CN104242350A - 基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法 - Google Patents

基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法 Download PDF

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Abstract

一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，涉及光伏并网发电系统，尤其是一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法。其特征在于该方法基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件均配置一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具有电力载波通信功能，防孤岛方法采用群控同步技术，通过检测、扰动、监测后启动防孤岛保护。本发明采用以被动式防孤岛监测为主、主动扰动为辅的方式，采用量变引起质变的方式解决微型并网逆变器单台容量过小，独自扰动防孤岛在电网系统中力量过小带来的扰动失效问题，监测基于微型并网逆变器原有设备，无需增加硬件。

Description

基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法
技术领域
本发明涉及光伏并网发电系统，尤其是一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法。
背景技术
随着光伏并网发电技术的广泛应用，光伏并网逆变器的防孤岛技术得到了越来越高的关注。传统防孤岛技术主要监测单个电源容量大的光伏电站系统，光伏电站系统直接接入电网的逆变设备容量较大、数量较少，随着逆变设备容量较小、数量较多的分布式光伏发电数量的快速增加，光伏并网逆变器的防孤岛技术有了更为严格的技术要求。
光伏并网逆变器的孤岛效应检测方式一般分为主动式和被动式。被动式是监测电网的实时电压、频率、相位、谐波等指标的变化以判断电网的故障情况，适时启动防孤岛保护。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域Non-Detection Zone，简称NDZ，并网逆变器的被动式防孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，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，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区域小，但是控制较复杂，且会降低区域内电网母线的电能质量。而在使用微型并网逆变器的系统内，由于单台逆变器的功率非常小，其在系统内独自扰动产生的力度非常微薄，此种检测方式应用于微型并网逆变器系统内将带来巨大盲区。目前主动式孤岛检测方法以主动频率偏移法、滑模频率偏移法、无功功率扰动法、有功功率扰动法、谐波扰动法等为主。
传统并网光伏电站中，大型地面电站主要使用MW级并网逆变器，电站直接并网接入35KV以上电压等级大电网系统中，电站内部和周围基本无负荷，电网和周围运行中的负荷干扰很小，采用目前成熟的主动式和被动式防孤岛技术中的某种或几种方式结合即可满足光伏电站的使用要求；建筑屋顶安装的分布式光伏发电系统和上百千瓦的光伏系统多采用中大型并网逆变器，容量较小的光伏系统基本使用组串式并网逆变器，这几种光伏发电系统在同一电网区域内光伏装机容量相对电网容量占比较小，目前成熟防孤岛技术可以保证光伏系统的安全有效运行。
随着人们对效率提升探索途径的不断扩大，微型并网逆变器因其解决了方阵内光伏组件组合带来的发电效率损失问题，该设备作为光伏发电系统的一个应用分支，其市场份额也在不断扩大。对于小容量光伏系统，在同一电网区域内很好解决防孤岛效应，但若在大容量光伏系统中使用分布式微型并网逆变器进行光伏发电，由于逆变器数量较多，仅采用被动式防孤岛技术存在安全隐患。若采用传统主动式防孤岛技术，当电网电能质量较差，而又持续运行时，大量的逆变器不同步地扰动信号必然加重电网电能质量的进一步恶化，甚至影响当地负荷的正常用电。并且由于单台逆变器容量较小，当不同步扰动步径过长时，其扰动作用非常有限。基于以上因素，提出了群控扰动策略的防孤岛技术。
发明内容
本发明所要解决的就是现有微型并网逆变器数量多，单独使用被动式防孤岛技术存在安全隐患，主动式防孤岛技术扰动作用有限的问题，提供一种采用群控扰动的方式，防止微型并网逆变器产生孤岛效应的基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法。
本发明是基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，其特征在于该方法基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数百块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件均配置一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具有电力载波通信技术功能，该防孤岛方法采用群控同步技术通过以下步骤实现：
1）、检测：每台微型并网逆变器对电网进行被动式防孤岛检测，实时检测电网中电能的质量：电压、频率等；
2）、扰动：上述步骤1）中，当检测到母线上任一点出现异常导致电压、频率和谐波幅值超过固定数值，该点的微型并网逆变器通过电力载波通信技术发出降低有功功率输出的信号给通信区域内的其他微型并网逆变器，所有微型并网逆变器降低有功功率输出，使得整个光伏系统同步降低整体有功功率输出，达到主动扰动的目的；
3）、监测：实施监测母线的电能质量，持续一段时间，将结果反馈至微型并网逆变器孤岛监测单元；
4）、启动：上述步骤3）中，当监测母线的电压、频率超出逆变器孤岛保护的控制范围，则启动防孤岛保护；
5）、在上述步骤1）和3）中，当检测、监测的母线电能质量符合运行要求，则并网光伏发电系统正常运行。
所述的步骤3）中，监测母线电能质量，持续时间为20ms，即一个市电周期。
该方法的原理在于：电网的电压、频率等指标的动态稳定是基于电源功率和负荷功率的动态平衡，只有电源功率和负荷功率动态在线基本一致时，其各项指标才能保证稳定。当电源功率和负荷功率出现失衡时，电网电压、频率等指标必然出现波动。通过群控技术，统一区域内微型并网逆变器的扰动步径，才能够真实、快速、准确地判断电网的异常状况。 
本发明的实现是基于传统技术微型并网逆变器的硬件构件，以原微型并网逆变器上具有的防孤岛技术，通过电力载波通信技术，在软件程序控制过程中，让同一通信区域内的微型并网逆变器能够实现相互发送和接收信号的通信互动，以保证统一扰动步径，实现扰动效果，解决单台微型并网逆变器单独扰动时对电网母线电能质量影响甚微的目的。当监测到并网电网内部电压、频率等指标出现异常时，采用主动群控干扰技术，通过扰动以进一步加重电网异常，最终判断电网的运行状况。在本发明中采用的电力载波通信技术，不仅适用于光伏发电系统的远程PC监控，还能用于主动防孤岛智能化群控技术。
本发明主要具有以下优点：
1）、基于微型并网逆变器的中大型光伏并网发电系统中，采用量变引起质变的方式解决了由于微型并网逆变器单台容量过小，独自扰动防孤岛在电网系统中力量过小带来的扰动失效问题；
2）本方法采用以被动式防孤岛监测为主、主动扰动为辅的方式，大大降低了大规模并网逆变器频繁主动扰动对电网电能质量带来负面影响的问题；
3）本方法采用的被动式和主动式防孤岛监测基于微型并网逆变器原有设备，无需增加硬件。
附图说明
图1为本发明实施步骤框图。
具体实施方式
实施例1：一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数百块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件上均配置有一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具备电力载波通信功能，该防孤岛方法采用群控同步技术通过以下步骤实现：
1）、检测：每台微型并网逆变器对电网进行被动式防孤岛检测，实时检测电网中电能的质量、电压以及频率；
2）、扰动：上述步骤1）中，当检测到母线上任一点出现异常导致电压、频率和谐波幅值超过固定数值，该点的微型并网逆变器通过电力载波通信技术发出降低有功功率输出的信号给通信区域内的其他微型并网逆变器，降低有功功率输出，使得整个系统降低整体有功功率输出，达到主动扰动的目的；
3）、监测：实时监测母线的电能质量，持续20ms，即一个市电周期，然后将结果反馈至微型并网逆变器；
4）、启动：上述步骤3）中，当监测母线的电能质量达不到微型并网逆变器运行条件，则启动防孤岛保护；
5）、在上述步骤1）和3）中，当检测、监测的母线电能质量符合运行要求，则并网光伏发电系统正常运行。
上述并网光伏发电系统中，该系统的并网接口断路器下端的交流供电回路内，母线上并有一定容量的光伏发电系统。该并网发电系统采用一块光伏组件使用一台微型并网逆变器并网发电，区域内存在大量相互独立并网的微型并网逆变器。通常光伏组件与微型并网逆变器的数量在100台以上。
在运行过程中，单台逆变器通过被动式防孤岛检测电网的电压、频率、谐波，同时多台微型并网逆变器之间采用电力载波进行通信。
电网的电压侦测：
185V≤Vvolt≤250V(Vvolt指侦测到的当前电网电压)，任一电网电压有效值超出该范围持续20ms(1个市电周期)即电压丢失，电压恢复采用滞环方法；
Vback ＝Vloss±5V(Vback 为恢复后的电网电压，Vloss 为丢失的电网电压)。在这里丢失电压为185V/250V丢失，恢复电压为190V/245V。
电网的频率侦测：
50Hz系统，49.5Hz≤Freq ≤50.5Hz(Freq 为侦测到的当前电网频率)，当超出该范围持续20ms(1个市电周期)即频率丢失，则中断输出。频率丢失恢复采用0.1Hz滞环，即丢失点49.5Hz/50.5Hz，恢复点49.6Hz/50.4Hz，这样可保证在临界点机器稳定性。
在系统正常运行过程中，如电网电能质量出现波动，且在微型并网逆变器持续运行的范围外时，微型并网逆变器即通过电力载波通信向其它微型并网逆变器设备发送同步降低有功功率输出的信号，同时降低自身的有功功率输出。其它微型并网逆变器在接受到要求同步降低有功功率输出的信号时，降低自身的有功功率输出。当区域内的全部设备均响应该群控同步信号，降低有功功率输出，此举必然导致电源功率与负荷功率失衡，此时微型并网逆变器一直在线对电网电能质量进行检测，如母线上的频率、电压等指标最终超出逆变器工作范围，逆变器即启动防孤岛保护。
实施例2：一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数百块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件上均配置有一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具备电力载波通信功能，该防孤岛方法采用群控同步技术通过以下步骤实现：
1）、检测：每台微型并网逆变器对电网进行被动式防孤岛检测，实时检测电网中电能的质量、电压以及频率；
2）、扰动：上述步骤1）中，当检测到母线上任一点出现异常导致电压、频率和谐波幅值超过固定数值，该点的微型并网逆变器通过电力载波通信技术发出降低有功功率输出的信号给通信区域内的其他微型并网逆变器，降低有功功率输出，使得整个系统降低整体有功功率输出，达到主动扰动的目的；
3）、监测：实时监测母线的电能质量，持续20ms，即一个市电周期，然后将结果反馈至微型并网逆变器；
4）、启动：上述步骤3）中，当监测母线的电能质量达不到微型并网逆变器运行条件，则启动防孤岛保护；
5）、在上述步骤1）和3）中，当检测、监测的母线电能质量符合运行要求，则并网光伏发电系统正常运行。
上述步骤1）中，未检测到母线上电压异常，则并网光伏发电系统正常工作。
实施例3：一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数百块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件上均配置有一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具备电力载波通信功能，该防孤岛方法采用群控同步技术通过以下步骤实现：
1）、检测：每台微型并网逆变器对电网进行被动式防孤岛检测，实时检测电网中电能的质量、电压以及频率；
2）、扰动：上述步骤1）中，当检测到母线上任一点出现异常导致电压、频率和谐波幅值超过固定数值，该点的微型并网逆变器通过电力载波通信技术发出降低有功功率输出的信号给通信区域内的其他微型并网逆变器，降低有功功率输出，使得整个系统降低整体有功功率输出，达到主动扰动的目的；
3）、监测：实时监测母线的电能质量，持续20ms，即一个市电周期，然后将结果反馈至微型并网逆变器；
4）、启动：上述步骤3）中，当监测母线的电能质量达不到微型并网逆变器运行条件，则启动防孤岛保护；
5）、在上述步骤1）和3）中，当检测、监测的母线电能质量符合运行要求，则并网光伏发电系统正常运行。
上述步骤1）中，检测到母线上电压异常，则进行扰动，以增加电能质量的波动速率和幅值，并进行实时监测，当监测一个市电周期后，母线上的电能质量未超出规定值，则并网光伏发电系统恢复正常工作。

Claims (2)

1.一种基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，其特征在于该方法基于传统微型并网逆变器的硬件构件，数块光伏组件并于并网光伏发电系统的母线上，每块光伏组件均配置一个微型并网逆变器，每个微型并网逆变器均具有电力载波通信功能，该防孤岛方法采用群控同步技术通过以下步骤实现：
1）、检测：每台微型并网逆变器对电网进行被动式防孤岛检测，实时检测电网中电能的质量、电压以及频率；
2）、扰动：上述步骤1）中，当检测到母线上任一点出现异常导致电压、频率和谐波幅值超过固定数值，该点的微型并网逆变器通过电力载波通信技术发出降低有功功率输出的信号给通信区域内的其他光伏组件，降低有功功率输出，使得整个系统降低整体有功功率输出，达到主动扰动的目的；
3）、监测：实时监测母线的电能质量，持续一段时间，将结果反馈至微型并网逆变器的防孤岛保护单元；
4）、启动：上述步骤3）中，当监测母线的电能质量达不到微型并网逆变器运行条件，则启动防孤岛保护；
5）、在上述步骤1）和3）中，当检测、监测的母线电能质量符合运行要求，则并网光伏发电系统正常运行。
2.如权利要求1所述的基于群控扰动的微型并网逆变器防孤岛方法，其特征在于所述的步骤3）中，监测母线电能质量，持续时间为20ms，即一个市电周期。
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