CN105738730A - 光伏逆变器的孤岛检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器的孤岛检测方法及装置，该方法包括：判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡；如果不平衡，使用被动检测方法进行孤岛检测；如果平衡，使用主动检测方法进行孤岛检测；主动检测方法包括：根据langevin函数计算光伏逆变器输出电流的起始相位；根据负载相位角和起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。本发明中主动检测法与被动检测法相配合，能有效检测孤岛，可靠性高；同时应用langevin函数计算起始相位，能加快正反馈过程，尽快检测出孤岛状态，且对电能质量影响极小。

Description

光伏逆变器的孤岛检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电网孤岛检测技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器的孤岛检测方法及装置。

背景技术

光伏发电及其他分布式发电系统接入公共电网时，孤岛检测是光伏发电及其他分布式发电系统必备的重要功能。“孤岛”是指公共电网停止供电后，由于分布式发电的存在(与电网相连并输送电能)，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失去对线路电压、频率的控制，会带来一系列的安全隐患及事故纠纷，同时孤岛检测的快速性直接影响逆变器的安全运行。

目前，孤岛检测方法主要有主动式和被动式两种。被动式检测方法是通过检测公共连接点(PointofCommonCoupling，简称为PCC)电压的幅值、频率、相位或谐波等是否偏离并网标准规定的阈值来判断孤岛效应的发生。但是被动式孤岛检测方法存在以下缺点：阈值难以整定、有检测盲区。为弥补被动式检测方法的不足，提出了多种主动式检测方法来提高孤岛检测的准确率，主动式检测方法是向逆变器的输出注入扰动，一旦电网发生故障，注入的扰动将快速累积并超出规定的范围，从而触发检测电路，进行相应的孤岛保护。主动式检测方法的优点是可以减小或消除检测盲区，缺点是引入的扰动会对电能质量带来负面影响。

现有的几种孤岛检测方法如下：

(1)主动频率偏移法(ActiveFrequencyDrift，简称为AFD)

该方法的缺点是：电流波形的畸变会造成系统供电的不稳定以及输出功率因数降低，降低电能质量；减小Δf可减小电流总谐波失真(TotalHarmonicDistortion，简称为THD)，但会增大检测盲区(NonDetectionZone，简称为NDZ)；对非阻性负荷，存在NDZ；在多逆变器并网时，若频率偏移方向不一致，输出会相互抵消，降低检测效率。

(2)滑膜频率偏移法(Slip-ModeFrequencyShift，简称为SMS)

该方法的缺点是：由于修正逆变器输出电流的相位，会影响输出电能质量，在设计时要折中考虑检测效率和输出电能质量；此方法建立在外部扰动的基础上，孤岛发生后分布式发电(DistributedGeneration，简称为DG)系统所需的断开时间无法预测；对阻性负载以及大多数的负载均有效，但是若负荷曲线的倾斜幅度大于SMS曲线，则可能在频率上下限的非动作区内有稳定运行点，导致孤岛漏检。

(3)Sandia频率偏移法(SandiaFrequencyShift，简称为SFS)

该方法的缺点是：使用Sandia频率偏移法，逆变器输出的电能质量下降，对弱电网会影响系统的暂态响应，可通过降低正反馈增益K来调节，但会增加NDZ；对于多DG系统，扰动必须同步，否则降低有效性。

(4)特定频率阻抗测量法(SpecificFrequencyImpedanceMeasurement，简称为SFIM)

该方法的缺点是：存在检测NDZ盲区；由于非线性负载等因素的存在，电网电压谐波很大，谐波检测的动作阈值难以确定，实际应用很困难。选择注入次谐波电流，可以部分克服其缺点，但可能引起设备误动作和变压器故障，因此需要限制注入电流，使次谐波电压很小。当谐波电压增加时，在多台逆变器系统中，注入相同的谐波还有可能造成正常并网时谐波电压太大，从而误判孤岛存在。

针对上述问题，目前尚未提出有效的孤岛检测的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种光伏逆变器的孤岛检测方法及装置，以至少解决现有的孤岛检测方法检测效率低，存在漏检，准确度不高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种光伏逆变器的孤岛检测方法，包括：判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡；如果不平衡，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，所述被动检测方法是利用公共电网断电时所述光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测；如果平衡，使用主动检测方法进行孤岛检测；其中，所述主动检测方法包括：根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率；根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

在一个实施例中，根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，包括：采用以下公式计算所述输出电流的起始相位θ_SMS：

θ_SMS＝θ_m·y，

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\α}y}{\mathrm{\β}}\right)-\frac{\mathrm{\δ}}{\frac{x+\mathrm{\α}y}{\mathrm{\β}}},$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

在一个实施例中，根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，包括：判断所述负载相位角与所述起始相位的和大于0还是小于0；如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于所述输出电流的相位，公共点频率持续升高；如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于所述输出电流的相位，公共点频率持续降低；其中，所述负载相位角的定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

在一个实施例中，所述被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法。

在一个实施例中，所述主动检测方法还包括：计算所述光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；利用所述附加相移加快所述光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。

在一个实施例中，采用以下公式计算所述输出电流的附加相移θ₀：θ₀＝Δθsgn(Q)，其中，Δθ为常数，取值为正；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。

在一个实施例中，确定所述符号函数sgn(Q)的正负，包括：判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

在一个实施例中，判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性，包括：测量所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光伏逆变器的孤岛检测装置，包括：判断单元，用于判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡；被动检测单元，用于在不平衡的情况下，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，所述被动检测方法是利用公共电网断电时所述光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测；主动检测单元，用于在平衡的情况下，使用主动检测方法进行孤岛检测；其中，所述主动检测单元包括：第一计算模块，用于根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率；判断模块，用于根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

在一个实施例中，所述第一计算模块具体用于采用以下公式计算所述输出电流的起始相位θ_SMS：

θ_SMS＝θ_m·y，

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}\right)-\frac{\mathrm{\&delta;}}{\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}},$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

在一个实施例中，所述判断模块具体用于：判断所述负载相位角与所述起始相位的和大于0还是小于0；如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于所述输出电流的相位，公共点频率持续升高；如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于所述输出电流的相位，公共点频率持续降低；其中，所述负载相位角的定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

在一个实施例中，所述被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法。

在一个实施例中，所述主动检测单元还包括：第二计算模块，用于计算所述光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；处理模块，用于利用所述附加相移加快所述光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。

在一个实施例中，所述第二计算模块具体用于采用以下公式计算所述输出电流的附加相移θ₀：θ₀＝Δθsgn(Q)，其中，Δθ为常数，取值为正；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。

在一个实施例中，所述第二计算模块包括：判断子模块，用于判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

在一个实施例中，所述判断子模块具体用于：测量所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。

通过本发明的光伏逆变器的孤岛检测方法及装置，主动检测法与被动检测法相配合，使得不同条件下均能有效检测孤岛，可靠性高。同时，应用langevin函数计算起始相位(即光伏逆变器输出电流相对于公共点电压的相位偏移)，能够加快正反馈过程，尽快检测出孤岛状态，在负载条件比较恶劣的情况下也能快速准确地检测出孤岛，孤岛检测速度大大提高，而且该方法对电能质量的影响极小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的光伏逆变器的孤岛检测方法的流程图；

图2是本发明实施例的公共点电压和逆变器输出电流的曲线示意图；

图3是本发明实施例的langevin函数二维曲线示意图；

图4是本发明实施例的langevin函数的低斜率区示意图；

图5是本发明实施例的发电系统示意图；

图6是本发明实施例的光伏逆变器的孤岛检测装置的结构框图；

图7是本发明实施例的光伏逆变器的孤岛检测装置的另一结构框图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种光伏逆变器的孤岛检测方法，适用于光伏发电系统或其他分布式发电系统。图1是本发明实施例的光伏逆变器的孤岛检测方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡。如果不平衡，执行步骤S102，如果平衡，执行步骤S103。

步骤S102，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，被动检测方法是利用公共电网断电时光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测。被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法，可根据实际情况选择使用具体的被动检测方法。

步骤S103，使用主动检测方法进行孤岛检测。

其中，主动检测方法包括：

步骤S104，根据langevin函数计算光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率。

步骤S105，根据负载相位角和起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

通过上述方法，主动检测法与被动检测法相配合，使得不同条件下均能有效检测孤岛，可靠性高。同时，应用langevin函数计算起始相位(即光伏逆变器输出电流相对于公共点电压的相位偏移)，能够加快正反馈过程，尽快检测出孤岛状态，在负载条件比较恶劣的情况下也能快速准确地检测出孤岛，孤岛检测速度大大提高，而且该方法对电能质量的影响极小。

以光伏逆变器输出单位功率因数的情况为例，不加入孤岛检测算法时，光伏逆变器输出电流与公共点电压U_PCC同频同相；加入孤岛检测算法后，光伏逆变器输出电流的频率不变，但相位发生偏移，偏移大小由算法决定。

光伏逆变器的输出电流给定是这样确定的：由锁相环(PhaseLockedLoop，简称为PLL)检测公共点电压U_PCC的过零上升沿间隔时间，得到公共点频率，作为下一周期光伏逆变器输出电流给定i_p ^* _v的频率；下一周期i_p ^* _v的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定。如图2所示，为公共点电压和逆变器输出电流的曲线示意图。

步骤S104可以采用以下公式计算光伏逆变器输出电流的起始相位θ_SMS(即相位偏移)：

θ_SMS＝θ_m·y(1)

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}\right)-\frac{\mathrm{\&delta;}}{\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}}---\left(2\right)$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移，该值与电能质量有关，可以预先设置，例如，3度、5度等；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

具体的，α决定langevin函数在原点附近低斜率区间的斜率，根据下文描述，工程上希望此区间斜率越低越好，所以α应尽量取高值，但是如果α过高，langevin函数在原点附近存在奇点，所以α可以取0.2。β决定langevin函数曲线的非线性度，β越小，则langevin函数曲线在x＝0区间内越陡峭，β一般取值0.5即可满足公共点电压频率变化时θ_SMS快速变化的要求。

langevin函数的二维曲线如图3所示，在合理选取参数的前提下，该函数在y∈[-0.5,0.5]内为线性区，斜率很大。函数在y∈[-0.5,0.5]外时逼近渐近线y＝1和y＝-1。该函数特性满足当频率发生变化时，能够加快正反馈过程，尽快检测孤岛状态。

同时，在接近原点附近区域，该函数还存在一个低斜率区，如图4所示，在x∈[-0.08,0.08]时，y的值在[-0.01,0.01]之间，由于配电网正常运行时频率允许波动，同时由于谐波对频率测量的影响，并网运行时测得并网点电压频率既有微小波动，而此时不希望逆变器电流附加相位有频繁的波动。因此可利用langevin函数在原点附近的特性，作为调节死区增加稳定性。

需要注意的是，如果参数取值不合适，langevin函数将在原点处存在奇点，因此在设计langevin函数参数时可以借助matlab等数学工具。

由图2可知，电流与电压U_PCC的相位差受算法和RLC负载相位角的影响。负载相位角是用来表示负载特性的参数，其定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

在一个实施例中，步骤S105包括：判断负载相位角与起始相位的和大于0还是小于0；如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于输出电流的相位，公共点频率持续升高；如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于输出电流的相位，公共点频率持续降低。

当θ_SMS+∠G(jω)>0时，PLL检测到的公共点电压周期将变短，导致下一周期电流给定频率增大；当θ_SMS+∠G(jω)<0时，PLL检测到的公共点电压周期将变长，会降低下一周期给定电流的频率。因此，要使电网断开后公共点频率持续单向变化，必须满足下式：

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_{SMS}+\&angle;G\left(j\mathrm{\&omega;}\right)>0& f\&GreaterEqual;f_n\\ {\mathrm{\&theta;}}_{SMS}+\&angle;G\left(j\mathrm{\&omega;}\right)<0& f\&le;f_n\end{array}\right.---\left(3\right)$

如果上述关系成立，公共点电压相位就会始终超前(或落后)于电流相位，使得公共点频率被单向推高(或降低)，最后超出正常范围，从而判别出孤岛。

本发明中langevin函数的作用主要是：当公共点电压频率发生变化时，利用langevin函数的强非线性，加速θ_SMS的变化速度，使得当公共点电压频率越过正常电压频率范围时，θ_SMS马上达到孤岛检测方法的最大值，从而保证孤岛检测的快速性。

当孤岛发生后，光伏发电系统或其他分布式发电系统工作在额定频率(即Δf＝0)附近时，相位偏移为0，检测孤岛失败的可能性最大，仅利用上述算法并不能保证检测的可靠性。

在一个实施例中，主动检测方法还可以包括：计算光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；利用该附加相移加快光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。即当Δf＝0时，令输出电流有一个固定的附加相移。

具体的，可以采用以下公式计算输出电流的附加相移θ₀：

θ₀＝Δθsgn(Q)(4)

其中，Δθ为常数，取值为正，通常设为1度；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。符号函数sgn(Q)的正负由测量的逆变器输出无功方向决定，具体的，当Q>0时，sgn(Q)＝1，当Q<0时，sgn(Q)＝-1。

判断符号函数sgn(Q)的正负包括：判断光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

光伏逆变器正常并网运行时，当其输出无功为容性时，Q<0，sgn(Q)为负，附加相移θ₀为负；当其输出无功呈感性时，Q>0，sgn(Q)为正，附加相移θ₀为正。

因为光伏逆变器电压锁相环PLL的特性，孤岛时，若负荷呈容性，其有使频率降低的趋势，这时若品质因数Q估算正确，孤岛发生时刻逆变器输出电流的附加相移θ₀为负(附加相移为负，孤岛时，有使PLL锁相频率减小的作用)，因此加快了逆变器输出电压频率偏移的速度，进而加快了公共点频率偏移的速度。同时，因为孤岛发生前附加相移符号与孤岛发生后系统频率特性一致，不存在附加相移角与负荷的相频特性角相抵消的情况，因此能够避免检测死区。

孤岛时，若负荷呈感性，其有使频率升高的趋势，这时若品质因数Q估算正确，孤岛发生时刻逆变器输出电流的附加相移θ₀为正(附加相移为正，孤岛时，有使PLL锁相频率增加的作用)，因此加快了逆变器输出电压频率偏移的速度，进而加快了公共点频率偏移的速度。

估算负荷在额定频率下呈感性还是呈容性，也就是判断光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性，具体步骤如下：测量光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。

如图5所示，假设孤岛发生前，图5中标记部位电流为I＝0(该标记部位在图5表示的电网拓扑结构中可称为电源支路电流，或者公共并网点与配网系统间的电流)，光伏(PV)发出的有功功率P_PV和无功功率Q_PV与本地并联负载(RLC)消耗的功率平衡。公共点电压为U_PCC，且在孤岛发生前后没有明显变化。

此时，满足Q_PV＝Q_L-Q_C。若此时光伏-本地负荷构成的孤岛系统的频率依然在额定频率附近，则有

$\frac{U_{PCC}^2}{\mathrm{\&omega;}L}-U_{PCC}^2\mathrm{\&omega;}L=Q_L-Q_C---\left(5\right)$

其中，ω＝2πf，f为额定频率，L为负载中感性负荷的大小，Q_L表示等值RLC负荷中电感支路消耗的无功，Q_C表示等值RLC负荷中电容支路消耗的无功。

由此，可以通过测量光伏逆变器发出无功Q_PV，估算出并联负荷呈容性还是感性，当Q_PV为正时(即Q_PV>0)，并联负荷呈感性；当Q_PV为负时(即Q_PV<0)，并联负荷呈容性。

当发电系统工作在额定频率时，通过上述判断负载类型、计算附加相移的方法，也能有效检测孤岛，避免孤岛发生初期附加相移与负荷相频特性角相抵消的问题，解决了在额定频率可能检测孤岛失败的问题，加快收敛过程，保证了检测可靠性，在消除检测盲区的同时能极大提高孤岛检测效率。

本发明提出的主动检测方法，需与被动检测方法相结合。当光伏发电系统输出功率与局部负载功率平衡时，则被动检测方法将失去孤岛效应检测能力。本发明提出的主动孤岛检测方法能够生效的条件之一是：通过测量光伏逆变器所发出的无功功率，对负荷呈感性还是呈容性进行判别，这是建立在假设图5中电源支路电流I＝0的基础上的，而若假设不成立时，即图5中电源支路电流I≠0，那么必然导致的结果是孤岛状态发生前光伏逆变器发出的有功和无功功率与本地负载消耗功率不平衡，孤岛状态发生后(即图5中电源支路断开)，根据上文描述，逆变器输出端电压、频率、相位或谐波均将产生变化，被动检测方法会必然起作用，此时主动检测方法正确与否没有意义；而当估测正确时，即上述图5中电源支路电流在孤岛状态发生前值确为0时，这时被动检测方法失效(因为此时光伏逆变器输出功率与RLC负载相匹配，PCC点电压、逆变器输出电流的频率、幅值、谐波及相位均无变化)，被动检测方法失效的必然结果是本发明提出的主动检测方法对负荷估算正确的充要条件，因而本发明提出的主动检测方法将能正确判别是否为孤岛状态。即本发明弥补了被动检测方法的不足，保证了检测可靠性。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种光伏逆变器的孤岛检测装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法。由于该装置解决问题的原理与上述方法相似，因此该装置的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是本发明实施例的光伏逆变器的孤岛检测装置的结构框图，如图6所示，该装置包括：判断单元61、被动检测单元62和主动检测单元63，下面对该结构进行具体说明。

判断单元61，用于判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡。

被动检测单元62，用于在不平衡的情况下，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，被动检测方法是利用公共电网断电时光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测。被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法。

主动检测单元63，用于在平衡的情况下，使用主动检测方法进行孤岛检测。

其中，主动检测单元63包括：

第一计算模块631，用于根据langevin函数计算光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率。

判断模块632，用于根据负载相位角和起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

通过上述装置，主动检测法与被动检测法相配合，使得不同条件下均能有效检测孤岛，可靠性高。同时，应用langevin函数计算起始相位(即光伏逆变器输出电流相对于公共点电压的相位偏移)，能够加快正反馈过程，尽快检测出孤岛状态，在负载条件比较恶劣的情况下也能快速准确地检测出孤岛，孤岛检测速度大大提高，而且该方法对电能质量的影响极小。

在一个实施例中，第一计算模块631具体用于采用以下公式计算输出电流的起始相位θ_SMS：

θ_SMS＝θ_m·y，

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}\right)-\frac{\mathrm{\&delta;}}{\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}},$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

在一个实施例中，判断模块632具体用于：判断负载相位角与起始相位的和大于0还是小于0；如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于输出电流的相位，公共点频率持续升高；如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于输出电流的相位，公共点频率持续降低；其中，负载相位角的定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

如图7所示，主动检测单元63还包括：第二计算模块633，用于计算光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；处理模块634，用于利用附加相移加快光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。

第二计算模块633具体用于采用以下公式计算输出电流的附加相移θ₀：θ₀＝Δθsgn(Q)，其中，Δθ为常数，取值为正；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。

在一个实施例中第二计算模块633包括：判断子模块，用于判断光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

在一个实施例中，判断子模块具体用于：测量光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。

当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

以上所述的具体实施例，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，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种光伏逆变器的孤岛检测方法，其特征在于，包括：

判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡；

如果不平衡，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，所述被动检测方法是利用公共电网断电时所述光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测；

如果平衡，使用主动检测方法进行孤岛检测；

其中，所述主动检测方法包括：

根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率；

根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，包括：

采用以下公式计算所述输出电流的起始相位θ_SMS：

θ_SMS＝θ_m·y，

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}\right)-\frac{\mathrm{\&delta;}}{\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}},$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，包括：

判断所述负载相位角与所述起始相位的和大于0还是小于0；

如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于所述输出电流的相位，公共点频率持续升高；

如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于所述输出电流的相位，公共点频率持续降低；

其中，所述负载相位角的定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主动检测方法还包括：

计算所述光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；

利用所述附加相移加快所述光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述输出电流的附加相移θ₀：

θ₀＝Δθsgn(Q)，其中，Δθ为常数，取值为正；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述符号函数sgn(Q)的正负，包括：

判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；

如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；

如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性，包括：

测量所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；

如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；

如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。

9.一种光伏逆变器的孤岛检测装置，其特征在于，包括：

判断单元，用于判断光伏逆变器在正常并网运行情况下的输出功率与本地负载消耗的功率是否平衡；

被动检测单元，用于在不平衡的情况下，使用被动检测方法进行孤岛检测，其中，所述被动检测方法是利用公共电网断电时所述光伏逆变器输出端的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛检测；

主动检测单元，用于在平衡的情况下，使用主动检测方法进行孤岛检测；

其中，所述主动检测单元包括：

第一计算模块，用于根据langevin函数计算所述光伏逆变器输出电流的起始相位，其中，下一周期输出电流的起始时刻由公共点电压的过零上升沿确定，下一周期输出电流的频率为公共点频率；

判断模块，用于根据负载相位角和所述起始相位判断公共点电压的相位是否始终超前或落后于所述输出电流的相位，如果是，则确定公共点频率超过预设频率范围，出现孤岛。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块具体用于采用以下公式计算所述输出电流的起始相位θ_SMS：

θ_SMS＝θ_m·y，

$y=\coth \left(\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}\right)-\frac{\mathrm{\&delta;}}{\frac{x+\mathrm{\&alpha;}y}{\mathrm{\&beta;}}},$

其中，θ_m表示偏移算法的最大相移；y表示langevin函数；coth表示双曲余切函数；f_n表示电网频率，f表示公共点频率；α决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的斜率；β决定langevin函数曲线的非线性度；δ决定langevin函数曲线在原点附近低斜率区间的宽度；δ和β共同影响langevin函数曲线在原点附近的转折位置，δ×β＝0.01。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述判断模块具体用于：

判断所述负载相位角与所述起始相位的和大于0还是小于0；

如果大于0，则确定公共点电压的相位始终超前于所述输出电流的相位，公共点频率持续升高；

如果小于0，则确定公共点电压的相位始终落后于所述输出电流的相位，公共点频率持续降低；

其中，所述负载相位角的定义是给负载施加工频电压时，该负载通过的工频电流滞后电压的相位角度；当负载在工频下呈感性时，负载相位角为正；当负载在工频下呈容性时，负载相位角为负；当负载在工频下呈纯阻性时，负载相位角为0。

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述被动检测方法包括以下之一：过/欠压和过/欠频检测法、电压谐波检测法、电压相位突变检测法。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述主动检测单元还包括：

第二计算模块，用于计算所述光伏逆变器工作在额定频率时输出电流的附加相移；

处理模块，用于利用所述附加相移加快所述光伏逆变器输出电压频率偏移的速度。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于采用以下公式计算所述输出电流的附加相移θ₀：

θ₀＝Δθsgn(Q)，其中，Δθ为常数，取值为正；sgn(Q)为符号函数；Q表示品质因数。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：

判断子模块，用于判断所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率呈容性还是呈感性；如果输出的无功功率呈容性，则Q<0，sgn(Q)＝-1；如果输出的无功功率呈感性，则Q>0，sgn(Q)＝1。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述判断子模块具体用于：

测量所述光伏逆变器正常并网运行时输出的无功功率，其中假设公共并网点与配网系统间的电流为0；如果输出的无功功率为正，则确定输出的无功功率呈感性；如果输出的无功功率为负，则确定输出的无功功率呈容性。