CN108072815A - 一种基于pll的相位扰动孤岛检测方法 - Google Patents
一种基于pll的相位扰动孤岛检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于PLL的相位扰动孤岛检测方法，步骤为：在三相逆变器并网系统中，将公共耦合点(PCC)点电压进行abc‑dq坐标变换，三相中正序分量基波在dq轴为直流量，二次谐波在dq轴为工频量，对q轴提取直流量和工频量；在q轴提取的直流量电压经过锁相环输出两种相角，一组是未加入扰动的相角θpll，另一组则是加入扰动后的相角是在θpll的基础上注入一个周期同步的正弦修正信号σinj；θpll被用在控制系统的各个abc‑dq变换过程中，将应用在调制信号的dq‑abc反变换过程中用作扰动输出。将注入ksinθpll来替代θpll注入二次谐波信号，保证电流调制信号参数的幅值不因注入扰动而受影响，通过检测PCC点电压是否含有二次谐波来判断孤岛的。本发明方法能够快速、准确检测出孤岛，适用于电网不平衡以及多机情况。
Description
技术领域
本发明涉及电网检测领域，尤其是一种适用于多机并联的孤岛检测方法。
背景技术
新能源以分布式发电系统的形式逐渐走入人类社会，随着分布式发电系统装机容量逐渐增加，并网成为必然。孤岛检测是并网逆变器控制系统必不可少的组成部分。
传统多机孤岛检测方法面临着两个问题，一是孤岛检测方法多机并网情况下的有效性，一是所选取的孤岛检测方法，在检测之后不破坏孤岛稳定运行条件。现有的孤岛检测方法一般针对其在单机并网的情况下的研究比较深入，在多机并网情况下，大部分非破坏性主动孤岛检测方法会因为不同控制器之间所引入的扰动不一致而失效。
发明内容
本发明目的在于提供一种快速准确检测孤岛发生、算法简单可行、对电能质量的损害较小、能够在电网不平衡的情况下防止误动作的基于PLL的相位扰动孤岛检测方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，在三相逆变器并网系统中，将公共耦合点(PCC)的点电压进行abc-dq坐标变换，三相中正序分量基波在dq轴为直流量，二次谐波(注入)在dq轴为工频量，对q轴提取直流量(滤除工频量)和工频量；
电压中的基波经过abc-dq变换后成为了一个直流量，q轴提取直流量进行相位扰动，相比于传统方法可以减少相位扰动对电能质量的影响。
步骤2，在q轴提取的直流量电压经过锁相环输出两种相角，一组是未加入扰动的相角θpll，另一组则是加入扰动后的相角是在θpll的基础上注入一个周期同步的正弦修正信号σinj，此信号可正可负，具体定义为：
σinj＝k·sinθpll (2)
式中，k为相角扰动系数，表征扰动强度；
步骤3，θpll被用在控制系统的各个abc-dq变换过程中，而将应用在调制信号的dq-abc反变换过程中用作扰动输出；a相输出电流为：
由于k值很小，可以做如下变换和化简：
那么，逆变器a相输出电流为：
式中，Im为a相电流幅值。
步骤4，由化简结果可知，由于k值很小，将k sinθpll来替代θpll注入二次谐波信号，可以保证电流调制信号参数的幅值不因注入扰动而受影响，通过检测PCC点电压是否含有二次谐波来判断孤岛。
进一步的，步骤1中，公共耦合点(PCC)点电压的二次谐波经过abc-dq变换后成为一个工频量，其幅值与电压基波幅值Um成正比，与扰动系数k成正比。
进一步的，根据步骤4检测PCC点出电压信号二次谐波来判断孤岛，谐波对阻抗形式比较敏感，阈值的确定需要考虑负载的影响，根据步骤3产生的二次谐波，负载的大小表示为：
式中fr为负载谐波频率，f为二次谐波频率，R为负载电阻，Qf为负载品质因数，Zn为二次谐波负载阻抗，fr为负载谐振频率。
根据负载阻抗与品质因数、负载谐波频率等参数的关系来估算阈值σm大小，表示为：
σm＝I·|Z|·k/2 (9)
式中，I为估计相电流幅值，Z为估计负载阻抗。
进一步的，步骤3中的工频信号需要提取出来，提取方法为：首先从uq中提取工频信号uq_1，即被检测信号；其次分别对uq_1以50Hz为频率检测峰值λamp50，以5Hz为频率求得平均值λampAv5；然后两者作差得出δ；将提取出来的信号阈值σm逻辑比较判断孤岛。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本方法分析考虑了通过在干扰注入前滤除二次谐波来降低干扰对电能质量的影响。
2、通过检测二次谐波电压来孤岛检测，更加准确、快速。
3、由于其扰动的加入与锁相环相位相关，多机并网的情况下，不同逆变器之间的扰动具有一致性，断网后，不会相互抵消，适合于多机并网运行。
附图说明
图1是本发明方法的结构图。
图2是孤岛检测信号处理过程图。
图3是q轴工频量积分提取方法图。
图4是不同负载下信号检测图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明所述方法如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、在三相逆变器并网系统中，将公共耦合点(PCC)点电压进行abc-dq坐标变换，三相中正序分量基波在dq轴为直流量，二次谐波(注入)在dq轴为工频量，对q轴提取直流量(滤除工频量)和工频量，基于锁相环的相位扰动孤岛检测结构如附图1所示；
步骤2、在q轴提取的直流量电压经过锁相环输出两种相角，一组是未加入扰动的相角θpll，另一组则是加入扰动后的相角是在θpll的基础上注入一个周期同步的正弦修正信号σinj，此信号可正可负，具体定义为：
σinj＝k·sinθpll (2)
式中k为相角扰动系数，表征扰动强度；
步骤3、θpll被用在控制系统的各个abc-dq变换过程中，而将应用在调制信号的dq-abc反变换过程中用作扰动输出，扰动注入方式如附图1所示。因此a相输出电流为：
由于k值很小，可以做如下变换和化简：
那么，逆变器a相输出电流为：
步骤4、由化简结果可知，由于k值很小，将k sinθpll来替代θpll注入二次谐波信号，可以保证电流调制信号参数的幅值不因注入扰动而受影响，此方法是通过检测PCC点电压是否含有二次谐波来判断孤岛的，孤岛检测信号处理过程如附图2所示，其中q轴工频积分提取方法如附图3所示。
下面对本发明的有效性进行验证。
系统参数如下：平台为三相电压源型并网逆变器，采用LCL滤波器，恒定电流控制策略进行单位功率因数并网。控制结构框图如图1所示。逆变器直流侧电压700V，输出功率5kW，负载采用RLC并联负载。扰动增益k取0.03，判断阈值δ0选0.3，当δ超过0.3连续0.2s时，孤岛触发信号Trip置1，停止逆变器工作。仿真结果如附图4所示，其中，图4(a)为纯电阻负载下Qf＝0,R＝0.99(pu)检测信号图；图4(b)为RLC负载Qf＝1,fr＝50Hz,R＝0.99(pu)信号检测图；图4(c)为RLC负载Qf＝2.5,fr＝50Hz,R＝0.99(pu)信号检测图；可以看出该方法在不同负载情况下都能很好的检测出孤岛。
由于二次谐波的注入，在控制策略中为了尽可能减少对电能质量的干扰，在锁相环添加相位扰动前将二次谐波滤除，可以有效地减少因添加二次谐波而对电能质量的影响。当电网不平衡时，引发电网不平衡的主要是基波分量，其中在负序分量中对应到dq轴为二次谐波，采用定积分的方法进行基波的提取，可以实时复现需要检测的工频分量，在电网不平衡情况下，既可以防止误操作，又可以使孤岛检测准确快速实现。扰动的加入与锁相环的输出相位有关，其扰动具有唯一性，多机情况下具有扰动一致性的特点。多机并联情况下总扰动幅值在所有DG各自扰动幅值的最大值和最小值之间，因此设计单台无盲区便可以使多机情况下无盲区，另外本方法不含有正反馈，并具有微损性，在孤岛检测成功后，不破坏孤岛稳定运行的条件。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于PLL的相位扰动孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，在三相逆变器并网系统中，将公共耦合点(PCC)的点电压进行abc-dq坐标变换，三相中正序分量基波在dq轴为直流量，二次谐波(注入)在dq轴为工频量，对q轴提取直流量(滤除工频量)和工频量；
步骤2，在q轴提取的直流量电压经过锁相环输出两种相角，一组是未加入扰动的相角θpll，另一组则是加入扰动后的相角是在θpll的基础上注入一个周期同步的正弦修正信号σinj，此信号可正可负，具体定义为：
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σinj＝k·sinθpll (2)
式中，k为相角扰动系数，表征扰动强度；
步骤3，θpll被用在控制系统的各个abc-dq变换过程中，而将应用在调制信号的dq-abc反变换过程中用作扰动输出；a相输出电流为：
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步骤4，由化简结果可知，由于k值很小，将ksinθpll来替代θpll注入二次谐波信号，可以保证电流调制信号参数的幅值不因注入扰动而受影响，通过检测PCC点电压是否含有二次谐波来判断孤岛。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLL的相位扰动孤岛检测方法，其特征在于：步骤1中，公共耦合点(PCC)点电压的二次谐波经过abc-dq变换后成为一个工频量，其幅值与电压基波幅值Um成正比，与扰动系数k成正比。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLL的相位扰动孤岛检测方法，其特征在于：根据步骤4检测PCC点出电压信号二次谐波来判断孤岛，谐波对阻抗形式比较敏感，阈值的确定需要考虑负载的影响，根据步骤3产生的二次谐波，负载的大小表示为：
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根据负载阻抗与品质因数、负载谐波频率等参数的关系来估算阈值σm大小，表示为：
σm＝I·|Z|·k/2 (9)
式中，I为估计相电流幅值，Z为估计负载阻抗。
4.根据权利要求3所述的一种基于PLL的相位扰动孤岛检测方法，其特征在于：步骤3中的工频信号需要提取出来，提取方法为：首先从uq中提取工频信号uq_1，即被检测信号；其次分别对uq_1以50Hz为频率检测峰值λamp50，以5Hz为频率求得平均值λampAv5；然后两者作差得出δ；将提取出来的信号阈值σm逻辑比较判断孤岛。
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|---|---|---|---|
| CN201711389358.8A CN108072815A (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种基于pll的相位扰动孤岛检测方法 |
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| CN201711389358.8A CN108072815A (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种基于pll的相位扰动孤岛检测方法 |
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