CN104218603A - 分布式发电系统及其孤岛检测方法、装置、变流器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种孤岛检测方法，所述孤岛检测方法包括：控制投切模块关断,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的断开；控制投切模块闭合,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的连接；获取所述公共连接点处阻抗值；将阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。本申请还分别公开了一种孤岛检测装置、并网变流器和分布式发电系统，能快速准确的检测到孤岛效应的发生，基本消除检测盲区，避免增加谐波含量以及降低系统内并网设备的发电效率。

Description

分布式发电系统及其孤岛检测方法、装置、变流器

技术领域

本申请涉及并网发电技术领域，尤其涉及一种分布式发电系统以及应用到该分布式发电系统中的孤岛检测方法、装置、变流器。

背景技术

在现有的供电系统中，当电网因为故障等原因中断供电时，整个系统将与周围负载等形成一个与电网脱节的孤岛。如果供电系统中还存在并网变流器或者其他并网发电设备，就有可能导致设备的损坏并威胁到工作人员的人身安全，因此当孤岛状态发生时必须能够迅速检测。

传统的孤岛检测手段分为被动式和主动式两种。被动式检测主要是对供电系统中公共连接点（Point of Common Coupling，下文简称PCC）电压或频率的变化进行孤岛效应判断。利用电网断电时检测点电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应判断。但如果孤岛发生时系统内的并网发电设备输出功率与负载功率匹配，被动式检测方法将失去孤岛检测能力，因而存在较大的检测盲区。主动式孤岛检测方法是指向电网内注入某种干扰信号，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，这些扰动不会对检测端产生影响。一旦电网出现故障，这些扰动将快速累积并在检测端反应出来，从而可以判断孤岛状态。该方法检测精度高，检测盲区小，但是控制相对复杂。例如在并网发电设备中采用主动式的扰动电流注入法，导致变流器输出电流谐波含量增加，而且降低了系统内并网设备发电的效率。

发明内容

有鉴于此，本申请目的在于提供一种孤岛检测装置、变流器和分布式发电系统，能快速准确的检测到孤岛效应的发生，基本消除检测盲区，避免增加谐波含量以及降低系统内并网设备的发电效率。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种孤岛检测方法，所述孤岛检测方法包括：

控制投切模块关断,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的断开；

控制投切模块闭合,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的连接；

获取所述公共连接点处阻抗值；

将阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

进一步地，获取所述公共连接点处阻抗值包括：

获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

根据所述投切模块关断期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值、以及投切模块闭合期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值来计算公共连接点处阻抗值。

进一步地，获取所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值包括：

获取公共连接点处电压瞬时值；

对所述公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

对所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx分别进行周期平均来计算所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即 $\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vdx},$ $\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vqx},$ n为正整数。

进一步地，

所述投切模块关断期间至少为一个电网周期；

所述投切模块闭合期间至少为一个电网周期；

在投切模块关断期间的中间段获取所述投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

在投切模块闭合期间的中间段获取所述投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2。

进一步地，所述孤岛检测方法还包括：

获取公共连接点处电压基波幅值，并与设定电压范围进行比较，若所述公共连接点处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应；

和/或，

获取公共连接点处电压频率，并与设定频率范围进行比较；若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

本申请还提供了一种孤岛检测装置，所述孤岛检测装置包括：

由多个电容器组成的电容器模块；

投切模块，所述投切模块的一端与所述电容器模块相连、另一端与分布式发电系统的公共连接点相连；

控制模块，所述控制模块控制投切模块闭合和关断来实现电容器模块与公共连接点的连接与断开；

阻抗获取模块，用来获取公共连接点处阻抗值；

阻抗判断模块，用来将所述阻抗获取模块获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若所述阻抗获取模块获得的阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断孤岛效应发生。

进一步地，所述阻抗获取模块包括：

第一电压获取单元，用来获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

第二电压获取单元，用来获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

阻抗计算单元，用来根据所述第一电压获取单元获得的dq分量值和所述第二电压获取单元获得的dq分量值来计算公共连接点处阻抗值。

进一步地，所述孤岛检测装置还包括：

频率获取模块，用来获取公共连接点处电压频率；

电压判断模块和/或频率判断模块，所述电压判断模块用来将公共连接点处电压基波幅值与设定电压范围进行比较，若公共连接点处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应；所述频率判断模块用来将公共连接点处电压频率与设定频率范围进行比较，若所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应。

本申请还提供了一种并网变流器，所述并网变流器包括上述的孤岛检测装置。

本申请又提供了一种分布式发电系统，包括并网变流器、为并网变流器提供电源的输入源、连接在并网变流器输出侧与电网之间的并网开关、位于并网变流器与并网开关之间的公共连接点、以及连接在公共连接点处的负载，所述分布式发电系统还包括上述的孤岛检测装置，需要说明的是，所述孤岛检测装置即可以作为独立的装置，也可以集成在并网逆变器中。

从上述的技术方案可以看出，本申请通过在分布式发电系统的公共连接点处周期性地投切电容器模块，比较公共连接点处阻抗值与阻抗阈值的大小，若公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值，则判断发生孤岛效应。电网正常的情况下，公共连接点处阻抗等效于电网阻抗与系统内发电设备和负载的阻抗的并联，由于电网阻抗非常小，因此公共连接点处阻抗非常小；当电网故障、发生孤岛效应时，系统的阻抗等效于系统内发电设备和负载的阻抗，因此公共连接点处阻抗会显著增加；利用周期性地投切电容器模块引起的公共连接点处电压的变化计算公共连接点处阻抗，通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的孤岛检测方法实施例一流程图；

图2为本申请提供的孤岛检测方法实施例二流程图；

图3为本申请提供的孤岛检测方法实施例三流程图；

图4为本申请实施例提供的分布式发电系统等效电路示意图；

图5为本申请实施例提供的孤岛检测方法工作状态示意图；

图6为本申请提供的分布式发电系统实施例一结构图；

图7为本申请提供的分布式发电系统实施例二结构图；

图8为本申请提供的阻抗获取模块结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种孤岛检测方法、装置、变流器和分布式发电系统，能快速准确的检测到孤岛效应的发生，基本消除检测盲区，避免增加谐波含量以及降低系统内并网设备的发电效率。

请参见图1，为本申请提供的孤岛检测方法实施例一的示意图，所述孤岛检测方法包括：

S100：控制投切模块关断,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的断开；

S102：控制投切模块闭合,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的连接；

S104：获取所述公共连接点处阻抗值；

S106：将阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

需要说明的是，本申请实施例不限定S100和S102的执行顺序。

通过在分布式发电系统的公共连接点处投切电容器模块，比较公共连接点处阻抗值与阻抗阈值的大小，若公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值，则判断发生孤岛效应。电网正常的情况下，公共连接点处阻抗等效于电网阻抗与系统内发电设备和负载的阻抗的并联，由于电网阻抗非常小，因此公共连接点处阻抗非常小；当电网故障、发生孤岛效应时，系统的阻抗等效于系统内发电设备和负载的阻抗，因此公共连接点处阻抗会显著增加；通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

此外，通过设置预设时长，在阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应，消除了判断过程中的干扰，以免误判断。预设时长应小于各国或各地区技术标准或行业规范等规定的孤岛效应检测时间，可以根据实际情况灵活设定，满足要求即可，例如，标准规定2秒内检测出孤岛效应发生，那么预设时长可以为1.5秒。

需要说明的是，实际应用中，阻抗阈值的设定需要考虑分布式发电系统的现场架构，如系统内发电设备及负载至公共连接点处电缆的阻抗等。

请参见图2，为本申请提供的孤岛检测方法实施例二，S104获取公共连接点处阻抗值包括：

S114：获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

S124：获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

S134：根据所述投切模块关断期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值、以及投切模块闭合期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值来计算公共连接点处阻抗值。

利用周期性地投切电容器模块引起的公共连接点处电压的变化计算公共连接点处阻抗，通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

进一步地，请参见图3，为本申请提供的孤岛检测方法实施例三，获取公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq包括如下步骤：

S1141：获取公共连接点处电压瞬时值Va、Vb、Vc；

S1142：对所述公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

Clark变换计算公式见公式一：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right)$           （公式一）

Park变换计算公式见公式二：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{dx}}\\ V_{\mathrm{qx}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$             （公式二）

其中，θ为旋转角度。

S1143：对所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx分别进行周期平均来计算所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值Vd和Vq，n为正整数，即：

$\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vdx}$

$\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vqx}$                  （公式三）

需要说明的是，公共连接点220处电压瞬时值Va、Vb、Vc在公共连接点220处检测，当电网为三相系统时，公共连接点220处电压瞬时值Va、Vb、Vc即分别为A、B、C三相上电压（请参见图4），可以通过电压传感器等电压测量工具来获得，将Va、Vb、Vc代入公式一，经过clark变换得到两相静止坐标系下分量V_α、V_β，再经过park变换得到三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；当电网为单相系统（图中未示出）时，将单相系统公共连接点处电压及其滞后90°的电压代入公式二，经过park变换得到三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx。

公式二中θ=∫ωdt+θ₀，ω为电网角频率，ω=2πf，频率f的获取可以通过微处理器的捕获模块单元对公共连接点处电压过零点捕获得到或者通过锁相环计算得到，θ₀为初始给定相角。

公式三表明：公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq是通过对旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx进行周期平均得到的，由于实际电网中通常含有大量的低次谐波和少量的高次谐波，使得公共连接点处的电压也含有大量低次谐波和少量的高次谐波分量，为了保证利用电网故障前后公共连接点处电压的变化来判断孤岛效应的准确性，本申请采用了均值滤波的数字滤波方式，首先对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换，变换后电网基波分量变换为直流分量，谐波分量变换为K-1次正弦分量，其中K为谐波次数。将Vdx和Vqx进行周期平均，即可滤除电压中的绝大部分的低次和高次谐波。

进一步地，所述投切模块关断期间至少为一个电网周期；所述投切模块闭合期间至少为一个电网周期；在投切模块关断期间的中间段获取所述投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；在投切模块闭合期间的中间段获取所述投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2。

利用投切电容器模块270引起的公共连接点220处电压的变化计算公共连接点220处阻抗，在电网仅含有基波的情况下比较精确，但是实际电网中通常含有大量的低次和高次谐波，使得公共连接点处电压包含大量的谐波分量，从而影响阻抗计算的准确性，因此必须要将其滤除。传统的低通滤波器低频增益较高而高频增益较低，对于高次谐波的滤除效果较好而低次谐波滤除效果较差，考虑到实际电网中低次谐波含量远高于高次谐波，采用低通滤波器的效果并不理想。为了达到更好的滤波效果，这里采用一种均值滤波的数字滤波方式，首先对检测电压进行clark和park变换，变换之后电压基波矢量分量变换为直流分量，谐波分量变换为N-1次正弦分量，其中N为谐波次数。如果将计算值Vdx，Vqx进行周期平均，即可完美滤除电压中的谐波。实际中，当电网正常、投切模块260导通时，电网向电容器模块270里的电容进行充电，投切模块260关断时电容器模块270里电容的电压会逐渐衰减，当投切模块260再次导通时又会对电容进行新一轮充电，因此在开关过程中系统需要一定的时间才能达到稳态，如果在系统动态振荡的过程中进行采样计算则会影响计算的精度。为避免系统动态振荡影响计算精度，本申请实施例中投切装置的闭合期间和关断期间至少各位一个电网周期。

本申请实施例以投切装置的闭合期间、关断期间各为两个电网周期为例，来阐述公共连接点处阻抗值的计算过程。

请参见图5，投切装置的关断期间为Toff，闭合期间为Ton，均为两个电网周期；一个关断期间和一个闭合期间构成一个检测周期T，每个检测周期T计算一次阻抗值。

需要说明的是，检测周期T的起始点可以任意设置，本申请实施例中检测周期T的起始点为A相电压峰值。

进一步地，关断期间T0ff的中间段设置第一采样周期T1，闭合期间Ton的中间段设置第二采样周期T2；

在第一采样周期T1内获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

在第二采样周期T2内获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

第一采样周期T1、第二采样周期T2分别设置在关断期间T0ff、闭合期间Ton的中间段，即，本申请实施例中采样时间（即第一采样周期T1和第二采样周期T2）与开关切换时间（关断期间T0ff和闭合期间Ton）的起始点和终止点岔开，以避开系统的动态调节过程。

为了清楚阐述，请参见图4所示的分布式发电系统的等效电路图，将公共连接点220之外的电路进行戴维宁等效后得到分布式发电系统等效电路30，其包括串联连接的等效电压源310、等效阻抗320、公共连接点220、投切模块260和电容器模块270。

其中等效电压源310的电压基波为三相正弦电压，其在旋转dq坐标系下的电压基波矢量为V为等效电压源310的电压基波幅值，θ₀为初始给定相角（等效电压源310的电压基波矢量与给定dq旋转坐标系之间夹角）；

等效阻抗320包括串联连接的等效电阻R和等效感抗L，其向量形式为其中阻抗值阻抗角等效阻抗320的阻抗值Z远小于电容器模块270的容抗值。

当投切模块260关断时，电容器模块270未与公共连接点220连接，等效电路30中电流为零，公共连接点220处的电压基波矢量等于等效电压源310的电压基波矢量，即为

请结合参见图5，在第一采样周期T1内即在投切模块260关断时，公共连接点220处的电压基波矢量在旋转dq坐标系下d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1为：

$V_{d1}+j{V}_{q1}={\mathrm{Ve}}^{{\mathrm{j\θ}}_0}$        （公式四）

其中，

$V=\sqrt{V_{d1}^2+V_{q1}^2}$           （公式五）

当投切模块260闭合时，电容器模块270与公共连接点220连接，等效电路30中电流矢量近似为等效阻抗320上的压降矢量为公共连接点220处电压基波矢量为等效电压源310的电压基波矢量与等效阻抗320上的压降矢量之差

请结合参见图5，在第二采样周期T2内，即投切模块260闭合时，公共连接点220处电压基波矢量在旋转dq坐标系下d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2为：

$V_{d2}+{\mathrm{jV}}_{q2}={\mathrm{Ve}}^{{\mathrm{j\θ}}_0}-\frac{\mathrm{VZ}}{C}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\π}/2+\mathrm{\α}}$        （公式六）

其中，C为电容器模块的容值。

将公式四与公式六相减，且由于R=Zcosα,L=Zsinα，可以得到公式七：

$(V_{d1}-V_{d2})+j(V_{q1}-V_{q2})=\frac{\mathrm{VZ}}{C}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_0+\mathrm{\π}/2+\mathrm{\α}}$

$=\frac{\mathrm{VZ}}{C}\cos ({\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\π}/2+\mathrm{\α})+j\frac{\mathrm{VZ}}{C}\sin ({\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\π}/2+\mathrm{\α})$

$=-\frac{\mathrm{VZ}}{C}\sin ({\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\α})+j\frac{\mathrm{VZ}}{C}\cos ({\mathrm{\θ}}_0+\mathrm{\α})$

$=-\frac{\mathrm{VZ}}{C}(\sin {\mathrm{\θ}}_0\cos \mathrm{\α}+\cos {\mathrm{\θ}}_0\sin \mathrm{\α})+j\frac{\mathrm{VZ}}{C}(\cos {\mathrm{\θ}}_0\cos \mathrm{\α}-\sin {\mathrm{\θ}}_0\sin \mathrm{\α})$

$=-(\frac{\mathrm{VR}}{C}\sin {\mathrm{\θ}}_0+\frac{\mathrm{VL}}{C}\cos {\mathrm{\θ}}_0)+j(\frac{\mathrm{VR}}{C}\cos {\mathrm{\θ}}_0-\frac{\mathrm{VL}}{C}\sin {\mathrm{\θ}}_0)$        （公式七）

公式七左右两边实部和虚部应对应相等，因此可以得到公式八：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{d1}-V_{d2}\\ V_{q1}-V_{q2}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}-\frac{V}{C}\sin {\mathrm{\θ}}_0& -\frac{V}{C}\cos {\mathrm{\θ}}_0\\ \frac{V}{C}\cos {\mathrm{\θ}}_0& -\frac{V}{C}\sin {\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}R\\ L\end{array}\right)$         （公式八）

由公式八可得，

$\left(\begin{array}{c}R\\ L\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}-\frac{C}{V}\sin {\mathrm{\θ}}_0& \frac{C}{V}\cos {\mathrm{\θ}}_0\\ -\frac{C}{V}\cos {\mathrm{\θ}}_0& -\frac{C}{V}\sin {\mathrm{\θ}}_0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_{d1}-V_{d2}\\ V_{q1}-V_{q2}\end{array}\right)$          （公式九）

将公式五代入公式九可以得到等效阻抗320的等效电阻R和等效电感L的计算公式：

                                            （公式十）

通过在分布式发电系统的公共连接点处周期性地投切电容器模块，比较公共连接点处阻抗值与阻抗阈值的大小，若公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值，则判断发生孤岛效应。电网正常的情况下，公共连接点处阻抗等效于电网阻抗与系统内发电设备和负载的阻抗的并联，由于电网阻抗非常小，因此公共连接点处阻抗非常小；当电网故障、发生孤岛效应时，系统的阻抗等效于系统内发电设备和负载的阻抗，因此公共连接点处阻抗会显著增加；

利用周期性地投切电容器模块引起的公共连接点处电压的变化计算公共连接点处阻抗，通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

相比于上述实施例，本申请提供的孤岛检测方法实施例四还包括如下步骤：

S107：获取公共连接点处电压基波幅值，并与设定电压范围进行比较，若所述公共连接点处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应；

和/或，

S108：获取公共连接点处电压频率，并与设定频率范围进行比较；若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

根据S1143获得的公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，利用公式得到公共连接点处电压基波幅值V。

可以看出，采用本申请提供的方案，公共连接点处的阻抗、电压基波矢量幅值、电压频率中只要有一个超出阈值，即可判断发生孤岛效应。

此外，通过对公共连接点处电压瞬时值进行clark和park变换得到旋转dq坐标系下的分量Vdx和Vqx，并将Vdx和Vqx进行周期平均，得到公共连接点处电压基波矢量分量值Vd和Vq，最终获得公共连接点处电压基波幅值V，利用公共连接点处电压基波幅值作为判据，消除了公共连接点处电压中的谐波分量，避免了公共连接点处电压整数次谐波对孤岛效应的判断造成的干扰，从而能够快速、准确的判断孤岛效应的发生。

本申请还提供了分布式发电系统的实施例，请参见图6，为本申请提供的分布式发电系统实施例一。分布式发电系统10包括并网变流器240、为并网变流器提供电能的输入源250、连接在并网变流器输出侧与电网之间的并网开关210、位于并网变流器240与并网开关210之间的公共连接点220、连接在公共连接点220处的负载（图中未示出）；负载既包括实际的耗能负荷，也包括其他的并网变流器或者其他并网发电设备（图中未示出）。当电网因为故障等原因中断供电时，并网开关210会断开，输入源250、并网变流器240、负载就有可能构成一个与电网脱节的孤岛。如果供电系统中还存在并网变流器或者其他并网发电设备，就有可能导致设备的损坏并威胁到工作人员的人身安全，因此当孤岛状态发生时必须能够迅速检测。

为解决上述问题，分布式发电系统10还包括孤岛检测装置100，所述孤岛检测装置100用来获取公共连接点220处阻抗值并将其与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断孤岛效应发生。

所述孤岛检测装置100包括：

由多个电容器组成的电容器模块270；

投切模块260，所述投切模块260的一端与所述电容器模块270相连、另一端与分布式发电系统的公共连接点220相连，所述投切模块260闭合时，所述电容器模块270与所述公共连接点220相连；所述投切模块260关断时，所述电容器模块270与所述公共连接点220断开；

控制模块280，所述控制模块280控制投切模块260闭合和关断来实现电容器模块270与公共连接点220的连接与断开；

阻抗获取模块290，用来获取公共连接点220处阻抗值；

阻抗判断模块292，用来将所述阻抗获取模块290获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若所述阻抗获取模块290获得的阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断孤岛效应发生。

需要说明的是，本申请实施例中所述的投切模块可以为继电器或开关管或接触器或断路器。

通过在分布式发电系统的公共连接点处投切电容器模块，比较公共连接点处阻抗值与阻抗阈值的大小，若公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值，则判断发生孤岛效应。电网正常的情况下，公共连接点处阻抗等效于电网阻抗与系统内发电设备和负载的阻抗的并联，由于电网阻抗非常小，因此公共连接点处阻抗非常小；当电网故障、发生孤岛效应时，公共连接点处的阻抗等效于系统内发电设备和负载的阻抗，因此公共连接点处阻抗值会显著增加；通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，同时避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

此外，通过设置预设时长，在公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应，消除了判断过程中的干扰，以免误判断。预设时长一般应小于各国或各地区技术标准或行业规范等规定的孤岛效应检测时间，可以根据实际情况灵活设定，满足要求即可，例如，标准规定2秒内检测出孤岛效应发生，那么预设时长可以为1.5秒。

请参见图7，为本申请提供的分布式发电系统实施例二，相对于实施例一，分布式发电系统20中的孤岛检测装置300还包括：

频率获取模块294，用来获取公共连接点处电压频率；

以及电压判断模块296和/或频率判断模块298，所述电压判断模块296用来将公共连接点处电压基波幅值与设定电压范围进行比较，若公共连接点220处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应；所述频率判断模块298用来将公共连接点220处电压频率与设定频率范围进行比较，若所述公共连接点220处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应。

可以看出，采用本申请实施例提供的方案，公共连接点220处的阻抗值、电压基波矢量幅值、电压频率中任一个超出阈值，即可判断发生孤岛效应，准确性更高，实现简单，并且不会增加成本。

进一步地，请参见图8，分布式发电系统实施例一和二中的阻抗获取模块290包括：

第一电压获取单元2902，用来获取投切模块260关断期间公共连接点220处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

第二电压获取单元2904，用来获取投切模块260闭合期间公共连接点220处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

阻抗计算单元2906，用来根据所述第一电压获取单元2902获得的dq分量值Vd1和Vq1、以及所述第二电压获取单元2904获得的dq分量值Vd2和Vq2来计算公共连接点220处阻抗值。

需要说明的是，获取投切模块260关断期间和闭合期间所述公共连接点220处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值的方法以及计算阻抗值的过程请参见孤岛检测方法实施例。

本申请提供的孤岛检测装置实施例请对应参见分布式发电系统实施例。

本申请还提供了一种并网变流器，包括上述实施例所述的孤岛检测装置。

可以理解的是，在分布式发电系统中，孤岛检测装置既可以作为单独的装置，也可以作为并网变流器的一部分，集成在并网变流器中。

通过在分布式发电系统的公共连接点处周期性地投切电容器模块，比较公共连接点处阻抗值与阻抗阈值的大小，若公共连接点处阻抗值大于阻抗阈值，则判断发生孤岛效应。电网正常的情况下，公共连接点处阻抗等效于电网阻抗与系统内发电设备和负载的阻抗的并联，由于电网阻抗非常小，因此公共连接点处阻抗非常小；当电网故障、发生孤岛效应时，系统的阻抗等效于系统内发电设备和负载的阻抗，因此公共连接点处阻抗会显著增加；利用周期性地投切电容器模块引起的公共连接点处电压的变化计算公共连接点处阻抗，通过将获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值，即可快速准确判断出孤岛效应的发生；克服了被动式检测方案存在较大检测盲区的缺陷，避免了谐波含量的增加以及系统内并网设备发电效率的降低。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，所述程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种孤岛检测方法，其特征在于，所述孤岛检测方法包括：

控制投切模块关断,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的断开；

控制投切模块闭合,以实现由多个电容器组成的电容器模块与分布式发电系统的公共连接点的连接；

获取所述公共连接点处阻抗值；

将阻抗值与阻抗阈值进行比较，若阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

2.根据权利要求1所述的孤岛检测方法，其特征在于，获取所述公共连接点处阻抗值包括：

获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

根据所述投切模块关断期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值、以及投切模块闭合期间获得的公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值来计算公共连接点处阻抗值。

3.根据权利要求2所述的孤岛检测方法，其特征在于，获取所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值包括：

获取公共连接点处电压瞬时值；

对所述公共连接点处电压瞬时值进行clark变换和park变换得到旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx；

对所述旋转dq坐标系下三相合成电压矢量的分量Vdx和Vqx分别进行周期平均来计算所述公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即 $\mathrm{Vd}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vdx},$ $\mathrm{Vq}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n\mathrm{Vqx},$ n为正整数。

4.根据权利要求2或3所述的孤岛检测方法，其特征在于，

所述投切模块关断期间至少为一个电网周期；

所述投切模块闭合期间至少为一个电网周期；

在投切模块关断期间的中间段获取所述投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

在投切模块闭合期间的中间段获取所述投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2。

5.根据权利要求4所述的孤岛检测方法，其特征在于，所述孤岛检测方法还包括：

获取公共连接点处电压基波幅值，并与设定电压范围进行比较，若所述公共连接点处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应；

和/或，

获取公共连接点处电压频率，并与设定频率范围进行比较；若所述公共连接点处电压频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长，则判断发生孤岛效应。

6.一种孤岛检测装置，其特征在于，所述孤岛检测装置包括：

由多个电容器组成的电容器模块；

投切模块，所述投切模块的一端与所述电容器模块相连、另一端与分布式发电系统的公共连接点相连；

控制模块，所述控制模块控制投切模块闭合和关断来实现电容器模块与公共连接点的连接与断开；

阻抗获取模块，用来获取公共连接点处阻抗值；

阻抗判断模块，用来将所述阻抗获取模块获得的阻抗值与阻抗阈值进行比较，若所述阻抗获取模块获得的阻抗值大于阻抗阈值且持续时间超过预设时长，则判断孤岛效应发生。

7.根据权利要求6所述的孤岛检测装置，其特征在于，所述阻抗获取模块包括：

第一电压获取单元，用来获取投切模块关断期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd1和q轴分量值Vq1；

第二电压获取单元，用来获取投切模块闭合期间公共连接点处电压基波矢量在旋转dq坐标系下dq分量值，即d轴分量值Vd2和q轴分量值Vq2；

阻抗计算单元，用来根据所述第一电压获取单元获得的dq分量值和所述第二电压获取单元获得的dq分量值来计算公共连接点处阻抗值。

8.根据权利要求6或7所述的孤岛检测装置，其特征在于，所述孤岛检测装置还包括：

频率获取模块，用来获取公共连接点处电压频率；

电压判断模块和/或频率判断模块，所述电压判断模块用来将公共连接点处电压基波幅值与设定电压范围进行比较，若公共连接点处电压基波幅值超出设定电压范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应；所述频率判断模块用来将公共连接点处电压频率与设定频率范围进行比较，若所述公共连接点处电压的频率超出设定频率范围且持续时间超过预设时长时判断发生孤岛效应。

9.一种并网变流器，其特征在于，所述并网变流器包括权利要求6至8中任一项所述的孤岛检测装置。

10.一种分布式发电系统，包括并网变流器、为并网变流器提供电源的输入源、连接在并网变流器输出侧与电网之间的并网开关、位于并网变流器与并网开关之间的公共连接点、以及连接在公共连接点处的负载，其特征在于，所述分布式发电系统包括权利要求6至8中任一项所述的孤岛检测装置，或者，所述并网逆变器为权利要求911所述的并网变流器。