CN107918082B - 一种逆变器并联运行的孤岛检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种逆变器并联运行的孤岛检测方法，所述方法包括：确定分布式发电系统并网点的功率不匹配程度；将所述功率不匹配程度与设定的功率阈值比较；根据所述功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值，确定启动计时的孤岛检测法，检测出孤岛，发出闭锁信号。本发明提供的技术方案避免了主动移频、移相孤岛检测方法在多逆变器并联运行情形下由于注入扰动不同步造成的稀释效应，进一步导致孤岛检测失效的问题；同时，通过并网点功率不匹配程度的判断，与过/欠压、过/欠频孤岛检测相结合，只在功率不匹配程度小于设定阈值时才向系统注入扰动，尽量减少了扰动对电能质量的影响。

Description

一种逆变器并联运行的孤岛检测方法

技术领域

本发明涉及一种孤岛检测方法，具体讲涉及一种逆变器并联运行的孤岛检测方法。

背景技术

随着能源问题和环境问题日益严峻，基于风力、光伏等清洁可再生能源的分布式发电技术得到了大力发展。当电网发生断电现象时，分布式发电系统易与本地负载形成一个没有电网支撑的孤岛系统，给电力系统的安全稳定运行带来挑战。因此，分布式发电系统应该具备孤岛检测的能力，即电网断电时，及时检测出孤岛状态，并从电网切除。

目前常用的孤岛检测方法主要有基于远程通讯的孤岛检测方法和基于本地信息的孤岛检测方法两种。前者依赖于通信技术，无检测盲区，但成本高；后者可进一步分为被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法。被动式主要基于孤岛前后本地信息量的变化进行，其简单、易实现，但盲区较大，在分布式发电系统与本地负荷功率近似匹配时孤岛检测失效；主动式孤岛检测基于并网逆变器向系统注入扰动，通过测量并网点对扰动的响应实现孤岛检测。

该方法优点在于检测盲区小，但会对电能质量产生影响。此外，随着分布式电源在配电网中的渗透率越来越高，出现多逆变器并联运行的情况。在多逆变器并联运行的情形下，主动移相法等主动孤岛检测方法易因为注入扰动不同步而发生稀释效应，造成孤岛检测性能降低，甚至发生孤岛检测失败。

为此，需要一种应用于逆变器并联运行的孤岛检测方法，用于克服注入扰动不同步而发生的稀释效应。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种逆变器并联运行的孤岛检测方法。所述方法包括如下步骤：

1)、确定分布式发电系统并网点的功率不匹配程度；

2)、将所述功率不匹配程度与设定的功率阈值比较；

3)、根据所述功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值，确定启动计时的孤岛检测法，检测出孤岛，发出闭锁信号。

优选的，所述步骤2)的功率阈值的设定包括：将有功功率不匹配和无功功率不匹配使电压和频率的偏移量分别小于0.1U_N、0.5Hz时的功率不匹配量设定为功率不匹配阈值，其中，U_N为额定电压。

优选的，所述步骤3)功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值大于零，启动计时，用过/欠电压、过/欠频孤岛检测法。

优选的，所述步骤3)功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值小于零，启动计时，用基于并网点电压相位同步扰动孤岛检测法。

优选的，所述过/欠电压、过/欠频孤岛检测法包括如下步骤：

根据根据电压、频率是否在规定范围内和/或启动计时的时间是否大于2s，作出下述判断：

3.1、当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间大于2s时，重新确定不匹配程度；

3.2、当电压、频率不在规定范围内，检测出孤岛，发出闭锁信号。

优选的，所述基于并网点电压相位同步扰动孤岛检测方法包括如下步骤：

A、启动计时，确定并网点电压相位信息；

B、计算同步扰动相位，并向逆变器注入相位扰动；

C、根据电压、频率是否在规定范围内和/或启动计时时间是否大于2s，做出如下判断：

C-1当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间大于2s时，重新确定不匹配程度；

C-2当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间小于2s时，进入步骤A；

C-3当电压、频率不在规定范围内，检测出孤岛，发出闭锁信号。

优选的，所述规定范围包括：电压和频率的规定范围分别为[0.85U_N,1.1U_N]和[49.5,50.5]，其中，U_N为额定电压。

优选的，根据系统结构确定所述步骤A并网点电压相位信息；

所述系统结构包括：分布式发电系统直接接入并网点和通过变压器接入并网点的系统结构；

所述分布式发电系统直接接入并网点的系统结构的并网点电压相位等于基于PLL获得的并网点电压相位；

所述分布式发电系统通过变压器接入并网点的系统结构的并网电压相位为基于PLL获得的相位与变压器形成的相差之和。

优选的，所述步骤B的同步扰动相位θ如下式所示：

θ＝sign(f-f_g)×θ_pcc (1)

式中：f：测量频率；f_g：额定频率；θ_pcc：并网点电压相位。

优选的，所述步骤B的相位扰动的施加包括：对分布式发电系统输出电流施加相位扰动；

施加相位扰动后的电流如下式所示：

i_N＝I_msin(2πft+θ) (2)

式中，N：逆变器的序号，θ：同步扰动相位，f：测量频率，t：时间，I_m：电流幅值。

与最接近的现有技术相比，本发明具有以下优异效果：

本发明提供的技术方案避免了主动移频、移相孤岛检测方法在多逆变器并联运行情形下由于注入扰动不同步造成的稀释效应，进一步导致孤岛检测失效的问题；同时，通过并网点功率不匹配程度的判断，与过/欠压、过/欠频孤岛检测相结合，只在功率不匹配程度小于设定阈值时才向系统注入扰动，尽量减少了扰动对电能质量的影响。

附图说明

图1为本发明的逆变器并联并直接与并网点连接的系统框图；

图2为本发明的逆变器并联并通过变压器与并网点连接的系统框图；

图3为本发明的逆变器并联运行孤岛检测方法流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供一种逆变器并联运行的孤岛检测方法，如图3所示，所述方法包括如下步骤：

1)、获取分布式发电系统并网点功率不匹配程度：

分布式发电系统并网点功率不匹配度ΔP、ΔQ为电网向负荷提供的有功、无功功率。

2)、判断功率不匹配程度是否大于设定功率阈值，若大于设定功率阈值，执行步骤3)，否则执行步骤6)：

功率不匹配程度阈值设定原则如下:

过/欠压、过/欠频孤岛检测的范围分别为[0.85U_N,1.1U_N]、[49.5,50.5]，若超出该范围，则判定为孤岛。基于此，设定有功功率不匹配和无功功率不匹配分别使电压和频率的偏移量小于0.1U_N、0.5Hz时的功率不匹配量为功率不匹配阈值，用ΔP_min、ΔQ_min表示，其为正值，其中，U_N为额定电压。

判断功率不匹配度是否大于设定阈值ΔP_min、ΔQ_min时，以功率不匹配的绝对值值|ΔP|、|ΔQ|与ΔP_min、ΔQ_min进行比较判断。

3)、启动计时，采用过/欠电压、过/欠频孤岛检测方法：

置计时器时间为零，即t＝0。过/欠电压和高/低频率检测法是在公共耦合点的电压幅值和频率超过正常范围时，停止逆变器并网运行的一种检测方法。逆变器工作时，电压、频率的工作范围要合理设置，允许电网电压和频率的正常波动，一般对220V/50Hz电网，电压和频率的工作范围分别为194V≤V≤242V、49.5Hz≤f≤50.5Hz。如果电压或频率偏移达到孤岛检测设定阀值，则可检测到孤岛发生。

4)、判断电压、频率是否在规定范围内，若在规定范围内，执行步骤5)，否则，执行步骤11)：

基于并网点电压幅值、频率测量信息，判断电压、频率是否在[0.85U_N,1.1U_N]、[49.5,50.5]范围内，其中，U_N为额定电压。若在，判断t＞2s是否成立，若成立，则返回步骤1)；若不成立，则延时，返回步骤3)继续。若电压、频率不在规定范围内，则进行步骤11

5)、判断时间是否大于2s，若大于2s，返回步骤1)，否则，执行步骤4)：

孤岛检测要求在2s内完成，为避免采用其中一种孤岛检测方法时，系统运行状态(如功率不匹配程度)发生变化，造成孤岛检测失败，这里规定若每种方法下检测时间达到2s时，未检测到孤岛，则返回开始，重新判断选择。

6)、启动计时，采用基于并网点电压相位同步扰动孤岛检测方法:

置计时器时间为零，即t＝0。

7)、获取并网点电压相位信息:

若系统为图1所示的结构，则基于PLL锁相环获取并网点电压相位θ_pcc为θ_pcc＝θ_pll；若分布式发电系统通过变压器接入并网点，如图2所示，则并网点电压相位为基于PLL获得的相位θ_pll与变压器形成的相差θ_trans之和，即θ_pcc＝θ_pll+θ_trans。

8)、计算同步扰动相位，并向逆变器注入扰动:

同步扰动相位的计算方法为：θ＝sign(f-f_g)×θ_pcc。其中，sign(f-f_g)确保扰动具有使频率可向上和向下进行双向偏移的能力。当f-f_g＞0时，sign(f-f_g)＝1，注入正的扰动，使频率向上偏移；反之，当f-f_g＜0时，sign(f-f_g)＝-1，注入负的扰动，使频率向下偏移；当f-f_g＝0时，sign(f-f_g)＝0，注入扰动为零。其中，f为测量频率；f_g为额定频率；θ_pcc为并网点电压相位。

向并联运行逆变器的输出电流中注入同步扰动相位信号。

9)、判断电压频率是否超出规定范围，若超出规定范围，执行步骤11),否则施加相位扰动，执行步骤10)：

通过对分布式发电系统输出电流施加相位扰动，即i_N＝I_msin(2πft+θ)，其中N为逆变器的序号，θ：同步扰动相位，f：频率，t：时间，I_m：电流幅值。本文中N＝1,2。进而，来改变并网点电压的频率，使其在孤岛发生时偏移正常范围[49.5Hz,50.5Hz]。因此，这里所述的规定频率范围为[49.5Hz,50.5Hz]。

10)、判断时间是否大于2s，若大于2s，停止注入相位扰动，则返回步骤1),否则，进行步骤7)：

孤岛检测要求在2s内完成，为避免采用其中一种孤岛检测方法时，系统运行状态(如功率不匹配程度)发生变化，造成孤岛检测失败，这里规定若每种方法下检测时间达到2s时，未检测到孤岛，则返回开始，重新判断选择。

11)、检测出孤岛，发出闭锁信号。

具体实施例：

图1为分布式发电系统逆变器并联运行框图，其中逆变器直接与并网点连接。这里以两台逆变器并联运行为例说明，P_inv、Q_inv分别为分布式发电系统的输出有功、无功功率；P_load、Q_load分别为负荷消耗的有功、无功功率；ΔP、ΔQ分别为分布式发电系统输出功率与负荷消耗功率之间的有功、无功不匹配量，即功率不匹配程度。由图可看出，基于逆变器输出电压相位信息获取的相位θ_inv1、θ_inv2即为并网点相位θ_pcc，即θ_inv1＝θ_inv2＝θ_pcc。

计算扰动相位θ：θ＝sign(f-f_g)×θ_pcc，当功率匹配程度小于设定功率阀值时，基于逆变器注入同步相位扰动相位θ，不断增大或减小并网点频率，直到超出阀值，检测到孤岛，当功率匹配程度大于设定功率阀值时，采用过/欠压、过/欠频方法实现孤岛检测。

图2为分布式发电系统逆变器并联运行框图，其中逆变器通过变压器与并网点连接。这里以两台逆变器并联运行为例说明，P_inv、Q_inv分别为分布式发电系统的输出有功、无功功率；P_load、Q_load分别为负荷消耗的有功、无功功率；ΔP、ΔQ分别为分布式发电系统输出功率与负荷消耗功率之间的有功、无功不匹配量，即功率不匹配程度。由图可看出，并网点相位θ_pcc为基于逆变器输出电压相位信息获取的相位θ_inv1、θ_inv2与各自连接变压器形成相位差θ_trans1、θ_trans2之和，即θ_pcc＝θ_inv1+θ_trans1＝θ_inv2+θ_trans2。

计算扰动相位θ：θ＝sign(f-f_g)×θ_pcc，当功率匹配程度小于设定功率阀值时，基于逆变器注入同步相位扰动相位θ，不断增大或减小并网点频率，直到超出阀值，检测到孤岛，当功率匹配程度大于设定功率阀值时，采用过/欠压、过/欠频方法实现孤岛检测。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括：

1)、确定分布式发电系统并网点的功率不匹配程度；

2)、将所述功率不匹配程度与设定的功率阈值比较；

3)、根据所述功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值，确定启动计时的孤岛检测法，检测出孤岛，发出闭锁信号；

所述步骤3)功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值小于零，启动计时，用基于并网点电压相位同步扰动孤岛检测法；

所述基于并网点电压相位同步扰动孤岛检测方法包括如下步骤：

A、启动计时，确定并网点电压相位信息；

B、计算同步扰动相位，并向逆变器注入相位扰动；

C、根据电压、频率是否在规定范围内和/或启动计时时间是否大于2s，做出如下判断：

C-1当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间大于2s时，重新确定不匹配程度；

C-2当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间小于2s时，进入步骤A；C-3当电压、频率不在规定范围内，检测出孤岛，发出闭锁信号；

所述步骤B的同步扰动相位θ如下式所示：

θ＝sign(f-f_g)×θ_pcc (1)

式中：f：测量频率；f_g：额定频率；θ_pcc：并网点电压相位。

2.如权利要求1所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤2)的功率阈值的设定包括：将有功功率不匹配和无功功率不匹配使电压和频率的偏移量分别小于0.1U_N、0.5Hz时的功率不匹配量设定为功率不匹配阈值，其中，U_N为额定电压。

3.如权利要求1所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤3)功率不匹配程度与设定的功率阈值的差值大于零，启动计时，用过/欠电压、过/欠频孤岛检测法。

4.如权利要求3所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述过/欠电压、过/欠频孤岛检测法包括如下步骤：

根据电压、频率是否在规定范围内和/或启动计时的时间是否大于2s，作出下述判断：

3.1、当电压、频率在规定范围内，启动计时的时间大于2s时，重新确定不匹配程度；

3.2、当电压、频率不在规定范围内，检测出孤岛，发出闭锁信号。

5.如权利要求1或4所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述规定范围包括：电压和频率的规定范围分别为[0.85U_N,1.1U_N]和[49.5,50.5]，其中，U_N为额定电压。

6.如权利要求5所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，根据系统结构确定所述步骤A并网点电压相位信息；

所述系统结构包括：分布式发电系统直接接入并网点和通过变压器接入并网点的系统结构；

所述分布式发电系统直接接入并网点的系统结构的并网点电压相位等于基于PLL获得的并网点电压相位；

所述分布式发电系统通过变压器接入并网点的系统结构的并网电压相位为基于PLL获得的相位与变压器形成的相差之和。

7.如权利要求5所述的逆变器并联运行的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤B的相位扰动的施加包括：对分布式发电系统输出电流施加相位扰动；

施加相位扰动后的电流如下式所示：

i_N＝I_msin(2πft+θ) (2)

式中，N：逆变器的序号，θ：同步扰动相位，f：测量频率，t：时间，I_m：电流幅值。

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