CN111864803B - 一种光伏并网系统及其孤岛检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光伏并网系统及其孤岛检测方法，该方法通过实时获取光伏并网系统的检测信息，然后依据该检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量；再在检测信息中特定信号值的目标谐波超过相应预设值，且维持预设时长的方式时，判定光伏并网系统的高压侧出现孤岛，进而实现了对变压器电网侧出现单相开路时的孤岛检测，避免了逆变器仍然运行对电网的安全性能影响，提高了光伏并网系统运行的安全系数。

Description

一种光伏并网系统及其孤岛检测方法

技术领域

本发明涉及检测控制技术领域，具体涉及一种光伏并网系统及其孤岛检测方法。

背景技术

如今能源短缺问题日益严重，为了有效缓解能源短缺问题，利用新能源已经成为必然趋势，而作为清洁能源的太阳能，也因此受到越来越多的青睐。

随着太阳能的利用越来越多，光伏并网系统对电网的影响也越来越大。虽然电网公司通常会要求光伏并网系统需满足一定的并网条件，但是，在光伏并网系统的实际运行过程中，由于逆变器通过变压器与电网连接，若是变压器的电网侧断开三相中的任意一相，而逆变器仍然运行，就会出现开路故障从而引发过流等问题，也即孤岛效应，进而影响电网的安全性能。

发明内容

对此，本申请提供一种光伏并网系统及其孤岛检测方法，以解决变压器电网侧在出现单相开路时，逆变器仍然运行对电网的安全性能产生影响的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面公开了一种光伏并网系统的孤岛检测方法，包括：实时获取所述光伏并网系统的检测信息；

依据所述检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量；

判断所述检测信息中特定信号值的目标谐波是否超过相应预设值，且维持预设时长；

若是，则判定所述光伏并网系统的高压侧出现孤岛。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，依据所述检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量，包括：

依据所述逆变器输出功率的大小，确定负序量比例；

根据所述检测信息中电网电压的负序分量与所述负序量比例，确定所述负序无功量；

控制所述逆变器对电网注入相应的负序无功量。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述负序量比例为与所述逆变器输出功率成反比关系的数值。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述反比关系，为以下任意一种：基于特定预设值的反比关系、基于反向线性对应的反比关系以及基于阶梯对应的反比关系。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述负序无功量为所述电网电压的负序分量与所述负序量比例的乘积。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述特定信号值为以下任意一种：电网电压、所述逆变器的输出电流以及所述逆变器的母线电压。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述目标谐波为以下任意一种：二次谐波、三次谐波、五次谐波以及七次谐波。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述负序无功量为负序无功电流。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述负序无功电流的控制环中，对于d轴负序电流的控制逻辑为取反，对于q轴负序电流的控制逻辑为增加。

可选地，在上述的光伏并网系统的孤岛检测方法中，所述预设时长为零或者大于零。

本申请第二方面公开了一种光伏并网系统，包括：并网变压器、至少一个光伏阵列以及至少一个逆变器；其中：

所述逆变器的直流侧与相应所述光伏阵列相连；

所述逆变器的交流侧通过所述并网变压器连接电网；

所述逆变器的内部控制器，或者，所述光伏并网系统中与所述逆变器通信连接的系统控制器，用于执行如第一方面公开的任一所述的光伏并网系统的孤岛检测方法。

可选地，在上述的光伏并网系统中，所述并网变压器的原边N点接地。

基于上述本发明提供的光伏并网系统的孤岛检测方法，该方法通过实时获取光伏并网系统的检测信息，然后依据该检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量；再在检测信息中特定信号值的目标谐波超过相应预设值，且维持预设时长的方式时，判定光伏并网系统的高压侧出现孤岛，进而实现了变压器电网侧出现单相开路时的孤岛检测，避免了逆变器仍然运行对电网的安全性能影响，提高了光伏并网系统运行的安全系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种光伏并网系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光伏并网系统的孤岛检测方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种确定负序无功量的流程图；

图4为本申请实施例提供的另一种光伏并网系统的孤岛检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将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。

孤岛效应是指，当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏并网系统没能及时检测出停电状态而脱离电网，仍然向周围的负载供电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。

例如，在光伏并网系统的实际运行过程中，变压器的电网侧任意一相出现开路时，而逆变器仍然运行的这一现象，就为变压器的电网侧出现孤岛效应，也即下文中的光伏并网系统高压侧出现孤岛。

本申请实施例提供一种光伏并网系统，请参见图1，该光伏并网系统主要包括：并网变压器transformer、至少一个光伏阵列PV(图1仅以一个光伏阵列为例)以及至少一个逆变器Inv。其中：

逆变器Inv的直流侧与相应光伏阵列PV相连。

其中，光伏阵列PV是由多个光伏组件串并联构成的。

逆变器Inv的交流侧通过并网变压器transformer连接电网GRID。

具体的，该逆变器Inv用于接收光伏阵列PV输出的电能，并将所接收的电能依次通过逆变器Inv和并网变压器transformer送入电网GRID，以实现光伏并网系统的送电上网。

逆变器Inv的内部控制器，或者，光伏并网系统中与逆变器Inv通信连接的系统控制器，用于执行如下任一实施例所述的光伏并网系统的孤岛检测方法。

在实际应用中，该并网变压器transformer的原边N点接地，以保证并网变压器因绝缘损坏而漏电时产生的对地电压不超过安全范围。

需要说明的是，光伏并网系统还分为分布式并网系统和集中式并网系统，而无论是何种形式的光伏并网系统，均能执行本申请提供的孤岛检测方法，以实现光伏并网系统的孤岛故障保护。

还需要说明的是，关于光伏并网系统的相关说明，还可以参见现有技术，此处不再赘述。

在实际应用中，由于该光伏并网系统中并网变压器transformer的原边N点接地，当该并网变压器transformer中原边某一相断开时，并网变压器transformer副边电压几乎不产生变化，进而导致逆变器Inv无法获知故障发生，不对自身进行保护，特别是当逆变器Inv输出电流较小时，更是无法检测出故障发生。

由于无法及时检测出故障的发生，逆变器Inv仍然运行会对电网GRID的安全性能产生较大的影响，对此，本申请提供的光伏并网系统能够执行如下示出的任一实施例所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，以解决变并网压器transformer电网侧在出现单相开路时，逆变器Inv仍然运行对电网GRID的安全性能产生影响的问题。

在上述示出的光伏并网系统基础之上，本申请另一实施例提供了一种光伏并网系统的孤岛检测方法，用于解决上述光伏并网系统在实际运行过程中存在的问题。

请参见图2，该光伏并网系统的孤岛检测方法主要包括以下步骤：

S101、实时获取光伏并网系统的检测信息。

其中，该检测信息包括逆变器输出端口的电网电压、逆变器输出的有功功率(即逆变器输出功率)、逆变器的输出电流以及逆变器的母线电压等。

需要说明的是，本申请对获取得到该检测信息的具体过程不作限定，无论是通过光伏并网系统中自带的各类数据采集设备获得，还是额外增设采集装置获得，均属于本申请的保护范围。

而实际应用中，优选地，通过光伏并网系统中自带的各类数据采集设备获得该检测信息，如此便能无需增加额外增设采集装置所需成本。

S102、依据检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量。

在实际应用中，可以借助一个与逆变器输出功率成反比关系的负序量比例，来确定该负序量比例在电网电压的负序分量中所占的部分，作为逆变器对电网注入的负序无功量的大小；具体的，步骤S102的执行过程可如图3所示，主要包括以下步骤：

S201、依据逆变器输出功率的大小，确定负序量比例。

其中，该负序量比例为与逆变器输出功率成反比关系的数值。

换言之，逆变器输出功率越大，则对应的负序量比例数值越小，若是逆变器输出功率越小，则对应的负序量比例越大。

具体的，该负序量比例为与逆变器输出功率成反比关系可以是：基于特定预设值的反比关系、基于反向线性对应的反比关系以及基于阶梯对应反比中的任意一种。

需要说明的是，该特定预设值的具体取值大小可以视应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。同理，阶梯的具体选取，也可以根据应用环境和用户需求确定，本申请也不作具体限定，均属于本申请的保护范围。

值得说明的是，现有技术中，由于光伏并网系统中并网变压器的原边N接地，若是断开并网变压器原边中的任意一相，变压器副边电压几乎不产生变化，逆变器无法检测出故障，故不对自身进行保护，特别是当逆变器输出电流更小时上述问题更为突出。此时，若是通过现有技术中依据频率设置无功比例的方式，不能实现逆变器输出电流较小时的孤岛检测。

而本方案通过逆变器输出功率确定负序量比例，能够在逆变器输出电流较小时，实现对孤岛故障的检测。

S202、根据检测信息中电网电压的负序分量与负序量比例，确定负序无功量。

具体的，可以将电网电压的负序分量与负序量比例相乘，得到该负序无功量。

相较于现有技术中依据频率确定对电网注入负序无功量的方式，本方案根据逆变器输出功大小所确定的负序无功量更为合理。

在实际应用中，该负序无功量一般是负序无功电流，当然并不仅限于此，该负序无功量还可以是其他的功率参数，比如其可以直接是负序无功功率；本申请对其不作具体限定，均属于本申请的保护范围。

S203、控制逆变器对电网注入相应的负序无功量。

其中，控制逆变器对电网注入相应的负序无功量，目的在于增大负序电压，以实现对电网的扰动。而在实际应用中，由于其目的是增大负序电压，因此，对注入的负序无功量的方向具有一定的要求。

若假设该负序无功量为负序无功电流，则控制逆变器对电网注入相应的负序无功量过程中，对负序无功量的方向的具体要求是：在负序无功电流的控制环中，对于d轴负序电流的控制逻辑为取反，对于q轴负序电流的控制逻辑为增加。

需要说明的是，通过上述分别对d轴和q轴的控制逻辑，就能够达到增大该光伏并网系统的负序电压，扰动电网的目的。

在实际应用中，经过步骤S202得到负序无功量之后，控制逆变器对电网注入相应的负序无功量，扰动电网以便执行步骤S103。

S103、判断检测信息中特定信号值的目标谐波是否超过相应预设值，且维持预设时长。

具体的，特定信号值可以是电网电压、逆变器的输出电流以及逆变器的母线电压中的任意一种。

需要说明的是，本申请对特定信号值的具体类型不作限定，无论特定信号值具体为何种类型，均属于本申请的保护范围。

而在实际应用中，该目标谐波可以是二次谐波、三次谐波、五次谐波以及七次谐波中的任意一种。并且，本申请对目标谐波的具体类型不作限定，只要光伏并网系统中出现的谐波，均属于本申请所述的目标谐波。

假设该特定信号值为电网电压，特定信号值的目标谐波为三次谐波，则可以对该电网电压中的三次谐波进行实时检测，判断三次谐波是否超过预设值，且维持一定的预设时长。若是三次谐波超过预设值，且维持一定的预设时长，则执行步骤S104。

同理，若是特定信号值的目标谐波为七次谐波，则可以对该电网电压中的七次谐波进行实时监测，判断七次谐波是否超过预设值，且维持一定的预设时长。若是七次谐波超过预设值，且维持一定的预设时长，则一样执行步骤S104。

换言之，无论目标谐波的具体为何种谐波，当判断出检测信息中的特定信号值的目标谐波超过相应预设值，且维持预设时长之后，便均可执行步骤S104。

需要说明的是，本申请对该预设值的具体取值不作限定，只需保证目标谐波超过预设值时，光伏并网系统中出现孤岛即可。

在实际应用中，该预设时长可以是几分钟、几十秒、几秒等，甚至可以为零。具体的，该预设时长的具体取值还可视用户需求和应用环境确定，本申请不作具体限定，均属于本申请的保护范围。

该预设时长为零时，如图4所示，步骤S102之后，由步骤S401来代替步骤S103。

S401、判断特定信号值的目标谐波是否超过阈值。

若判断出特定信号值的目标谐波超过阈值，则直接确定出光伏并网系统的高压侧出现孤岛，也即执行步骤S104。

需要说明的是，通过判断特定信号值的目标谐波是否超过阈值的方式，能够保证逆变器满足快速检测电网发生开路故障的要求，以实现当光伏并网系统出现孤岛故障时，准确对孤岛故障的检测。

S104、判定光伏并网系统的高压侧出现孤岛。

在实际应用中，当判定光伏并网系统的高压侧出现孤岛后，可以控制逆变器停机，以实现对逆变器的故障保护。

当然，还能够控制光伏并网系统内的电能传输设备全部停机，以实现对光伏并网系统出现孤岛故障的保护。

需要说明的是，判断光伏并网系统的高压侧出现孤岛后，光伏并网系统所执行的相应操作，还可参见现有技术，此处不再赘述。

基于上述原理，本实施例通过实时获取光伏并网系统的检测信息，然后依据该检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量；再在检测信息中特定信号值的目标谐波超过相应预设值，且维持预设时长时，判定光伏并网系统的高压侧出现孤岛，进而实现了变压器电网侧出现单相开路时的孤岛检测，避免了逆变器仍然运行对电网的安全性能影响，提高了光伏并网系统运行的安全系数。

还值得说明的是，现有技术中还存在一种孤岛检测方法也是采用注入负序分量的方式，去判断是否发生孤岛的；但是该方法仅在谐波比较大时才注入负序分量，并且所采用的判断方式是比较总谐波和不平衡度，整个判断过程较为复杂；而本申请在整个检测过程中是实时根据逆变器输出功率大小，对电网注入的负序无功量的大小进行调整的，也即在检测过程中，无论何时均有负序无功量注入电网，并且本申请所采用的判断方式是检测目标谐波的变化，相较于现有的检测方法，本发明提供的方法除了具有上述示出的优点，整个判断过程还更加简便。

另外，现有技术中还存在一种孤岛检测方式是，依据相角进行负序注入，并通过相角变化判断是否发生孤岛，或者是通过检测电网的单次谐波量(2/4次正负序分量)，判断有无主动进行负序注入的方式判断是否发生孤岛，甚至是通过判断谐波增长率和频率增长率进行无功注入，然后判断频率是否超过预设来检测孤岛……但是，上述示出的检测方式均不能解决在光伏并网系统运行过程中，变压器电网侧在出现单相开路时，由于变压器副边电压几乎无变化，逆变器无法检测出孤岛，仍然运行对电网的安全性能产生影响的问题。而本申请提供的方案，能够在变压器电网侧出现单相开路时，依据电网功率和负序分量进行负序注入无功的方式，对电网进行扰动，并同时检测系统中目标谐波变化，以能够在目标谐波变化超出预设值时，快速检测出电网高压侧出现开路故障，以实现对系统的开路故障保护。

在实际应用中，若光伏并网系统中机器(例如逆变器)外接变压器后，将该变压器的原边N边接地。如果此时变压器的原边出现单相开路，则该机器需要进入保护状态，而此时若是系统中的逆变器输出功率较低，也即逆变器输出的电流较弱，则对变压器的扰动较弱，则执行孤岛检测更为困难。而本申请实施例所提供的光伏并网系统通过执行上述示出的孤岛检测方法，能够避免上述问题，进一步提高了孤岛检测的敏感性和准确性。

并且，本方案能够通过软件实现依据功率大小主动对光伏并网系统的负序无功扰动，进而检测光伏并网系统高压侧是否发生孤岛，无需对光伏并网系统中的硬件作任何改进，成本更低。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，包括：

实时获取所述光伏并网系统的检测信息；

依据所述检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量；所述负序无功量为负序无功电流时，对所述负序无功量的方向的要求是：所述负序无功电流的控制环中，对于d轴负序电流的控制逻辑为取反，对于q轴负序电流的控制逻辑为增加；

判断所述检测信息中特定信号值的目标谐波是否超过相应预设值，且维持预设时长；

若是，则判定所述光伏并网系统的高压侧出现孤岛。

2.根据权利要求1所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，依据所述检测信息中逆变器输出功率的大小，确定并控制逆变器对电网注入相应的负序无功量，包括：

依据所述逆变器输出功率的大小，确定负序量比例；

根据所述检测信息中电网电压的负序分量与所述负序量比例，确定所述负序无功量；

控制所述逆变器对电网注入相应的负序无功量。

3.根据权利要求2所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述负序量比例为与所述逆变器输出功率成反比关系的数值。

4.根据权利要求3所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述反比关系，为以下任意一种：基于特定预设值的反比关系、基于反向线性对应的反比关系以及基于阶梯对应的反比关系。

5.根据权利要求2所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述负序无功量为所述电网电压的负序分量与所述负序量比例的乘积。

6.根据权利要求1-5任一所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述特定信号值为以下任意一种：电网电压、所述逆变器的输出电流以及所述逆变器的母线电压。

7.根据权利要求1-5任一所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述目标谐波为以下任意一种：二次谐波、三次谐波、五次谐波以及七次谐波。

8.根据权利要求1-5任一所述的光伏并网系统的孤岛检测方法，其特征在于，所述预设时长为零或者大于零。

9.一种光伏并网系统，其特征在于，包括：并网变压器、至少一个光伏阵列以及至少一个逆变器；其中：

所述逆变器的直流侧与相应所述光伏阵列相连；

所述逆变器的交流侧通过所述并网变压器连接电网；

所述逆变器的内部控制器，或者，所述光伏并网系统中与所述逆变器通信连接的系统控制器，用于执行如权利要求1-8任一所述的光伏并网系统的孤岛检测方法。

10.根据权利要求9所述的光伏并网系统，其特征在于，所述并网变压器的原边N点接地。

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