CN112782501B - 一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，包括以下步骤：通过锁相环获取电网和并网逆变器的公共耦合点的电压频率和电流相位；根据检测到的电压频率计算主动频移式孤岛检测方法的扰动系数；根据输出参考电流相位，对电流幅值加入扰动，得到参考电流波形；根据电流波形以及电压频率判定是否能出现孤岛效应。本发明通过实时检测公共耦合点频率，确定能将频率偏移出过欠频保护阈值的改进主动频移法的最小扰动系数，在并网时能够减小注入电网的谐波和无功扰动量，在断网后能迅速检测出孤岛。

Description

一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法

技术领域

本发明涉属于逆变器型分布式并网发电电源包含技术领域，具体涉及一种 参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法。

背景技术

为解决人类所面临的巨大的能源需求和生态环境破环问题，资源丰富多样 且具有可再生性、清洁环保等优点的可再生能源受到越来越多的关注。分布式 发电是实现可再生能源有效利用的途径之一，但分布式并网发电系统会存在一 个不可避免的问题就是会引起孤岛效应。孤岛效应的定义是当公共电网因故障 断开而停止供电时，分布式发电设备继续给本地负荷供电，而形成的一个自给 供电的孤岛。孤岛效应会给用电负荷、分布式发电设备及电网运维人员造成严 重伤害。因此分布式并网发电设备要具备反孤岛功能。

反孤岛策略通常分为远程法和本地主动法，本地被动法三大类。远程检测 法是指在电网和DG间建立通信，DG侧信号接收器根据接收到的电网侧发来 的通信信号判别是否发生孤岛效应。远程法检测的优点是理论上无检测死区， 对DG的类型没有要求，适应于DG单机和多机并联运行的情形，不会对并网 电能质量造成影响；远程法的缺点是需要在DG和电网间建立通信，增加了通 信设施的成本，反孤岛的可靠性受到通信设施可靠性的约束。

被动式反孤岛策略是通过检测DG输出端电气量信号的变化判断是否发生 孤岛效应。包括输出端电压幅值、频率、谐波含量、相位，关键电量变化率。 被动式反孤岛策略优点是不需要向电网注入扰动量，对电能质量没有影响；多 机并联的情况不存在稀释效应。被动式的缺点是当逆变器功率和负载功率相等 或近似相等时，孤岛发生后电压幅值和频率变化不明显，没有超出过欠压、过 欠频保护的阈值，从而进入检测死区。

主动式反孤岛策略是对逆变器输出电压、电流进行扰动，然后检测公共点 电压幅值、频率、谐波含量、正负序分量等电气量的变化。并网时，由于电网 容量远大于DG容量，公共点电压受电网钳位，电压各电气量变化不大；孤岛 时，公共点电压不再受电网钳位，扰动作用使公共点电压各电气量超过保护阈 值，所以通过对电压各电气量的变化可判断是否发生孤岛效应。主动式反孤岛 策略的优点是检测盲区较小，检测速度及精度高。缺点是向电网注入扰动，降 低输出电能质量；当多机并联运行时，可能会产生稀释效应使扰动作用抵消或 减小，从而检测速度变慢甚至检测失败。

发明内容

本发明的目的在于提供一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法， 通过实时检测公共耦合点频率，确定能将频率偏移出过欠频保护阈值的改进主 动频移法的最小扰动系数，在并网时能够减小注入电网的谐波和无功扰动量， 在断网后能迅速检测出孤岛。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，包括以下步骤：

(1)通过锁相环获取电网和并网逆变器的公共耦合点的电压频率f和电 流相位θ；

(2)根据检测到的电压频率f计算主动频移式孤岛检测方法的扰动系数 K；当f>50Hz时，自适应扰动系数为：

当f≤50Hz时，自适应扰动系数为：

其中，Qf为负载品质因素，f_max为电网过频保护阈值，f_min为电网欠频保 护阈值；

(3)当输出参考电流相位θ处于

及

时，对电流幅值 加入扰动，扰动量为KI，，得到参考电流波形；

电流波形数学式如下：

(4)根据电流波形以及电压频率f，若f≥f_max或f≤f_min，则判定为可能出 现孤岛效应，此时计数器开始计数；若f≥f_max或f≤f_min持续5个工频周期，则 判定为发生孤岛效应，其中f_max为电网过频保护阈值，f_min为电网欠频保护阈值。

由上述技术方案可知，本发明所述的参数自适应的改进主动频移式孤岛检 测方法，根据检测到的公共耦合点电压的频率值计算出断网后将频率偏移出过 欠频保护范围所需要的最小改进主动频移孤岛检测法的扰动系数，在并网时注 入更少的无功扰动和谐波，同时在发生孤岛时能注入所需的无功扰动量促使公 共耦合点频率超出过欠频保护阈值，检测出孤岛。

附图说明

图1为改进主动频移式孤岛检测法参考电流波形图；

图2为本发明的孤岛检测方法控制框图；

图3为本发明的孤岛检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示，本实施例的，参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法， 具体步骤如下：

步骤1：通过锁相环获取电网和并网逆变器的公共耦合点的电压频率f和 相位θ；

步骤2：根据检测到的频率f计算改进主动频移式孤岛检测方法的扰动系 数K；

由傅里叶分析可知图1中失真的参考电流波形基波分量相对于公共耦合 点电压会有一个相移角，所以单位功率因数运行的逆变器会输出无功功率，逆 变器输出有功功率和无功功率的关系为：

Q/P＝2K/(π-2K) (1)

负载消耗有功功率和无功功率关系为：

将上述公式(1)、(2)联立，可得扰动系数K的表达式为：

其中，Q_f为本地负载品质因数，f为锁相环得到的公共耦合点电压的频率， f₀为本地负载谐振频率。

所以，当f>50Hz时，扰动系数为：

当f≤50Hz时，扰动系数为：

其中Q_f为负载品质因素，f_max为电网过频保护阈值，f_min为电网欠频保护 阈值。

步骤3：当输出参考电流相位θ处于

及

时，对电流幅 值加入扰动，扰动量为KI，其中：I为电流幅值，K为扰动系数，其他阶段保 持不变，可得到改进主动频移式孤岛检测法参考电流波形，其波形数学式如下：

图1中的实线即为上述参考电流波形数学式的图像。将步骤2计算得到的 K值带入到上述输出参考电流波形数学式(6)，即可得本发明所述的自适应扰 动系数的改进主动频移式孤岛检测法输出参考电流波形。输出电流参考值和负 反馈电流的差值经过电流控制器调节后，可得到逆变器输出的失真的电流波 形，控制框图如图2所示。当并网时，公共耦合点电压被电网钳位，频率不变； 当断网时，公共耦合点电压将跟随失真的电流波形基波分量，电压过零点提前 (延迟)到达，从而使频率不断增大(减小)。

步骤4：如图3所示，首先将计数值初始化为0。然后利用锁相环获取公 共耦合点电压的频率f，如果f超出过欠频保护阈值，可能是发生了孤岛，也 可能是扰动引起的，开始计数并对频率继续检测，如果f连续5个工频周期超 出过欠频保护阈值，则判定为发生孤岛效应；如果f未超出过欠频保护阈值， 则将计数值清零，继续对频率进行检测。

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作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)

1.一种参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过锁相环获取电网和并网逆变器的公共耦合点的电压频率f和电流相位θ；

(2)根据检测到的电压频率f计算主动频移式孤岛检测方法的扰动系数K；

当f>50Hz时，自适应扰动系数为：

当f≤50Hz时，自适应扰动系数为：

其中，Qf为负载品质因素，f_max为电网过频保护阈值，f_min为电网欠频保护阈值；

(3)根据输出参考电流相位θ，对电流幅值I加入扰动，扰动量为KI，得到参考电流波形；

(4)根据电流波形以及电压频率f，若f≥f_max或f≤f_min，则判定为可能出现孤岛效应，此时计数器开始计数；若f≥f_max或f≤f_min持续N个工频周期，则判定为发生孤岛效应，其中f_max为电网过频保护阈值，f_min为电网欠频保护阈值。

2.根据权利要求1所述的参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，

当输出参考电流相位θ处于

及

时，对电流幅值加入扰动。

3.根据权利要求1所述的参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，电流波形数学式如下：

4.根据权利要求1所述的参数自适应的改进主动频移式孤岛检测方法，其特征在于：所述持续N个工频周期，N为5。

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