CN115411767A - 逆变器、电力系统和孤岛检测方法 - Google Patents

逆变器、电力系统和孤岛检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种逆变器、电力系统和孤岛检测方法。该逆变器中包括逆变功率变换模块和控制模块，逆变器的输入端和输出端分别用于连接直流源和公共电网，逆变器和公共电网的公共耦合点PCC连接负载；控制模块用于基于第一扰动值，控制逆变功率变换模块输出无功扰动，并检测PCC的电压频率，其中，第一扰动值为当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的扰动值，且大于或等于第一采样周期的PCC的第二电压频率对应的第二扰动值，当前采样周期的前一采样周期为第一采样周期；控制模块还用于基于PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，控制逆变功率变换模块断开与负载的连接。实施本申请可实现快速检出电力供应孤岛，提高孤岛检测效率。

Description

逆变器、电力系统和孤岛检测方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种逆变器、电力系统和孤岛检测方法。
背景技术
新能源发电系统可以利用太阳能、风能、储能系统等产生直流电，通过逆变器转换为市电频率的交流电后，将交流电输出到公共电网以供公共电网使用，即新能源发电系统与电网、负载等构成复杂的电力系统。此电力系统具体可以包括直流源、逆变器、负载、并网开关、公共电网等。若该电力系统中的负载消耗的功率与逆变器输出的功率相匹配，则即使公共电网停止供电，逆变器也能持续给负载供电，使得逆变器和负载等形成的局部电网持续处于带电状态，形成电力供应孤岛。若电力供应孤岛产生，由于停电区域的非计划性带电以及电压和频率不受控，极易给电力检修人员及用电设备带来安全隐患，因此及时检测出电力系统中产生的电力供应孤岛并采取措施消除电力供应孤岛成为当前亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本申请提供了一种逆变器、电力系统和孤岛检测方法，可实现快速检出电力供应孤岛，提高孤岛检测效率。
第一方面，本申请提供了一种逆变器，该逆变器包括逆变功率变换模块和控制模块。其中，逆变功率变换模块的输入端用于连接直流源，逆变功率变换模块的输出端耦合连接公共电网，逆变器和公共电网的公共耦合点PCC连接负载。上述逆变器中的控制模块用于基于第一扰动值，控制逆变功率变换模块输出无功扰动，并检测PCC的电压频率，其中，第一扰动值为当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的扰动值，且大于或等于第一采样周期的PCC的第二电压频率对应的第二扰动值，当前采样周期的前一采样周期为第一采样周期；上述逆变器中的控制模块还用于基于PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，控制逆变功率变换模块断开与负载的连接。换句话说，上述逆变器中的控制模块可按照基于PCC的电压频率获得的无功扰动的值，控制逆变功率变换模块输出无功扰动，以根据PCC电压频率受无功扰动的影响来检测电力供应孤岛，其中，该逆变器中的控制模块计算获得的无功扰动的值是逐步变化的。
在本申请中，上述逆变器中的控制模块可基于第一扰动值，控制逆变器中的逆变功率变换模块输出无功扰动，该第一扰动值随时间逐步变化。这样，在电力供应孤岛存在时，通过输出逐步变化的无功扰动，可加快PCC电压频率的变化，实现快速检测出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果，提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，上述逆变器中的控制模块还用于：基于上述第二电压频率获得上述第二电压频率对应的第二扰动值，并基于扰动步长和上述第二扰动值获得上述第一扰动值。其中，扰动步长可基于公式计算得到。在本申请中，通过基于扰动步长和第二扰动值来获得第一扰动值，可以使获得的无功扰动的值按扰动步长逐步变化，进而使得逆变器的逆变功率变换模块输出的无功扰动按等步长逐步变化。这样，逆变器输出的无功扰动按等步长变化，在电力供应孤岛存在的情况下可使得PCC的电压频率的变化因无功扰动的影响变得可控，进而能使得PCC的电压频率的变化快速达到阈值，达到电力供应孤岛的检出条件，实现快速检出电力供应孤岛。
在一种可能的实施方式中，上述逆变器中的控制模块还用于：基于上述第一电压频率，以及当前采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率的平均值，获得第一频率变化量；基于第一频率变化量，获得第一扰动参考值。其中，N为大于1的整数，N个连续的采样周期包括上述第一采样周期。在本申请中N的取值范围可为25～1000，一个采样周期可以指公共电网的一个工频周期。具体的，上述第一电压频率可理解为当前电压频率，在当前采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率的平均值可理解为历史电压频率的滑窗平均值。因此通过当前电压频率和历史电压频率的滑窗平均值的差，可得到上述第一频率变化量。通过第一频率变化量和一定的比例系数，可得到第一扰动参考值。该第一扰动参考值大于或等于上述第一扰动值。
在本申请中，上述逆变器中的控制模块可以基于PCC当前的电压频率变化得到初始的扰动参考值(即第一扰动参考值)，并可将该扰动参考值作为上限来限定逆变器中的逆变功率变换模块输出的无功扰动的大小，这样，在未发生电力供应孤岛且公共电网电压频率发生正常波动时，逆变器不会直接按该扰动参考值输出无功扰动，而是输出更小的无功扰动，从而可以降低逆变器输出的无功扰动对公共电网电能质量产生的负面影响。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块用于：基于上述第二电压频率获得第二扰动参考值；在第二扰动参考值小于扰动步长的情况下，获得预设扰动值作为上述第二扰动值。该预设扰动值可以为0、接近0的较小值或接近上述第二扰动参考值的值等，具体可以根据实际场景进行设定，本申请不作限制。这样，就可以在PCC的电压频率变化较小的情况下，基于第二电压频率得到对应的第二扰动值，并按照该值来控制输出的无功扰动的大小。
在本申请中，在PCC电压频率变化较小时，逆变器中的控制模块通过该方式可获得相应较小的无功扰动的值，基于该值来输出无功扰动，可降低为检测孤岛效应而输出的无功扰动对电网电能质量产生的负面影响，且实施过程简单易行。
在一种可能的实施方式中，上述逆变器中的控制模块用于：在上述第一扰动参考值大于上述扰动步长，且上述第二扰动参考值小于上述扰动步长的情况下，获得预设初始值作为上述第一扰动值；在上述第一扰动参考值大于上述扰动步长，且上述第一扰动参考值等于上述第二扰动参考值的情况下，基于上述扰动步长和上述第二扰动值获得上述第一扰动值，其中，上述第一扰动值大于上述第二扰动值。该预设初始值可以设为小于扰动步长的固定值，或者设为等于扰动步长的值，具体可根据实际应用场景进行设定，本申请不作限制。
在本申请中，逆变器中的控制模块可通过上述方式获得第一扰动值，从时间纵向流动的角度来看，该第一扰动值按扰动步长逐步变化的，因而逆变器后续按第一扰动值输出的无功扰动也是有规律变化的，这样，可以在电力供应孤岛存在时，使得PCC电压频率的变化因受无功扰动影响变得可控，进而可加快电力供应孤岛的检出过程，降低孤岛检测超时的可能性，提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块还用于：在当前采样周期的PCC的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值的情况下，基于第一扰动值和短时扰动值，控制逆变器中的逆变功率变换模块输出无功扰动，其中，短时扰动值由所述逆变器的输出功率得到。本申请中，上述预设阈值可以取逆变器额定电压的1％，而短时扰动值的取值可以等于逆变器的瞬时有功功率的1％～5％，也可以等于逆变器的额定有功功率的1％～5％，具体可以根据实际应用场景确定，本申请不作限制。也就是说，逆变器中的控制模块可根据PCC电压频率的变化来计算获得无功扰动的值，也可以结合PCC电压负序分量的变化获得的短时扰动值一起来得到无功扰动的值。控制模块可结合以上两种方式获得一个确定的无功扰动的值，控制逆变功率变换模块按照该值输出无功扰动。
在本申请中，除了基于PCC电压频率变化来计算获得无功扰动的值这种方式外，还可以结合PCC负序电压的变化来计算获得无功扰动的值，这样，可以结合两种方式的优点，来检测电力供应孤岛，避免出现当PCC电压频率变化较小时可能导致孤岛检测超时的现象，有利于提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块还用于：基于第一电压负序分量，以及当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得所述第一电压变化量。其中，M为大于1的整数，在本申请中M可在25～1000范围内取值。PCC的电压负序分量具体可以通过锁相环来获得，也可采取其他方式获得。在本申请中，逆变器中的控制模块基于当前PCC的电压负序分量和对应的历史电压负序分量的滑窗平均值来获得第一电压变化量，可以发现PCC的电压负序分量发生突变的时机，有利于在电压负序分量发生突变时获得无功扰动的值以帮助进行孤岛检测，从而提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块用于：在短时扰动值小于第一扰动值的情况下，按照第一扰动值控制逆变功率变换模块输出无功扰动；或者，在短时扰动值大于第一扰动值的情况下，按照短时扰动值控制逆变功率变换模块输出无功扰动。在本申请中，逆变器中的控制模块从短时扰动值和第一扰动值中选择较大的值作为逆变功率模块将要输出的无功扰动的值，并控制逆变功率变换模块按照该值输出无功扰动，可以在电力供应孤岛发生时，尽量输出较大的无功扰动，加快孤岛检出速度，避免孤岛检测超时。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块用于：在短时扰动值大于第一扰动值的情况下，按照短时扰动值控制逆变功率变换模块在第一预设时长内持续输出无功扰动，并在第一预设时长的结束时刻到来时，控制逆变功率变换模块停止输出无功扰动。其中，第一预设时长可以根据具体场景设定，示例性的，可以取3～5个工频周期。在本申请中，逆变器可以在未发生孤岛而公共电网产生短暂连续波动时，间歇性地输出无功扰动，防止无功扰动的输出过于频繁，节省资源，减少对电网电能质量产生的负面影响。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块用于：在PCC的第三电压频率在第一参考时长内持续大于第一频率阈值或持续小于第二频率阈值的情况下，或者，在第三电压频率对应的频率变化率在第二参考时长内持续大于第一频率变化率阈值或持续小于第二频率变化率阈值的情况下，得到电力系统存在电力供应孤岛，即确定检测到电力供应孤岛，控制逆变功率变换模块断开与负载的连接，第三电压频率为当前采样周期之后的第二采样周期的PCC的电压频率。上述第一参考时长和第二参考时长可根据实际场景进行设置，本申请对此不作限制。示例性的，上述两个参考时长均可设为5个工频周期。这样，逆变器可以根据PCC的电压频率是否受无功扰动影响偏移至超出阈值来检测孤岛，也可以根据PCC的频率变化率是否超出阈值来检测孤岛。本申请中，当逆变器输出的无功扰动的大小按等步长变化时，受无功扰动影响PCC的电压频率的变化可控，根据电压频率获得的频率变化率也相应规律变化而不是随机变化，因此可使得PCC电压频率或频率变化率快速达到阈值，加快孤岛检出过程，提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，逆变器中的控制模块用于在基于PCC的电压频率检测到电力供应孤岛时，等待第三参考时长，在第三参考时长的结束时刻到来时控制逆变功率变换模块断开与负载的连接。上述第三参考时长可以根据实际场景进行设置，如设为2～5个工频周期，本申请对此不作限制。在本申请中，在多机并联场景下，单个逆变器检出孤岛后等待第三参考时长才延时封波关机，与检出孤岛后即刻封波关机的操作相比，可以防止对该场景下的其他逆变器的孤岛检测效果造成负面影响。
第二方面，本申请提供一种电力系统，该电力系统包括至少两个如上述第一方面及第一方面任一种可能的实施方式所提供的逆变器，而该至少两个逆变器的输出端并联后连接公共电网于PCC。该电力系统中还可以包括直流源、公共电网和负载等。在该电力系统中，各个逆变器中的控制模块还用于在上述短时扰动值大于上述第一扰动值的情况下，按照上述短时扰动值控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动。也就是说，对于上述至少两个逆变器中任一个逆变器来说，该逆变器可根据PCC电压频率的变化获得第一扰动值，以及根据PCC电压负序分量的变化获得短时扰动值，再基于第一扰动值和短时扰动值一起来得到无功扰动的值，并在短时扰动值大于第一扰动值时基于短时扰动值输出无功扰动。
在本申请中，在多个逆变器并联于PCC的场景下，多个逆变器可基于PCC的电压负序分量同步输出短时扰动值，假设该多个逆变器为相同类型的逆变器，那么该多个逆变器可同步输出等量同向的无功扰动。这样，多个逆变器在PCC输出的无功扰动不会因逆变器的采样或检测差异相互抵消，多个逆变器输出的方向一致的无功扰动在PCC叠加，可以在逆变器输出功率与负载吸收功率匹配度较高时加快PCC电压频率的偏移的速度，减小孤岛检测盲区，从而提高孤岛检测效率，防止孤岛检测超时。
第三方面，本申请提供一种孤岛检测方法，该方法适用于逆变器，该逆变器的输入端用于连接直流源，该逆变器的输出端和公共电网的公共耦合点PCC连接负载。该方法包括：基于第一扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动，并检测PCC的电压频率，其中，第一扰动值为当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的扰动值，且该第一扰动值大于或等于第一采样周期的PCC的第二电压频率对应的第一扰动值，上述第一采样周期为上述当前采样周期的前一个采样周期；基于PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，控制上述逆变功率变换模块断开与上述负载的连接。
在本申请中，在发生电力供应孤岛时，通过输出逐步变化的无功扰动，可加快PCC电压频率的变化，实现快速检测出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果，提高孤岛检测效率。
在一种可能的实施方式中，上述基于第一扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动之前，上述方法还包括：基于所述第二电压频率获得上述第二电压频率对应的上述第二扰动值，并基于扰动步长和上述第二扰动值获得上述第一扰动值。其中，扰动步长可基于公式获得。
在一种可能的实施方式中，上述基于扰动步长和上述第二扰动值获得第一扰动值之前，上述方法还包括：基于上述第一电压频率，以及上述当前采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率的平均值，获得第一频率变化量，其中，上述N为大于1的整数，上述N个连续的采样周期包括上述第一采样周期；基于上述第一频率变化量，获得上述第一扰动参考值。
在一种可能的实施方式中，上述基于第二电压频率获得上述第二电压频率对应的第二扰动值，包括：基于上述第二电压频率获得第二扰动参考值；在上述第二扰动参考值小于上述扰动步长的情况下，获得预设扰动值作为上述第二扰动值。
在一种可能的实施方式中，上述基于扰动步长和上述第二扰动值获得第一扰动值，包括：在上述第一扰动参考值大于上述扰动步长，且上述第二扰动参考值小于上述扰动步长的情况下，获得预设初始值作为上述第一扰动值；在上述第一扰动参考值大于上述扰动步长，且上述第一扰动参考值等于上述第二扰动参考值的情况下，基于上述扰动步长和上述第二扰动值获得上述第一扰动值，其中，上述第一扰动值大于上述第二扰动值。
在一种可能的实施方式中，上述基于第一扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动，包括：在上述当前采样周期的PCC的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值的情况下，基于上述第一扰动值和短时扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动，其中，上述短时扰动值由上述逆变器的输出功率得到。
在一种可能的实施方式中，上述基于上述第一扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动之前，上述方法还包括：基于上述第一电压负序分量，以及上述当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得上述第一电压负序分量对应的第一电压变化量，其中，上述M为大于1的整数。
在一种可能的实施方式中，上述基于上述第一扰动值和短时扰动值，控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动，包括：在上述短时扰动值小于上述第一扰动值的情况下，按照上述第一扰动值控制上述逆变功率变换模块输出无功扰动；或者，在上述短时扰动值大于上述第一扰动值的情况下，按照上述短时扰动值控制上述逆变功率变换模块在第一预设时长内持续输出无功扰动，并在上述第一预设时长的结束时刻到来时控制上述逆变功率变换模块停止输出无功扰动。
在本申请中，通过按照基于扰动步长和第二扰动值获得的第一扰动值来控制逆变器输出无功扰动，当获得的无功扰动的值按扰动步长逐步变化时，逆变器输出的无功扰动也按等步长逐步变化。这样，在电力供应孤岛存在的情况下，可使得PCC的电压频率的变化因无功扰动的影响变得可控，进而能使得PCC的电压频率的变化快速达到阈值，达到电力供应孤岛的检出条件，实现快速检出电力供应孤岛。
附图说明
图1是本申请提供的电力系统的一应用场景图；
图2是本申请提供的电力系统的另一应用场景图；
图3是本申请提供的电力系统的一结构示意图；
图4是本申请提供的电力系统的另一结构示意图；
图5是本申请提供的逆变器的一结构示意图；
图6是本申请提供的逆变器的另一结构示意图；
图7是本申请提供的基于PCC负序电压变化输出无功扰动的过程示意图；
图8是本申请提供的按等步长输出的无功扰动和PCC电压频率的变化示意图；
图9是本申请提供的逆变器中的控制模块进行孤岛检测的过程示意图；
图10是本申请提供的孤岛检测方法的流程示意图；
图11是本申请提供的并机运行的两个逆变器进行孤岛检测的波形示意图。
具体实施方式
随着能源需求的不断增加和碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断增加，正在加速替代化石能源。电力行业作为能源消耗的重点行业，已经将新能源发电纳入到电力系统中去，利用新能源发电实现电力资源的持续利用。新能源发电形成的小网络并入公共电网，可以提高公共电网的可靠性和安全性、有利于扩大公共电网的覆盖面、节约成本等。本申请提供的电力系统可以为利用太阳能、风能或储能系统等进行发电的新能源发电系统。本申请提供的逆变器可适用于上述电力系统，可将电力系统中的直流源产生的直流电转换为市电频率的交流电，再将该交流电输出到公共电网以供公共电网和负载使用，具体可供各种大型负载(如风机、水泵等工业用电设备)或者各种小型负载(如冰箱、电视等家庭用电设备)使用，在此不做限制。本申请提供的电力系统可适配不同的应用场景，比如，光伏供电场景、风力供电场景、光伏混合供电场景等，不同的应用场景可为电力系统提供不同的直流源，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
参见图1，图1是本申请提供的电力系统的一应用场景示意图。本申请提供的电力系统具体可以包括逆变器，还可以包括直流源。其中，逆变器的一端连接直流源，逆变器的另一端耦合连接公共电网，逆变器和公共电网的公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)连接负载。当公共电网和逆变器都正常运行时，逆变器可以将直流源输入的直流电变换为交流电后并入公共电网，为公共电网中各种类型的负载供电。在图1所示的电力系统中，直流源可以为光伏阵列、风力发电直流源、或者储能电源等。而相应的，该电力系统中的逆变器可以为光伏逆变器、风电变流器或者储能变流器(Power Conversion System,PCS)等。也就是说，在图1所示的电力系统中，当直流源为光伏阵列时，逆变器相应为光伏逆变器，那么光伏阵列提供的直流输入电压通过光伏逆变器进行电压功率转换成交流电压之后，可以被公共电网中的电机、水泵、暖通空调或者冰箱等各种类型的负载使用。可选的，如图2所示，图2是本申请提供的电力系统的另一应用场景示意图，该场景下电力系统可以包括多个逆变器，相应也包括多个直流源，多个逆变器并联后连接于PCC，公共电网与该多个逆变器耦合连接于PCC，负载连接在PCC。当公共电网和多个逆变器都正常运行时，多个直流源输入的直流电经过各自对应的逆变器转换后可以一起为公共电网中的负载供电。在图2所示的电力系统中，多个直流源可以为相同类型的直流源，也可以为不同类型的直流源，每个直流源的类型与该直流源对应的逆变器的类型匹配，例如，以光伏阵列作为直流源时，该直流源与光伏逆变器匹配。可理解的，图2所示直流源和逆变器的数量和类型用于举例，并不构成对本申请实施例的限定。然而，在图1和/或图2所示的电力系统中，若该电力系统中的逆变器输出的总功率和负载消耗的功率与相匹配，则即使公共电网停止供电，逆变器也能持续给负载供电，使得逆变器和负载等形成的局部电网持续处于带电状态，形成电力供应孤岛。电力供应孤岛产生后，会导致停电区域的非计划性带电以及电压和频率的不受控，极易给电力检修人员及用电设备带来安全隐患。
本申请提供的逆变器，可按照基于PCC的电压频率得到的无功扰动的值来输出无功扰动，并根据PCC电压频率受无功扰动的影响来检测电力供应孤岛，其中，该逆变器获得的无功扰动的值是逐步变化的。实施本申请，可以在发生电力供应孤岛时通过施加无功扰动加快PCC电压频率的变化，实现快速检测出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果，提高孤岛检测效率。下面将结合图3-图6对本申请提供的电力系统和逆变器进行示例说明。
参见图3，图3是本申请提供的电力系统的一结构示意图。在图3所示的电力系统中包括逆变器，还可以包括直流源。其中，该逆变器的输入端连接直流源，逆变器的输出端耦合连接公共电网；逆变器和公共电网的公共耦合点PCC连接负载。可选的，公共电网还可以通过电网开关和变压器(图3中未示出)与逆变器连接于PCC。在本申请中，直流源为逆变器提供直流电压输入。逆变器用于将直流源产生的直流电变换为公共电网所需的交流电，并向公共电网输出。该逆变器还用于检测上述电力系统中的电力供应孤岛，并在检测到电力供应孤岛时控制逆变器断开与负载的连接，实现及时检测出电力供应孤岛并采取措施消除电力供应孤岛，防止孤岛效应产生的危害。上述逆变器可为隔离型逆变器或者非隔离型逆变器，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。且上述逆变器可以是三相逆变器。
请参见图4，图4是本申请提供的电力系统的另一结构示意图。如图4所示，该电力系统可以包括N个逆变器，该电力系统还可以包括N个直流源。当该电力系统处于多机(即多个逆变器)运行的应用场景时，N可为大于1的整数。N个直流源中的每个直流源与各自对应的逆变器连接，而N个逆变器并联后与公共电网耦合连接于PCC，负载连接于PCC。其中，每个逆变器还可以通过各自对应的并网开关与公共电网连接于PCC，而公共电网也可以通过电网开关与上述N个逆变器连接于PCC。当公共电网和N个逆变器都正常运行时，电网开关和N个并网开关都正常闭合，N个直流源输入的直流电经过各自对应的逆变器转换后可以一起为公共电网中的负载供电。示例性的，该电力系统可以为光伏系统，即该电力系统中包括的直流源均为光伏阵列，逆变器均为光伏逆变器。
请参见图5，图5是本申请提供的逆变器的一结构示意图。如图5所示，该逆变器包括逆变功率变换模块和控制模块。逆变功率变换模块的输入端可作为逆变器的输入端，该输入端用于连接直流源；逆变功率变换模块的输出端可作为逆变器的输出端，该输出端可耦合连接公共电网于PCC。在本申请中，逆变器的逆变功率变换模块用于将直流源产生的直流电变换为公共电网所需的交流电，并向公共电网输出。逆变器的控制模块用于检测电力供应孤岛和在检测到电力供应孤岛时控制逆变器的逆变功率变换模块断开与负载的连接，实现及时检测出电力供应孤岛并采取措施消除电力供应孤岛，防止孤岛效应产生的危害。上述控制模块可为逆变器中的一个功能单元，换句话说，该控制模块可集成在逆变器中。上述逆变功率变换模块可以包括直流(direct current，DC)/交流(direct current，AC)变换电路、交流LCL型滤波电路和并网开关等，逆变器可以通过断开并网开关来实现与负载断开连接。如图5所示的逆变器可应用于如图3或图4所示的电力系统中，换句话说，图3、图4所述电力系统中的每个逆变器都可以为如图5所示的逆变器。可理解的，图4中的每个逆变器均包括控制模块和逆变功率变换模块，N个逆变器中每个逆变器的逆变功率变换模块的输出端并联后与公共电网耦合连接于PCC，每个逆变器中的控制模块均可用于检测电力供应孤岛，并在检测到电力供应孤岛时控制该逆变器中的逆变功率变换模块断开与负载的连接。
请参见图6，图6是本申请提供的逆变器的另一结构示意图。由图5可知，本申请提供的逆变器包括逆变功率变换模块和控制模块，进一步的，如图6所示，该逆变器中的控制模块具体可以包括信号采样单元、信号处理单元和环路控制单元。其中，逆变器中的信号采样单元可用于采集PCC的电压频率；逆变器中的信号处理单元可用于获得当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的第一扰动值，该第一扰动值大于或等于第一采样周期(指当前采样周期的前一个采样周期)的PCC的第二电压频率对应的第二扰动值；逆变器中的环路控制单元可用于基于第一扰动值，控制逆变功率变换模块输出无功扰动；逆变器中的信号处理单元还用于在基于信号采样单元在当前采样周期之后的第二采样周期的PCC的电压频率检测到电力供应孤岛时，控制逆变器的逆变功率变换模块断开与负载的连接。可以理解，当电力供应孤岛发生时，逆变器可基于PCC的电压频率变化输出一定的无功扰动，该无功扰动的输出会导致PCC的电压频率进一步发生变化，当逆变器持续输出一段时间的无功扰动后，PCC的电压频率的变化可能超出设定的阈值，逆变器据此可以检测出电力供应孤岛。在本申请中，电力系统中的逆变器通过控制模块包括的信号采样单元、信号处理单元和环路控制单元的相互配合来实现电力供应孤岛的检测。具体的，逆变器中的信号采样单元可持续采样监测PCC的电压频率，逆变器中的信号处理单元可基于信号采样单元获得的电压频率计算获得逆变器需要输出的无功扰动的值，并使获得的无功扰动的值按等步长逐步变化，逆变器中的环路控制单元可基于计算得到的无功扰动的值控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动，影响PCC的电压频率发生变化，以使得信号处理单元可通过信号采样单元的采样结果及时发现PCC的电压频率变化超出阈值，检测出电力供应孤岛。上述信号采样单元、信号处理单元和环路控制单元可为逆变器的控制模块中的模块器件，也可为该控制模块中的虚拟功能模块，换句话说，控制模块可以是逆变器中自带的功能模块，且该功能模块可执行上述信号采样单元、信号处理单元和环路控制单元所执行的功能。因此，下面从逆变器中的控制模块包括的信号采样单元、信号处理单元和环路控制单元这几个细化模块的角度，来介绍控制模块的具体功能。这些细化模块所执行的功能也均可由逆变器中的控制模块执行。
本申请提供的逆变器中的控制模块，可基于第一扰动值控制该逆变器中的逆变功率变换模块输出无功扰动，并检测PCC的电压频率。基于PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，则控制逆变功率变换模块断开与负载的连接。其中，第一扰动值为当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的扰动值，且大于或等于第一采样周期的PCC的第二电压频率对应的第二扰动值，当前采样周期的前一采样周期为第一采样周期。即从时间纵向流动的角度来看，第一扰动值是逐步变化的。也就是说，本申请提供的逆变器在开始检测孤岛效应时，可按照基于PCC的电压频率得到的逐步变化(具体可按扰动步长逐步变化)的无功扰动的值，来输出无功扰动。这样，逆变器输出的无功扰动逐步变化，在电力供应孤岛存在的情况下可使得PCC的电压频率的变化因无功扰动的影响变得可控，进而能使得PCC的电压频率的变化快速达到阈值，达到电力供应孤岛的检出条件，实现快速检出电力供应孤岛，提高孤岛检测效率。
在一些可行的实施方式中，在上述电力系统中(上述图1-图4所示的电力系统，以下简称上述电力系统)，逆变器输出的无功扰动可以无功功率或无功电流作为扰动量，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制，本申请以无功扰动用无功功率作为扰动量为例进行说明。进一步的，本申请提到的扰动值指无功扰动的绝对值的大小，不涉及无功扰动的正负，即上述第一扰动值、第二扰动值、第一参考扰动值、第二参考扰动值等扰动值的大小，并不影响无功扰动实际是容性的扰动量或感性的扰动量。
在一些可行的实施方式中，上述逆变器中的信号处理单元还可用于基于第一电压频率获得第一扰动参考值。具体的，在当前采样周期的第一电压频率可理解为当前电压频率，在当前采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率的平均值可理解为历史电压频率的滑窗平均值，N为大于1的整数，本申请中N的取值范围可为25～1000，一个采样周期可以指公共电网的一个工频周期。其中，逆变器中的信号采样单元可以通过过零检测法或锁相环等来获得电压频率，本申请不作限制。上述逆变器中的信号处理单元在获得第一电压频率和上述N个连续采样周期的PCC的电压频率的平均值后，可基于第一电压频率和上述N个连续采样周期的PCC的电压频率的平均值获得第一频率变化量，再基于第一频率变化量获得上述第一扰动参考值。详细的，上述第一频率变化量可通过当前电压频率和历史电压频率的滑窗平均值的差得到，而第一扰动参考值可通过第一频率变化量和一定的比例系数得到。该第一扰动参考值大于或等于第一扰动值。通过这种方式，上述逆变器中的信号处理单元可以基于PCC当前的电压频率变化得到初始的扰动参考值(即第一扰动参考值)，并可将该扰动参考值作为上限来限定逆变器中的逆变功率变换模块输出的无功扰动的大小，这样，在未发生电力供应孤岛且公共电网电压频率发生正常波动时，逆变器不会直接按该扰动参考值输出无功扰动，而是输出更小的无功扰动，从而可以降低逆变器输出的无功扰动对公共电网电能质量产生的负面影响。
在一些可行的实施方式中，上述逆变器中的信号处理单元可用于基于第一采样周期的PCC的第二电压频率获得第二电压频率对应的第二扰动值。具体的，逆变器中的信号处理单元可以先基于第二电压频率获得第二扰动参考值。其中，逆变器中的信号处理单元可按照上文描述的第一频率变化量和第一扰动参考值的获得方式，来获得第二扰动参考值，即根据第二电压频率、第二电压频率对应的历史电压频率的滑窗平均值之差获得第二频率变化量，根据第二频率变化量获得第二扰动参考值。然后，当逆变器中的信号处理单元获得的第二扰动参考值小于上述预设的扰动步长时，获得预设扰动值作为第二扰动值。上述预设扰动值可以为0、接近0的较小值或接近上述第二扰动参考值的值等，具体可以根据实际场景进行设定，本申请不作限制。这样，就可以在PCC的电压频率变化较小的情况下，基于第二电压频率得到第二电压频率对应的第二扰动值。可以理解，在上述电力系统中，当逆变器和公共电网都正常工作时，PCC的电压频率可能正常波动，那么逆变器中的信号采样单元获得的第二电压频率相比历史电压频率的平均值的变化较小，按照上述过程获得的第二扰动值为上述预设扰动值，也较小，因而此时逆变器可按该第二扰动值输出较小的无功扰动，该无功扰动对电网电能质量产生的负面影响也较小。可理解的，此时逆变器可获得大小等于第二扰动值的值作为第一扰动值，按照第一扰动值输出无功扰动，即可视为按第二扰动值的大小输出无功扰动。通过上述过程可以在PCC电压频率变化较小时获得相应较小的无功扰动的值，该方式简单易行，可以降低为检测孤岛效应而输出的无功扰动对电网电能质量产生的负面影响。
在一些可行的实施方式中，上述逆变器中的信号处理单元可用于基于扰动步长和上述第二扰动值获得当前采样周期的PCC的第一电压频率对应的第一扰动值。具体的，一方面，当出现第一扰动参考值大于扰动步长，且第二扰动参考值小于扰动步长的情况时，逆变器可以发现在当前采样周期获得的PCC的电压频率与前一个采样周期相比发生较大变化。这种情况可能是电力系统中产生电力供应孤岛导致的，因而逆变器中的信号处理单元可以获得预设初始值作为第一扰动值，以便后续可控制逆变器中的逆变功率变换模块按照预设初始值开始输出无功扰动，并在输出无功扰动后根据PCC的电压频率是否受无功扰动的影响发生变化和具体变化情况来检测电力供应孤岛。可理解的，该预设初始值可以设为小于扰动步长的固定值，或者设为等于扰动步长的值，具体可根据实际应用场景进行设定，本申请不作限制。本申请中，上述扰动步长可以按照以下公式(1)计算得到：
Figure BDA0003774369600000091
其中，Gradthres为扰动步长，k为比例系数，取值范围可为1.2～2.0，Q为品质因数，Rt为频率变化率阈值，fres为负载LC谐振频率，frate为公共电网的额定频率。
另一方面，当上述第一扰动参考值大于扰动步长，且该第一扰动参考值等于上述第二扰动参考值时，逆变器中的信号处理单元可基于扰动步长和第二扰动值来获得第一扰动值。可理解的，第一扰动参考值和第二扰动参考值是基于对应的电压频率获得的，两者相等且大于扰动步长，即表示在当前采样周期和第一采样周期这连续的两个采样周期PCC的电压频率的变化基本相等。这说明在此过程中，因受逆变器输出的无功扰动的影响，PCC的电压频率的变化是可控的，因此可继续按本申请提供的方法来计算获得逆变器之后需要输出的无功扰动。其中，上述基于扰动步长和第二扰动值来获得第一扰动值，可以指基于第二扰动值与扰动步长的和值获得第一扰动值。可理解的，第一扰动值也可与上述和值之间存在偏差，如当上述和值大于第一扰动参考值时，第一扰动值取等于第一扰动参考值的值，这样可以保证第一扰动值始终不会超过第一扰动参考值。通过上述过程，逆变器中的信号处理单元可以通过计算获得第一扰动值，并将该第一扰动值作为逆变器将要输出的无功扰动的值。当电力系统中存在电力供应孤岛时，从时间纵向流动的角度来看，由于该第一扰动值按扰动步长逐步变化，那么按照该第一扰动值输出的无功扰动也逐步变化，因而PCC的电压频率受该无功扰动影响发生的变化也是可控且规律的。也就是说，上述逆变器基于PCC的电压频率变化获得按等步长变化的无功扰动的值以输出无功扰动，可以使得PCC电压频率的变化能快速达到电力供应孤岛的检出条件，有利于降低孤岛检测超时的可能性，提高孤岛检测效率。
可选的，在一些可行的实施方式中，除了按照上述基于PCC的电压频率变化来计算无功扰动的值这一方式，逆变器还可以结合其他方式一起来计算获得无功扰动的值。示例性的，逆变器还可以基于PCC的三相电压负序分量(又叫负序电压，以下简称电压负序分量)来获得无功扰动的值。可理解的，上述电力系统中的逆变器为三相逆变器，因而直流源通过该三相逆变器输出三相交流电，而公共电网中的负载包括三相负载和单相负载(可视为不对称的三相负载)，因而上述负载一般可理解为不对称的三相负载。当未发生孤岛时，公共电网正常运行，由于公共电网的三相电压不平衡度满足相关规定，即使负载为不对称的三相负载，PCC的三相电压也基本是平衡的，所以此时PCC的电压负序分量较小。而当发生孤岛时，公共电网断开与逆变器、负载的连接，由于负载为不对称的三相负载，可能导致PCC的电压负序分量突然增大。因此，逆变器可以基于PCC的电压负序分量来发现输出无功扰动的时机，并计算获得无功扰动的值。具体的，逆变器中的信号处理单元可以基于当前采样周期的第一电压负序分量，以及当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得第一电压变化量，该第一电压变化量可以反映当前电压负序分量与历史电压负序分量的滑窗平均值之间的差距。M为大于1的整数，在本申请中M可在25～1000范围内取值。其中，PCC的电压负序分量具体可以通过锁相环来获得，利用锁相环可以滤除电压的直流分量和谐波分量，获得较纯净的基波电压负序分量。可选的，还可以采用其他方式来获得PCC的电压负序分量，例如获得电压的幅值和相位后再利用公式计算获得电压负序分量，本申请对此不作限制。进一步的，逆变器中的信号处理单元在上述第一电压变化量大于预设阈值的情况下，获得短时扰动值，并基于该短时扰动值和上述第一扰动值获得无功扰动的值，以便后续可按照该无功扰动的值控制逆变器中的逆变功率变换模块输出无功扰动。本申请中，上述预设阈值可以取逆变器额定电压的1％，而上述短时扰动值可以由逆变器的输出功率得到，示例性的，该短时扰动值的取值可以等于逆变器的瞬时有功功率的1％～5％，也可以等于逆变器的额定有功功率的1％～5％，具体可以根据实际应用场景确定，本申请不作限制。其中，逆变器的瞬时有功功率可以根据信号采样单元采集的有功电流和有功电压计算得到。通过上述过程，逆变器可以利用PCC的负序电压的变化来计算获得无功扰动的值，这样可以采取另一种方式来帮助检测电力供应孤岛，避免出现当PCC电压频率变化较小时可能导致孤岛检测超时的现象，有利于提高孤岛检测效率。
在一些可行的实施方式中，上述逆变器中的信号处理单元可以根据PCC电压频率的变化来计算获得无功扰动的值，也可以根据PCC电压频率的变化和PCC电压负序分量的变化来一起获得无功扰动的值。其中，若采用以上方式获得的第一扰动值和短时扰动值，均可为上述当前采样周期之后的同一个时刻将要输出的无功扰动的值，那么需要从上述第一扰动值和短时扰动值中，选择一个作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的无功扰动的值。具体的，可以选择其中较大的值作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的无功扰动的值。也就是说，当短时扰动值小于第一扰动值时，上述逆变器中的信号处理单元选择第一扰动值作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的无功扰动的值，相应的，逆变器中的环路控制单元按照第一扰动值来控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动；而当短时扰动值大于第一扰动值时，上述逆变器中的信号处理单元选择短时扰动值作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的无功扰动的值，相应的，逆变器中的环路控制单元按照该短时扰动值来控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动。当短时无功扰动等于第一扰动值的情况下，则可选择两者中的任一个作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的无功扰动的值，本申请对此不作限制。通过实施上述过程，逆变器可以将两种不同的获得无功扰动的值的方式结合起来进行孤岛检测，有利于提高孤岛检测效率。
在一些可行的实施方式中，若逆变器中的环路控制单元按照上述短时扰动值控制逆变器中的逆变功率变换模块输出无功扰动，那么进一步的，逆变器中的环路控制单元具体可控制逆变功率变换模块在第一预设时长内持续输出无功扰动，并在第一预设时长的结束时刻到来时，控制上述逆变功率变换模块停止输出无功扰动。其中，第一预设时长可以根据具体场景设定，示例性的，可以取3～5个工频周期。若逆变器在停止输出无功扰动一段时间(例如1s)后，若又在某时刻达到上文提到的两个条件：PCC的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值，以及上述短时无功扰动值大于第一扰动值，那么逆变器可重新进行上述按照短时扰动值间歇性输出无功扰动的过程。参见图7，图7为本申请提供的基于PCC负序电压变化输出无功扰动的过程示意图，如图7所示，逆变器按照短时扰动值Qs在第一预设时长t0内持续输出无功扰动后，在t1时长内锁定停止输出无功扰动，之后，若又达到上述两个条件，则重新按Qs在第一预设时长t0内持续输出无功扰动。这样，逆变器可以在未发生孤岛而公共电网产生短暂连续波动时，间歇性地输出无功扰动，防止无功扰动的输出过于频繁，节省资源，减少对电网电能质量产生的负面影响。
在一些可行的实施方式中，本申请提供的电力系统为如图4所示的电力系统，该电力系统包括多个如图5或图6所述的逆变器，且这些逆变器的输出端并联连接公共电网于PCC，那么，这些逆变器均可以通过上述两种不同的方式来获得无功扰动的值。其中，各个逆变器中的信号采样单元都可用于采集PCC的电压电流。针对每个逆变器来说，当该逆变器中的信号处理单元获得的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值，且短时扰动值大于第一扰动值时，该逆变器中的环路控制单元可以按照该短时扰动值控制该逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动。可以理解，由于各个逆变器中的信号处理单元采集的电压均为PCC的电压，那么各个逆变器获知第一电压变化量大于预设阈值的时机基本一致，因而后续按照短时扰动值控制逆变器中的逆变功率变换模块开始输出无功扰动的时刻也非常接近，可理解为上述多个逆变器是同步输出无功扰动的。进一步的，假设上述多个逆变器为相同类型的逆变器，短时扰动值根据逆变器的额定输出功率获得，那么各个逆变器获得的短时扰动值相同。此时这些逆变器输出的无功扰动大小相等、方向相同(指同为感性或同为容性)。也就是说，在多机(即多个逆变器)并联的场景下，多机可以同步输出等量同向的无功扰动。因此，与其他被动孤岛检测方法相比，本申请中的多个逆变器在PCC输出的无功扰动不会因逆变器的采样或检测差异相互抵消，多个逆变器输出的方向一致的无功扰动在PCC叠加，可以在逆变器输出功率与负载吸收功率匹配度较高时加快PCC电压频率的偏移的速度，减小孤岛检测盲区，从而提高孤岛检测效率，防止孤岛检测超时。
在一些可行的实施方式中，逆变器中的环路控制单元控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功后，上述逆变器中的信号处理单元可基于第二采样周期的PCC的电压频率来检测电力供应孤岛。具体的，若逆变器中的信号处理单元发现第二采样周期的PCC的第三电压频率超出频率阈值，或者第三电压频率对应的频率变化率超出频率变化率阈值，则确定检测到电力供应孤岛。可理解的，上述频率阈值可包括作为上限的第一频率阈值和作为下限的第二频率阈值，具体可根据逆变器需要执行的认证标准来确定。上述频率变化率阈值可包括作为上限的第一频率变化率阈值和作为下限的第二频率变化率阈值，具体可根据逆变器需要通过的最大频率穿越值确定。其中，第三电压频率对应的频率变化率(Rate ofChange of Frequency，RoCoF)可以根据以下公式(2)计算：
RoCoF＝(fpcc-fpcclast)×fpcc (2)
其中，fpcc为上述第三电压频率，fpcclast为第二采样周期的前一个采样周期的电压频率。
在一些可行的实施方式中，逆变器中的信号处理单元可基于以下情况检出电力供应孤岛：PCC的第三电压频率在第一参考时长内持续大于第一频率阈值或持续小于第二频率阈值，或者，第三电压频率对应的频率变化率在第二参考时长内持续大于第一频率变化率阈值或持续小于第二频率变化率阈值。可理解的，第三电压频率可泛指上述当前采样周期后的任一个第二采样周期的电压频率，第三电压频率在第一参考时长内持续大于第一频率阈值(或小于第二频率阈值)，可以是指当前采样周期后的连续几个采样周期(这些采样周期的总时长相应超过第一参考时长)的电压频率均大于第一频率阈值(或小于第二频率阈值)。相应的，第三电压频率对应的频率变化率在第二参考时长内持续大于第一频率变化率阈值或持续小于第二频率变化率阈值，也可参考上述说明理解。上述第一参考时长和第二参考时长可根据实际场景进行设置，本申请对此不作限制。示例性的，上述两个参考时长均可设为5个工频周期。另外，在一些可选的实施方式中，由于检测误差的存在，逆变器的信号采样单元在单个采样周期内采集的第三电压频率可能会出现短时波动，因此在计算频率变化率之前，逆变器中的信号处理单元可以将包含第二采样周期在内的L个采样周期各自采集的电压频率的滑动平均值作为上述第三电压频率。L可以根据需要取值，例如可为5～10。也就是说，在上述电力系统中，逆变器中的信号处理单元可以对当前采样周期之后采集的电压频率执行宽度为5～10个工频周期的滑动平均处理获得第三电压频率。这样，逆变器可以根据PCC的电压频率是否受无功扰动影响偏移至超出阈值来检测孤岛，也可以根据PCC的频率变化率是否超出阈值来检测孤岛。可理解的，在本申请中逆变器中的信号处理单元获得的第一扰动值按扰动步长逐步变化，若逆变器中的环路控制单元按第一扰动值控制逆变功率变换模块输出无功扰动，那么逆变器输出的无功扰动的大小也按等步长变化，受无功扰动影响PCC的电压频率的变化可控，根据电压频率获得的频率变化率也相应规律变化而不是随机变化，因此逆变器通过输出无功扰动使得PCC电压频率或频率变化率快速达到阈值，加快孤岛检出过程，提高孤岛检测效率。参见图8，图8为本申请提供的按等步长输出的无功扰动和PCC电压频率的变化示意图。在如图1所示的应用场景中，若电力系统中的逆变器按上述方式来进行孤岛检测，那么在电力供应孤岛发生后，逆变器输出的无功扰动按上述扰动步长变化(也即按等步长变化)，具体如图8所示，按等步长输出的无功扰动Qf(如图8中右图的实线所示)呈线性变化，相应的逆变器获得的PCC电压频率f(如图8中左图的实线所示)也呈线性变化，因此，PCC的电压频率的变化是规律的，进而可以使得频率变化率规律变化，保证逆变器能快速检出孤岛。图8中虚线表示一种利用无功扰动的主动孤岛检测方法中无功扰动和PCC电压频率的变化趋势，该方法中频率变化率的变化可能不规律，与此方法相比，采用本申请可以提高孤岛检测效率。
在一些可行的实施方式中，在如图4所示的多机并联场景下，针对每个逆变器而言，逆变器在检测到电力供应孤岛后，可以等待第三参考时长，在第三参考时长的结束时刻到来时才断开与负载的连接。具体的，逆变器可通过采取封波、关机等措施实现与负载断开连接。上述第三参考时长可以根据实际场景进行设置，如设为2～5个工频周期，本申请对此不作限制。可理解的，逆变器检出孤岛后等待第三参考时长才延时封波关机，与检出孤岛后即刻封波关机的操作相比，可以防止对其他逆变器的孤岛检测效果造成负面影响。
下面结合图9对上述逆变器中的控制模块进行孤岛检测的过程进行说明。如图9所示，该过程具体包括：
一方面，该逆变器中的控制模块可获得PCC的第一电压频率，并基于该第一电压频率获得第一频率变化量Δf，然后基于第一频率变化量Δf获得第一扰动参考值Qp，再基于该第一扰动参考值Qp和扰动步长Gradthres获得第一扰动值Qf；另一方面，该逆变器中的控制模块还可以获得PCC的第一电压负序分量，并基于该第一电压负序分量获得第一电压变化量ΔVgn，当第一电压变化量ΔVgn超过预设阈值时获得短时扰动值Qs。
当上述第一扰动值Qf和短时扰动值Qs均可作为当前采样周期后的同一时刻逆变器将要输出的无功扰动的值时，上述逆变器中的控制模块可从第一扰动值Qf和短时扰动值Qs中选取较大的一者，作为逆变器的逆变功率变换模块将要输出的用于检测电力供应孤岛的无功扰动的值Qairef，并通过执行功率环的环路控制，产生相应的脉冲宽度调制(Pulsewidth modulation，PWM)驱动信号，以使得上述逆变器的逆变功率变换模块按上述计算得到的无功扰动的值Qairef来输出用于检测电力供应孤岛的无功扰动，从而根据该无功扰动对PCC的电压频率的影响来进行孤岛检测。图9中的Pref和Qref与孤岛检测无关，表示逆变器正常运行时的有功调度值和无功调度值。
在本申请中，在并网的逆变器为公共电网中的负载供电的情况下，逆变器的控制模块可基于在当前采样周期的PCC的第一电压频率获得第一扰动参考值，并基于当前采样周期的前一个采样周期的PCC的第二电压频率获得对应的第二扰动值，然后基于该第二扰动值、第一扰动参考值和扰动步长获得第一扰动值，按照第一扰动值控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动，以使得PCC的电压频率或频率变化率受无功扰动影响达到阈值并据此检出电力供应孤岛，在检测到电力供应孤岛后控制逆变器断开与负载的连接。本申请中的无功扰动按扰动步长逐渐变化，可使得PCC的电压频率变化也变得可控和规律，有利于加快检出电力功率孤岛，避免孤岛检测超时，提高孤岛检测效率。本申请中，第一扰动值小于或等于第一扰动参考值，在电力供应孤岛未发生的情况下有利于降低无功扰动输出对电网电能质量产生的负面影响。进一步的，本申请还可以基于PCC的负序电压的变化来获得即将输出无功扰动的值，将这种方式和上述按扰动步长获得无功扰动的值的方式结合起来，有利于实现优势互补提高孤岛检测效率。在多逆变器并机运行的场景下，多机可以同步输出等量同向的无功扰动，有利于减小孤岛检测盲区，加快PCC电压频率的偏移，从而加快检出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果，提高孤岛检测效率。
参见图10，图10是本申请提供的孤岛检测方法的流程示意图。本申请提供的孤岛检测方法适用于逆变器，其中，该逆变器的输入端可以用于连接直流源，逆变器的输出端与公共电网耦合连接，且耦合连接点PCC连接负载。示例性的，本申请提供的孤岛检测方法可适用于如图5或图6所示的逆变器，该逆变器可应用于上述图1-图4所示的电力系统。如图10所示，该方法可包括如下步骤：
S1001，获得第一采样周期的PCC的第二电压频率，并基于该第二电压频率获得第二电压频率对应的第二扰动值。
在一些可行的实施方式中，逆变器可以获得在第一采样周期(即当前采样周期的前一个采样周期)的PCC的第二电压频率，以及第一采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率，然后基于该第二电压频率和该N个电压频率的平均值获得第二频率变化量。基于第二频率变化量获得第二扰动参考值，该第二扰动参考值可作为上限来限制第二扰动值的大小。在第二扰动参考值小于扰动步长的情况下，获得预设扰动值作为第二扰动值。其中，扰动步长是按照上述公式(1)计算获得的。
S1002，获得当前采样周期的PCC的第一电压频率，并基于该第一电压频率获得第一扰动参考值。
在一些可行的实施方式中，逆变器获得第一扰动参考值的方式与上述步骤S1001中获得第二扰动参考值的方式相同。具体的，可获得当前采样周期的PCC的第一电压频率，以及当前采样周期之前N个连续的采样周期的PCC的电压频率，然后基于该第一电压频率和对应的该N个电压频率的平均值获得第一频率变化量。基于第一频率变化量获得第一扰动参考值，并将该第一扰动参考值作为上限来限制第一扰动值的大小。
S1003，基于第一扰动参考值、扰动步长和第二扰动值获得第一电压频率对应的第一扰动值。
在一些可行的实施方式中，逆变器可基于上述第一扰动参考值、扰动步长和第二扰动值来获得第一扰动值。具体的，在第一扰动参考值大于扰动步长，且第二扰动参考值小于扰动步长的情况下，获得预设初始值作为第一扰动值；在第一扰动参考值大于扰动步长，且第一扰动参考值等于第二扰动参考值的情况下，基于扰动步长和第二扰动值获得第一扰动值，其中，第一扰动值大于第二扰动值。而且，该第一扰动值不超过第一扰动参考值。
执行步骤S1001-步骤S1003，可利用PCC的电压频率的变化来获得第一扰动值作为无功扰动的值，若后续按照第一扰动值输出无功扰动，那么输出的无功扰动是按照等步长逐步变化的。也就是说，按照第一扰动值输出无功扰动，一方面，在电力供应孤岛存在时，可使得PCC电压频率的变化变得可控，从而可以加快PCC电压频率或频率变化率达到孤岛检出条件的速度，保证孤岛检测效果，避免孤岛检测超时。另一方面，在电力供应孤岛不存在且公共电网正常波动时，可以降低输出的无功扰动的大小，从而降低无功扰动对电网电能质量产生的负面影响。
S1004，获得当前采样周期的PCC的第一电压负序分量，并基于该第一电压负序分量获得第一电压负序分量对应的第一电压变化量。
在一些可行的实施方式中，逆变器还可以获得当前采样周期的PCC的第一电压负序分量，并获得当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量，以得到当前的电压负序分量的变化。具体的，可以基于第一电压负序分量，以及上述M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得第一电压负序分量对应的第一电压变化量，其中，M为大于1的整数。
S1005，判断第一电压变化量是否大于预设阈值，若是，执行步骤S1006。
S1006，获得短时扰动值。
在一些可行的实施方式中，在上述第一电压变化量大于预设阈值的情况下，逆变器中的控制模块可计算获得短时扰动值，具体的，该短时扰动值可根据逆变器的瞬时有功功率或额定有功功率得到，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。执行步骤S1004-步骤S1006，可利用PCC的负序电压(即电压负序分量)的变化来获得短时扰动值，该短时扰动值可作为逆变器将要输出的无功扰动的值的来源之一。在如图1所示场景下，若逆变器根据PCC负序电压变化获得短时扰动值，并控制逆变器按照该短时扰动值输出无功扰动，那么在PCC电压频率变化较小(此时通过步骤S1001-步骤S1003得到的第一扰动值较小)的情况下，实现了采用另一种方式来补充获得无功扰动的值，有利于提高孤岛检测效率。在如图4所示场景下，若多个逆变器中的每个逆变器都可以根据PCC负序电压变化来获得短时扰动值，并控制该逆变器按照该短时扰动值来输出无功扰动，那么多个逆变器可以同步输出等量同向的无功扰动，有利于在该多个逆变器输出的总功率与负载的吸收功率匹配的情况下加快PCC电压频率的偏移，从而破坏上述功率匹配的情况，加快孤岛检出速度，避免孤岛检测超时。
S1007，判断是否满足：已获得短时扰动值且第一扰动值大于短时扰动值，若否，执行步骤S1008；若是，执行步骤S1009。
在一些可行的实施方式中，逆变器可以只执行上述步骤S1001-步骤S1003，不执行上述步骤S1004-步骤S1006，那么执行步骤S1007时，判断结果为否，后续直接执行步骤S1008。
可选的，逆变器还可以在执行上述步骤S1001-步骤S1003的过程中，同步执行步骤S1004和步骤S1005。若执行步骤S1005时判断结果为否，则无法获得短时扰动值，那么执行步骤S1007时，判断结果为否，后续直接执行步骤S1008；若执行步骤S1005时判断结果为是，则可执行步骤S1006获得短时扰动值，接着执行步骤S1007，判断第一扰动值是否大于短时扰动值，根据步骤S1007的判断结果执行后续对应步骤。
在一些可行的实施方式中，若通过执行上述步骤S1003获得第一扰动值，且通过执行步骤S1006已获得短时扰动值，当这两个扰动值都是指当前采样周期之后的同一时刻将输出的无功扰动的大小时，需要按照一定规则，从第一扰动值和短时扰动值中选择一个作为逆变器将要输出的无功扰动的值。具体的，可以选择第一扰动值和短时扰动值中值更大的一者，按照该选择结果来控制逆变器输出无功扰动。也即判断第一扰动值是否大于短时扰动值，根据判断结果选择执行步骤S1008或步骤S1009。
S1008，按照第一扰动值，控制逆变器输出无功扰动。
S1009，按照短时扰动值，控制逆变器输出无功扰动。
在一些可选的实施方式中，可以按照短时扰动值，控制逆变器在第一参考时长内持续输出无功扰动，并在第一参考时长的结束时刻控制逆变器停止输出无功扰动，以避免输出无功扰动过于频繁，节省资源。输出无功后接着执行步骤S1010。
S1010，检测第三电压频率，计算第三电压频率对应的频率变化率。
在一些可行的实施方式中，控制逆变器输出无功扰动后，对当前采样周期之后的第二采样周期的第三电压频率进行监测。并且，还可以按照上述公式(2)计算第三电压频率对应的频率变化率，以根据该频率变化率来检测是否发生电力供应孤岛。
S1011，判断是否满足：第三电压频率超出频率阈值或频率变化率超出频率变化率阈值。若是，则执行步骤S1012，若否，则返回执行步骤S1001。
在一些可选的实施方式中，逆变器在输出无功扰动后持续对第三电压频率和第三电压频率对应的频率变化率进行监测，根据是否满足以下判定条件来判断是否检测到电力供应孤岛：第三电压频率超出频率阈值或频率变化率超出频率变化率阈值。具体的，上述判定条件也可理解为：第三电压频率在第一参考时长内持续大于第一频率阈值或小于第二频率阈值，或者，第三电压频率对应的频率变化率在第二参考时长内持续大于第一频率变化率阈值或持续小于第二频率变化率阈值。当满足上述判定条件，则执行步骤S1012，当不满足上述判定条件时，则需要返回执行步骤S1001，重新获得下一个采样周期对应的无功扰动的值以控制逆变器按照更新后的值输出无功扰动。
S1012，检测到电力供应孤岛。
S1013，等待第三参考时长。
在一些可行的实施方式中，在如图4所示的多机并联的场景下，当其中任一个逆变器执行本申请提供的孤岛检测方法且检测到电力供应孤岛时，该逆变器可以先等待第三参考时长，即延时一段时间，再执行后续步骤S1014，以防止对其他逆变器的孤岛检测效果产生负面影响。
S1014，控制逆变器断开与负载的连接。
在一些可行的实施方式中，逆变器可以执行封波、断开并网开关等步骤来实现断开与负载的连接。上述并网开关可以是集成在逆变器中的。
在本申请中，在并网的逆变器为公共电网中的负载供电的情况下，逆变器的控制模块可基于在当前采样周期的PCC的第一电压频率获得第一扰动参考值，并基于当前采样周期的前一个采样周期的PCC的第二电压频率获得对应的第二扰动值，然后基于该第二扰动值、第一扰动参考值和扰动步长获得第一扰动值，按照第一扰动值控制逆变器的逆变功率变换模块输出无功扰动，以使得PCC的电压频率或频率变化率受无功扰动影响达到阈值并据此检出电力供应孤岛，在检测到电力供应孤岛后控制逆变器断开与负载的连接。本申请中的无功扰动按扰动步长逐渐变化，可使得PCC的电压频率变化也变得可控和规律，有利于加快检出电力功率孤岛，避免孤岛检测超时，提高孤岛检测效率。本申请中，第一扰动值小于或等于第一扰动参考值，在电力供应孤岛未发生的情况下有利于降低无功扰动输出对电网电能质量产生的负面影响。进一步的，本申请还可以基于PCC的负序电压的变化来获得即将输出无功扰动的值，将这种方式和上述按扰动步长获得无功扰动的值的方式结合起来，有利于实现优势互补提高孤岛检测效率。在多逆变器并机运行的场景下，多机可以同步输出等量同向的无功扰动，有利于减小孤岛检测盲区，加快PCC电压频率的偏移，从而加快检出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果，提高孤岛检测效率。
请参阅图11，图11为本申请实施例提供的并机运行的两个逆变器进行孤岛检测的波形示意图。其中，这两个逆变器均是额定输出功率为20kW的三相逆变器，并且上述孤岛检测过程是在两个逆变器的输出功率与负载的吸收功率完全匹配时进行的。由图可知，逆变器1和逆变器2在与负载的功率完全匹配的情况下，孤岛保护时间可以实现在100ms以内，未发生孤岛检测超时，而且两台逆变器的封波时刻也比较一致。因此实施本申请提供的孤岛检测方法，可以较快速地检出电力供应孤岛，保证孤岛检测效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种逆变器，其特征在于，所述逆变器中包括逆变功率变换模块和控制模块，所述逆变功率变换模块的输入端用于连接直流源，所述逆变功率变换模块的输出端耦合连接公共电网，所述逆变器和所述公共电网的公共耦合点PCC连接负载；
所述控制模块用于基于第一扰动值，控制所述逆变功率变换模块输出无功扰动，并检测所述PCC的电压频率，所述第一扰动值为当前采样周期的所述PCC的第一电压频率对应的扰动值，且大于或等于第一采样周期的所述PCC的第二电压频率对应的第二扰动值，所述当前采样周期的前一采样周期为所述第一采样周期；
所述控制模块还用于基于所述PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，控制所述逆变功率变换模块断开与所述负载的连接。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块还用于：
基于所述第二电压频率获得所述第二电压频率对应的第二扰动值，并基于扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值。
3.根据权利要求2所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块还用于：
基于所述第一电压频率，以及所述当前采样周期之前N个连续的采样周期的所述PCC的电压频率的平均值，获得第一频率变化量，所述N为大于1的整数，所述N个连续的采样周期包括所述第一采样周期；
基于所述第一频率变化量，获得第一扰动参考值。
4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
基于所述第二电压频率获得第二扰动参考值；
在所述第二扰动参考值小于所述扰动步长的情况下，获得预设扰动值作为所述第二扰动值。
5.根据权利要求4所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
在所述第一扰动参考值大于所述扰动步长，且所述第二扰动参考值小于所述扰动步长的情况下，获得预设初始值作为所述第一扰动值；
在所述第一扰动参考值大于所述扰动步长，且所述第一扰动参考值等于所述第二扰动参考值的情况下，基于所述扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值，其中，所述第一扰动值大于所述第二扰动值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
在所述当前采样周期的所述PCC的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值的情况下，基于所述第一扰动值和短时扰动值，控制所述逆变功率变换模块输出无功扰动，所述短时扰动值由所述逆变器的输出功率得到。
7.根据权利要求6所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块还用于：
基于所述第一电压负序分量，以及所述当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得所述第一电压变化量，所述M为大于1的整数。
8.根据权利要求6或7所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
在所述短时扰动值小于所述第一扰动值的情况下，按照所述第一扰动值控制所述逆变功率变换模块输出无功扰动；
或者，在所述短时扰动值大于所述第一扰动值的情况下，按照所述短时扰动值控制所述逆变功率变换模块输出无功扰动。
9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
在所述短时扰动值大于所述第一扰动值的情况下，按照所述短时扰动值控制所述逆变功率变换模块在第一预设时长内持续输出无功扰动，并在所述第一预设时长的结束时刻到来时，控制所述逆变功率变换模块停止输出无功扰动。
10.根据权利要求1-9任一项所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
在所述PCC的第三电压频率在第一参考时长内持续大于第一频率阈值或持续小于第二频率阈值的情况下，或者，在所述第三电压频率对应的频率变化率在第二参考时长内持续大于第一频率变化率阈值或持续小于第二频率变化率阈值的情况下，检测到所述电力供应孤岛，控制所述逆变功率变换模块断开与所述负载的连接，所述第三电压频率为所述当前采样周期之后的第二采样周期的所述PCC的电压频率。
11.根据权利要求1-10任一项所述的逆变器，其特征在于，所述控制模块用于：
基于所述PCC的电压频率检测到所述电力供应孤岛，等待第三参考时长，在所述第三参考时长的结束时刻到来时控制所述逆变功率变换模块断开与所述负载的连接。
12.一种电力系统，其特征在于，所述电力系统包括至少两个如权利要求9-11任一项所述的逆变器，所述至少两个所述逆变器的输出端并联后连接所述公共电网于所述PCC；
各个所述逆变器中的所述控制模块还用于在所述短时扰动值大于所述第一扰动值的情况下，按照所述短时扰动值控制所述逆变功率变换模块输出无功扰动。
13.一种孤岛检测方法，其特征在于，适用于逆变器，所述逆变器的输入端用于连接直流源，所述逆变器的输出端和公共电网的公共耦合点PCC连接负载，所述方法包括：
基于第一扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动，并检测所述PCC的电压频率，所述第一扰动值为当前采样周期的所述PCC的第一电压频率对应的扰动值，且大于或等于第一采样周期的所述PCC的第二电压频率对应的第二扰动值，所述当前采样周期的前一采样周期为所述第一采样周期；
基于所述PCC的电压频率检测到电力供应孤岛，控制所述逆变器断开与所述负载的连接。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基于第一扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动之前，所述方法还包括：
基于所述第二电压频率获得所述第二电压频率对应的所述第二扰动值，并基于扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基于扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值之前，所述方法还包括：
基于所述第一电压频率，以及所述当前采样周期之前N个连续的采样周期的所述PCC的电压频率的平均值，获得第一频率变化量，所述N为大于1的整数，所述N个连续的采样周期包括所述第一采样周期；
基于所述第一频率变化量，获得第一扰动参考值。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述基于所述第二电压频率获得所述第二电压频率对应的所述第二扰动值，包括：
基于所述第二电压频率获得第二扰动参考值；
在所述第二扰动参考值小于所述扰动步长的情况下，获得预设扰动值作为所述第二扰动值。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述基于扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值，包括：
在所述第一扰动参考值大于所述扰动步长，且所述第二扰动参考值小于所述扰动步长的情况下，获得预设初始值作为所述第一扰动值；
在所述第一扰动参考值大于所述扰动步长，且所述第一扰动参考值等于所述第二扰动参考值的情况下，基于所述扰动步长和所述第二扰动值获得所述第一扰动值，其中，所述第一扰动值大于所述第二扰动值。
18.根据权利要求13-17任一项所述的方法，其特征在于，所述基于第一扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动，包括：
在所述当前采样周期的所述PCC的第一电压负序分量对应的第一电压变化量大于预设阈值的情况下，基于所述第一扰动值和短时扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动，所述短时扰动值由所述逆变器的输出功率得到。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述基于第一扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动之前，所述方法还包括：
基于所述第一电压负序分量，以及所述当前采样周期之前M个连续的采样周期的电压负序分量的平均值，获得所述第一电压负序分量对应的第一电压变化量，所述M为大于1的整数。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一扰动值和短时扰动值，控制所述逆变器输出无功扰动，包括：
在所述短时扰动值小于所述第一扰动值的情况下，按照所述第一扰动值控制所述逆变器输出无功扰动；
或者，在所述短时扰动值大于所述第一扰动值的情况下，按照所述短时扰动值控制所述逆变器在第一预设时长内持续输出无功扰动，并在所述第一预设时长的结束时刻到来时控制所述逆变器停止输出无功扰动。
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