CN105048489B - 一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法 - Google Patents

一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，包括电网、断路器、变压器、并网逆变器和本地负载，所述电网通过电线与断路器串联且断路器一侧串联变压器；所述变压器连接并网逆变器、本地负载，并且本地负载设置在并网逆变器一侧；当光伏系统正常运行时，设置为无功扰动方式，并检测输出调制波换相周期，若换相周期变化率超过阀值，则认为电网极可能出现孤岛，此时系统记忆当前电压幅值和频率，同时更改设置为有功扰动方式，即主动偏离光伏系统MPP点，造成系统与负载功率不匹配，通过比较系统记忆的电压幅值和频率，从而判断是否发生孤岛；该种孤岛检测方法提高了当孤岛发生时侦测的快速性和准确性。

Description

一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法
技术领域
本发明涉及一种并网发电系统孤岛检测方法，具体是一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，属于电力检测应用技术领域。
背景技术
随着太阳能、燃料电池等新能源的广泛使用，逆变型电站在电网输配电中也变得越来越普遍，而逆变型电站并网输网输送电能，需要各种完善的保护措施，如功率器件过流、过温，驱动信号欠压等，其中对于并网系统而言还需要防止孤岛现象产生，孤岛现象是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛，对于光伏并网逆变器的孤岛侦测，要求孤岛发生时，必须快速、准确地切除并网逆变器。
目前的孤岛检测方法主要分为主动和被动检测，被动检测方法简单但存在盲区，主动检测方法较多，主要通过加入不同的干扰信号打破孤岛的系统平衡，使孤岛系统的电压或频率超出入网标准来判断孤岛是否发生，此类方法可靠性高，但由于引入干扰信号，会导致逆变器输出电流畸变，影响电能质量，据此，既能快速准确地检测孤岛发生，又能避免对电能质量的影响分布式并网发电系统快速检测孤岛方法必将得到广泛应用。
发明内容
针对上述现有技术存在问题，本发明提供一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，通过比较检测的电压幅值和频率与系统记忆的电压幅值和频率，从而判断是否发生孤岛，可以有效的解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，包括电网、断路器、变压器、并网逆变器和本地负载，所述电网通过电线与断路器串联且断路器一侧串联变压器；所述变压器连接并网逆变器、本地负载，并且本地负载设置在并网逆变器一侧；当光伏系统正常运行时，设置为无功扰动方式，并检测输出调制波换相周期，若换相周期变化率超过阀值，则认为电网极可能出现孤岛，此时系统记忆当前电压幅值和频率，同时更改设置为有功扰动方式，即主动偏离光伏系统MPP点，造成系统与负载功率不匹配，通过比较系统记忆的电压幅值和频率，从而判断是否发生孤岛。
进一步的，所述调制波换相周期通过监测逆变器与本地负载连接公共点电压之间的相位差来检测孤岛状态的，控制逆变器输出电流与公共点电压在过零点同步，在两个过零点之间的波形则是确定的正弦波，当电网断开后，逆变器输出电压不能被电网电压锁定，在过零点之间，逆变器电流波形已经由上一次过零点确定，其频率不变，因为负载相位不会因电网断开而变化，因此在非纯阻性负载的情况下，断网后公共点电压必然跳到新的相位，在电网断开后的第一个过零点，就会检测到公共点电压和逆变器输出电流间的相位差超过设定阈值。
进一步的，所述有功扰动方式检测电压幅值和频率方法为通过AFD法对逆变器输出电流注入一定的畸变，其中vPCC为公共耦合点电压，i为逆变器输出电流波形，i与vPCC的相位差总是固定不变的。
进一步的，所述逆变器正常并网时，公共点电压频率由电网嵌制，孤岛时，畸变电流流过负载，迫使公共点电压频率改变，经过几个周期的累加作用，最终因公共点电压频率超出阈值而被检测出孤岛状态。
进一步的，所述AFD的基础上在公共点电压波动时引入正反馈加大电压与电流的相位差从而加速波动，与AFD相比，在相同的相位差下能有效减小检测盲区，实现对分布式并网发电系统孤岛进行检测。
进一步的，通过比较检测的电压幅值和频率与系统记忆的电压幅值和频率检测是否发生孤岛。
本发明的有益效果是：
1、光伏并网发电系统应用中，孤岛侦测的难点在于当光伏系统的功率与周围负载匹配时伏系统会与负载达到平衡，形成一个微网系统。为了打破这个微网系统平衡，传统的孤岛侦测方法一般引入功率或频率扰动，功率扰动不会影响电能质量，但对发电效率产生极大影响；频率扰动量偏小，孤岛侦测速度慢且存在盲区，扰动量增大则会对电能质量产生影响；
2、本发明在光伏系统正常工作时，引入极小的无功分量，对电能质量基本不产生影响。当孤岛发生时，此无功分量会引起输出调制波换相周期的变化，当侦测到这一变化，判断为此时极可能发生孤岛现象，此时引入有功扰动，利用有功扰动的快速性和准确性，来确认是否发生孤岛，若发生孤岛则从电网断开，若未发生孤岛，则切换到正常工作模式。本发明与传统的孤岛侦测方法相比，既解决了在光伏系统正常工作时传统方法对电能质量和发电效率影响的问题，又提高了当孤岛发生时侦测的快速性和准确性，对当前的光伏并网发电效益和安全性均由积极的促进作用，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明的工作原理图；
图2为公共点电压和逆变器输出电流间的相位差超过设定阈值示意图；
图3为分布式并网发电系统孤岛进行检测结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例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。
实施例：
如图1所示：一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，其具体步骤如下：
步骤一：将电网、断路器、变压器、并网逆变器和本地负载，所述电网通过电线与断路器串联且断路器一侧串联变压器；所述变压器连接并网逆变器、本地负载，并且本地负载设置在并网逆变器一侧进行安装连接；
步骤二：通过对步骤一连接好的电路进行孤岛检测，当光伏系统正常运行时，设置为无功扰动方式，并检测输出调制波换相周期，若换相周期变化率超过阀值，则认为电网极可能出现孤岛，此时系统记忆当前电压幅值和频率，同时更改设置为有功扰动方式，即主动偏离光伏系统MPP点，造成系统与负载功率不匹配，通过比较系统记忆的电压幅值和频率，从而判断是否发生孤岛，其具体检测方法如下：
a.所述调制波换相周期通过监测逆变器与本地负载连接公共点电压之间的相位差来检测孤岛状态的，控制逆变器输出电流与公共点电压在过零点同步，在两个过零点之间的波形则是确定的正弦波，当电网断开后，逆变器输出电压不能被电网电压锁定，在过零点之间，逆变器电流波形已经由上一次过零点确定，其频率不变，因为负载相位不会因电网断开而变化，因此在非纯阻性负载的情况下，断网后公共点电压必然跳到新的相位，在电网断开后的第一个过零点，就会检测到公共点电压和逆变器输出电流间的相位差超过设定阈值，其结果如下图2所示。
b.所述有功扰动方式检测电压幅值和频率方法为通过AFD法对逆变器输出电流注入一定的畸变，其中vPCC为公共耦合点电压，i为逆变器输出电流波形，i与vPCC的相位差总是固定不变的。
c.所述逆变器正常并网时，公共点电压频率由电网嵌制，孤岛时，畸变电流流过负载，迫使公共点电压频率改变，经过几个周期的累加作用，最终因公共点电压频率超出阈值而被检测出孤岛状态。
d.所述AFD的基础上在公共点电压波动时引入正反馈加大电压与电流的相位差从而加速波动，与AFD相比，在相同的相位差下能有效减小检测盲区，实现对分布式并网发电系统孤岛进行检测，其检测结果如图3所示。
步骤三：将步骤二中最后检测的电压幅值和频率与系统记忆的电压幅值和频率检测是否发生孤岛。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种分布式并网发电系统快速检测孤岛方法，包括电网、断路器、变压器、并网逆变器和本地负载，其特征在于：所述电网通过电线与断路器串联且断路器一侧串联变压器；所述变压器连接并网逆变器、本地负载，并且本地负载设置在并网逆变器一侧；当光伏系统正常运行时，设置为无功扰动方式，并检测输出调制波换相周期，若换相周期变化率超过阀值，则认为电网极可能出现孤岛，此时系统记忆当前电压幅值和频率，同时更改设置为有功扰动方式，即主动偏离光伏系统MPP点，造成系统与负载功率不匹配，通过比较系统记忆的电压幅值和频率，从而判断是否发生孤岛；
所述调制波换相周期通过监测逆变器与本地负载连接公共点电压之间的相位差来检测孤岛状态的，控制逆变器输出电流与公共点电压在过零点同步，在两个过零点之间的波形则是确定的正弦波，当电网断开后，逆变器输出电压不能被电网电压锁定，在过零点之间，逆变器电流波形已经由上一次过零点确定，其频率不变，因为负载相位不会因电网断开而变化，因此在非纯阻性负载的情况下，断网后公共点电压必然跳到新的相位，在电网断开后的第一个过零点，就会检测到公共点电压和逆变器输出电流间的相位差超过设定阈值；
所述有功扰动方式检测电压幅值和频率方法为通过AFD法对逆变器输出电流注入一定的畸变，其中vPCC为公共耦合点电压，i为逆变器输出电流波形，i与vPCC的相位差总是固定不变的；
所述逆变器正常并网时，公共点电压频率由电网嵌制，孤岛时，畸变电流流过负载，迫使公共点电压频率改变，经过几个周期的累加作用，最终因公共点电压频率超出阈值而被检测出孤岛状态；
所述AFD的基础上在公共点电压波动时引入正反馈加大电压与电流的相位差从而加速波动，与AFD相比，在相同的相位差下能有效减小检测盲区，实现对分布式并网发电系统孤岛进行检测；
通过比较检测的电压幅值和频率与系统记忆的电压幅值和频率检测是否发生孤岛。
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