生孤岛效应。

一种基于频率反馈扰动的孤岛检测装置，模块如下：

1)初步判断模块：检测电网参数，初步判断是否进入孤岛状态；

2)扰动模块：若进入孤岛状态，则锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节；

3)再次判断模块：再次检测电网参数，判断是否真正发生孤岛效应。

模块1)、3)中所述电网参数包括电网频率、相位、电压。

模块1)中通过锁相环检测电网频率，若电网频率超出设定阈值，则判断进入孤岛状态；模块3)中判断电网频率或相位若超出保护限值，则判断发生孤岛效应。

本发明将被动式孤岛检测与主动式孤岛检测相结合，能够减小逆变器检测盲区，很好地解决了负载性质与斩波率极性对孤岛检测时间的影响,能准确、快速地检测到孤岛现象的发生，缩短孤岛检测的时间；而且方法本身不存在人为的频率、相位等扰动，也不向电网引入谐波，降低了孤岛检测算法对逆变器输出电流总谐波含有量影响。该方法适合多台逆变器并联运行时孤岛检测。

附图说明

图1是实施例的基于旋转变换的光伏逆变器正常运行状态控制框图；

图2是实施例的基于旋转变换的光伏逆变器在孤岛检测状态控制框图；

图3是实施例的逆变器控制方式切换流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明的方法适用于逆变器接口并网系统，具体的，如图1给出了一种基于旋转变换的光伏逆变器控制框图，以此系统为实施例对本发明进行具体介绍。

该系统光伏PV阵列通过三相全桥逆变器输出连接到并网点。i_1a，i_1b，i_1c为逆变器输出端三相电流；e_a、e_b、e_c为网侧电压，用于输入到PLL锁相环输出相位θ，用于i_1a，i_1b，i_1c三相电流的三相坐标系到两相静止坐标系旋转变换，实现有功电流与无功电流的独立控制，最终输出S_a、S_b、S_c调制波用于逆变器各桥臂触发控制。无功电流控制环节中，无功电流输入参考值i_q ^*+为零。图中涉及的其他结构功能不再赘述。

孤岛检测的方法包括步骤如下：

1)首先，检测电网频率，判断其与标准电网频率(50Hz)的频率差是否超过设定阈值(如图3孤岛检测值)。该步骤属于被动式孤岛检测，目的是对是否进入孤岛状态进行初步判断，如果初步判断进入了孤岛状态，则如图2、图3，孤岛检测算法使能，进行步骤2)的孤岛检测以确认是否发生真正发生孤岛。初步判断不需要十分精确，可以适当选取孤岛检测值以保证盲区检测。

2)锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节。该步骤属于主动式孤岛检测的步骤，频率差通过PI控制器作为一种扰动输入到无功电流控制环节，如果真正发生孤岛，由于PI控制器对直流量具有无穷大增益，频率差通过PI控制器将不断的累加，最终达到所需要的扰动无功电流值；如果并没有真正发生孤岛，即电网掉电或故障，则由于电网的硬特性，扰动不足以改变逆变器输出。

3)再次检测电网频率是否超出保护限值，判断是否发生孤岛效应。

步骤1)、步骤3)中通过检测电网频率进行判断，做为其他实施方式，也可以采用其它电气参数，如电压、相位等被动式检测常用的参数。

以上过程中的一些细节：通过公式(1)将三相电流经实现三相旋转坐标系到两相静止坐标系旋转变换，实现有功电流与无功电流的独立控制；

$\left[\begin{array}{c}d\\ q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)& -\frac{\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}-\frac{\sqrt{3}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}& -\frac{\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}+\frac{\sqrt{3}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}\\ \cos \left(\mathrm{\ωt}\right)& \frac{\sqrt{3}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}-\frac{\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}& -\frac{\sqrt{3}\sin \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}-\frac{\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right]---\left(1\right)$

$Q_f(1-\left(\frac{f}{f_{\min }}\right))\≤\frac{\mathrm{\ΔQ}}{P}\≤Q_f(1-\left(\frac{f}{f_{\max }}\right))---\left(2\right)$

公式(2)中，Q_f为品质因数，ΔQ为逆变器输出无功功率，f为频率，f_min、f_max为频率最小值，频率最大值，P为有功功率。变器输出无功功率ΔQ不满足公式(2)表示，频率偏差的PI控制器校正环输出作为无功功率给定，使得在孤岛状态下逆变器输出的无功与本地负载所消耗的功率不匹配，造成电网幅值、相位偏离标准要求保护限值，从而实现电网孤岛效应的快速检测。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法，其特征在于，步骤如下：

1)初步判断步骤：检测电网参数，初步判断是否进入孤岛状态；

2)扰动步骤：若进入孤岛状态，则锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节；

3)再次判断步骤：再次检测电网参数，判断是否真正发生孤岛效应。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法，其特征在于，步骤1)、3)中所述电网参数包括电网频率、相位、电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于频率反馈扰动的孤岛检测方法，其特征在于，步骤1)中通过锁相环检测电网频率，若电网频率超出设定阈值，则判断进入孤岛状态；步骤3)中判断电网频率或相位若超出保护限值，则判断发生孤岛效应。

4.一种基于频率反馈扰动的孤岛检测装置，其特征在于，模块如下：

1)初步判断模块：检测电网参数，初步判断是否进入孤岛状态；

2)扰动模块：若进入孤岛状态，则锁相环输出的频率与电网频率的频率差通过PI控制器进行调节，作为无功电流输入参考值i_q ^*+输出到无功电流控制环节；

3)再次判断模块：再次检测电网参数，判断是否真正发生孤岛效应。

5.根据权利要求4所述的一种基于频率反馈扰动的孤岛检测装置，其特征在于，模块1)、3)中所述电网参数包括电网频率、相位、电压。

6.根据权利要求5所述的一种基于频率反馈扰动的孤岛检测装置，其特征在于，模块1)中通过锁相环检测电网频率，若电网频率超出设定阈值，则判断进入孤岛状态；模块3)中判断电网频率或相位若超出保护限值，则判断发生孤岛效应。