CN116047212B - 一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置，属于逆变器孤岛检测技术领域，包括：通过各逆变器向电网注入周期性的无功扰动电流，无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，正、负无功扰动的幅值不相等；对于每一台逆变器执行：（S1）获取当前电网频率以判断是否满足扰动重置判据，若是，则同步各逆变器的无功扰动电流后转入（S2）；否则转入（S2）；（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1)mod N更新AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则转入（S1）；否则，切换为下一个扰动模态并转入（S3）；（S3）判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作；否则转入（S1）。本发明能在多机并网的情况下，准确实现孤岛检测。

Description

一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置

技术领域

本发明属于逆变器孤岛检测技术领域，更具体地，涉及一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置。

背景技术

基于可再生能源的分布式发电系统得到了广泛应用。微网实现了多种可再生能源的整合，提高了电力系统的经济性和灵活性。在实际微电网系统中，由于光伏等可再生能源输出不稳定，需要增加储能系统以提高系统供电的稳定性和可靠性。以光伏系统和储能系统为代表的这类分布式发电系统都必须具备反孤岛的功能，以防止非计划孤岛发生时造成用电设备损坏甚至威胁检修人员安全，IEC 62116 Ed. 2(2014)中孤岛检测相关标准规定孤岛检测时间必须小于2s。

目前主流的孤岛检测方法分为基于通信的孤岛检测方法和基于本地测量的孤岛检测方法。前者成本较高，因而不考虑使用；后者可分为被动式和主动式孤岛检测方法。被动式孤岛检测通过监控公共连接点（Point of Common Coupling, PCC）的电压电流的相关参数来识别孤岛，实现简单，成本低，对输出电流质量无影响，但检测盲区较大；主动式孤岛检测方法通过对系统施加一定扰动，并测量公共连接点参数的变化来识别孤岛，这类方法检测盲区小，但是容易对电能质量产生不良影响。主动法中的无功功率扰动法由于输出波形谐波含量小，且并网时只有极小的无功变化，因而在实际中得到广泛应用。

由于目前光伏单机的容量已经无法满足日益增长的大型光伏电站容量需求，需要光伏逆变器多机并联来提高容量；而为了提高系统可靠性，通常对储能变流器采取并联连接，使其输出功率可按要求进行拓展，因此多机并联系统已是大势所趋。在多台逆变器并联的情况下，无功功率扰动法容易因为逆变器之间的无功扰动互相抵消而出现稀释效应，导致检测失败。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置，其目的在于，在多台逆变器并网的情况下，准确实现孤岛检测。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法，包括：

通过各逆变器向电网注入周期性的无功扰动电流，并对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，每个扰动模态持续N个基波周期，且正无功扰动的电流幅值与负无功扰动的电流幅值不相等；3≤N≤5；

对于任意一台逆变器，孤岛检测步骤包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1) modN更新当前扰动模态已经持续的基波周期数AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；否则，将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，并转入步骤（S3）；mod表示取模运算；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若否，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）。

进一步地，周期性的无功扰动电流中，正无功扰动的幅值

与负无功扰动的幅值

分别如下：

其中，i _dref 表示逆变器输出的d轴电流参考值；K ₁>0，K ₂>0，且K ₁≠K ₂；

和

分别表示最近一个完整的扰动模态及其前的一个扰动模态的最后一个基波周期中测得的电网频率；η≥0。

进一步地，η= 0.1。

进一步地，K ₁=0.015，K ₂=0.0075；或者，K ₁= 0.0075，K ₂=0.015。

进一步地，N=4。

进一步地，扰动重置判据为：

其中，SUM _1now 和SUM _2now 分别表示当前基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差；第一累加频率偏差为第i-4N+1~i个基波周期所构成的完整扰动序列中，各基波周期内测得的公共连接点频率与额定电网频率之间的偏差累加和；第二累加频率偏差为第i-8N+1~i-4N个基波周期所构成的完整扰动序列中，各基波周期内测得的公共连接点频率与额定电网频率之间的偏差累加和；M _th 表示预设的扰动重置阈值，M _th >0；i为当前基波周期的序号。

进一步地，扰动重置判据还包括：当前时间距离上一次扰动重置的时间间隔大于2s。

进一步地，

SUM _1now =SUM _1last - a[i-4N] + a[i]

SUM _2now =SUM _2last - a[i-8N] + a[i-4N]

其中，SUM _1last 和SUM _2last 分别表示前一基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差；a[]表示对应基波周期内计算的公共连接点频率与额定电网频率的偏差。

进一步地，步骤（S1）中，在判断当前基波周期内公共连接点的频率是否满足预设的扰动重置判据之前还包括：判断当前基波周期内公共连接点的频率f _pcc 是否大于53Hz或小于47Hz，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误。

进一步地，所述孤岛判据为：

其中，

分别表示当前扰动模态及其前的4个扰动模态中，各扰动模态的最后一个基波周期中测得的电网频率。

按照本发明的另一个方面，提供了一种基于无功功率扰动的孤岛检测装置，包括：

扰动注入模块，用于通过各逆变器向电网注入周期性的无功扰动电流；无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，每个扰动模态持续N个基波周期，且正无功扰动的电流幅值与负无功扰动的电流幅值不相等；3≤N≤5；

以及孤岛检测模块，用于对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；对于任意一台逆变器，孤岛检测步骤包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1) modN更新当前扰动模态已经持续的基波周期数AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；否则，将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，并转入步骤（S3）；mod表示取模运算；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若否，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

（1）本发明通过逆变器向电网注入的周期性的无功扰动电流中，正无功扰动的电流幅值与负无功扰动电流的幅值不相等，保证了多台逆变器并联时，注入的无功扰动不会被完全稀释，从而确保了在多台逆变器并联的情况下，也能够准确实现孤岛检测；此外，设置了相应的扰动重置判据，在每一个基波周期都会判断公共连接点的频率是否满足该扰动重置判据，并在满足时进行扰动重置，使各逆变器的扰动状态相同，实现了各台逆变器的无功扰动同步，能够进一步提高后续孤岛检测的准确性。

（2）在本发明的优选方案中，通过逆变器向电网注入的周期性的无功扰动电流中，在正无功扰动的电流幅值与负无功扰动电流的幅值不相等的基础上，引入了频率差正反馈

，由此能够在保证检测盲区不变的情况下减小无功扰动幅值，降低对输出电能质量的影响。

（3）在本发明的优选方案中，对周期性的无功扰动电流中，正无功扰动幅值和负无功扰动中的相关参数进行了设计，具体地，设计频率差正反馈中的系数η= 0.1，该参数设计能够在引入频率差正反馈的情况下，较好地平衡检测盲区和无功扰动对输出电能质量的影响，获得较好的综合收益；在此基础上，设计正、负无功扰动的电流幅值为0.015和0.0075，基于该参数设计，能够保证在多台逆变器正常工作也存在一定无功扰动的同时，扰动对电能质量的影响降到最低。

（4）在本发明的优选方案中，扰动重置判据

综合地考虑了相邻两个完整的扰动序列中频率偏差累加和之间的差异，能有效避免基于单个基波周期内的频率偏差进行判断所带来的误差，从而准确地捕捉到孤岛可能发生的情况，触发扰动重置，实现各台逆变器的无功扰动同步，有效提高后续孤岛检测的准确性。进一步优选地，仅在当前时刻距离上一次扰动重置的时间间隔超过2s时，才执行扰动重置，能够在保证孤岛检测准确性的情况下，避免由于多次重复重置而延长孤岛检测时间。

附图说明

图1为本发明实施例提供的各逆变器向电网注入的无功扰动电流示意图。

图2为本发明实施例提供的无功扰动电流示意图。

图3为本发明实施例提供的无功扰动重置判据定义及其计算方法示意图。

图4为本发明实施例提供的孤岛检测步骤流程图。

图5为本发明实施例提供的并联逆变器系统结构示意图。

图6为本发明实施例提供的三台逆变器并联时孤岛检测波形图。

图7为本发明实施例提供的两机并联与三机并联时通过重复性测试获得的孤岛保护时间。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了在多台逆变器并网的情况下，准确实现孤岛检测，本发明实施例提供了一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法及装置，其整体思路在于：对逆变器向电网注入的周期性无功扰动信号进行改进，使得正无功扰动的电流幅值与负无功扰动的电流幅值不相等，确保任意逆变器并联时注入的无功扰动不会被完全稀释，并设置合理的扰动重置，使得在孤岛可能发生的情况下，对各逆变器的无功扰动同时重置从而同步，提高后续孤岛检测的准确性。

本发明中，正无功扰动的电流幅值大于负无功扰动的电流幅值，或者正无功扰动的电流幅值小于负无功扰动的电流幅值均可，不失一般性地，在以下实施例中，均以正无功扰动的电流幅值大于负无功扰动的电流幅值为例进行说明。为便于描述，在以下实施例中，以符号

和

分别表示正无功扰动的电流幅值和负无功扰动的电流幅值，

。

本发明中，各逆变器向电网注入的无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，每个扰动模态持续N个基波周期，3≤N≤5；本发明中，会在每个扰动模态的最后一个基波周期检测公共连接点的频率并进行孤岛检测，若每个扰动模态持续时间过长，则会导致孤岛检测时间过长，若每个扰动模态持续时间过短，则有可能因为系统尚未处于稳定状态而导致检测结果不准确，基于此，本发明设置每个扰动模态所持续的时间为3~5个基波周期，能够有效避免相关问题。为了平衡检测时间和检测准确度，作为一种优选的实施方式，在以下实施例中，均设置N=4，即每个扰动模态持续4个基波周期，相应地，一个完整的扰动周期持续16个基波周期。

图1所示，为两个逆变器并联的情况下，各逆变器（即逆变器1和逆变器2）向电网注入的无功扰动电流，以及两个逆变器向电网注入的总无功扰动电流示意图；根据总无功扰动电流的波形可以看到，由于正、负无功扰动的电流幅值不相等，因此，二者即使方向相反，无功扰动也不会完全抵消，从而确保了在多逆变器并联的情况下，也能够有效实现孤岛检测。

通过逆变器向电网注入无功扰动电流后，会导致无功功率总量不为0，从而会对系统功率因数造成影响，降低输出电能的质量；为了降低该影响，作为一种优选的实施方式，以下实施例中，在正、负无功扰动的电流幅值不相等的基础上，进一步引入了频率差正反馈

；基于此，周期性的无功扰动电流中，正无功扰动的幅值

与负无功扰动的幅值

分别如下：

其中，i _dref 表示逆变器输出的d轴电流参考值；K ₁>K ₂；

和

分别表示最近一个完整的扰动模态及其前的一个扰动模态的最后一个基波周期中测得的电网频率；η≥0，其具体取值可根据可能出现的频率差范围，注入无功扰动大小上下限，以及频率和电流量纲综合考虑后设定，最终频率正反馈

得到的值只需和常数K ₁或K ₂在一个数量级即可。K ₁、K ₂和η的取值不同，对检测盲区以及对输出电能质量的影响将有所不同，为了取得较好的平衡，在以下实施例中，相关参数的具体取值为：K ₁=0.015，K ₂=0.0075，η= 0.1。应当说明的是，此处的参数取值仅为较优的取值，不应理解为对本发明的唯一限定，在本发明其他的一些实施例中，也可根据实际的需求，对参数进行灵活调整。

在以下实施例中，以AI_MODE表示当前无功扰动所处的模态，其取值从0~3循环变化，且0~3的取值分别表示正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动；则AI_MODE取值不同时，相应的无功扰动可表示如下：

当AI_MODE=0时，

；

当AI_MODE=1时，

；

当AI_MODE=2时，

；

当AI_MODE=3时，

。

以AI_CNT表示每个扰动模态已经持续的基波周期数，其取值同样从0~3循环变化；则单个逆变器向电网注入的无功扰动电流波形如图2所示。

在多逆变器并联的情况下，各逆变器向电网注入的无功功率扰动同步时，孤岛检测的结果越准确快速，因此，本发明设置了合适的扰动重置判据，通过该扰动重置判据，能够准确判断出有可能发生孤岛的情况，并对各逆变器的无功扰动进行重置，使各逆变器向电网注入的无功扰动电流处于相同的状态，从而有效提高孤岛检测的准确度的同时缩短孤岛检测时间。

在每一个基波周期，都会根据扰动重置判据判断是否需要进行扰动重置，为了避免只采用单周期频率偏差带来的误判，在以下实施例中，会综合相邻的两个完整的扰动序列（16个基波周期）内所计算的频率差累加和来设计扰动重置判据。具体地，在任意第i个基波周期中，频率偏差可表示为

，f _i 表示在第i个基波周期测得的公共连接点的频率，f ₀表示额定电网频率，f ₀一般为50Hz；则以第i个基波周期为最后一个基波周期的完整扰动序列中，频率偏差的累加和（记为第一累加频率偏差SUM _1now ）为：

，f _j 表示在第j个基波周期测得的公共连接点的频率；该完整扰动序列之前的一个完整扰动序列中，频率偏差的累加和（记为第二累加频率偏差SUM _2now ）为：

；基于第i个基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差，第i个基波周期内的扰动重置判据为：

其中，M _th 表示预设的扰动重置阈值，可根据实际工况确定，可选地，本实施例中，M _th =0.015。上述扰动重置满足时，说明频率偏差较大，孤岛可能发生，需要执行扰动重置；否则，说明频率波动正常，不需要进行无功扰动重置。由于在每一个基波周期中，都需要计算第一累加频率偏差和第二累加频率偏差，而在相邻的两个基波周期中，两个累加频率偏差的计算涉及大量重复的计算，为了减小计算量，采用滑窗法进行计算，即在上一基波周期计算结果的基础上，加上当前基波周期相对于上一基波周期计算结果的差值，作为当前基波周期的计算结果，则对于任意第i个基波周期，具体计算表达式如下：

其中，SUM _1last 和SUM _2last 分别表示前一基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差。基于滑窗法，在每个基波周期，仅需获取公共连接点的频率f _pcc ，计算其与额定电网频率f ₀之间的频率偏差，结合历史计算结果，即可完成累加频率偏差的计算，上述累加频率偏差的计算如图3所示。

由于多次重复重置会大幅延长孤岛检测时间，为了避免这一问题，以下实施例中，扰动重置判据进一步包括：当前时间距离上一次扰动重置的时间间隔大于2s，2s为孤岛检测要求时间。该约束确保了一次重置动作后2s内不能再次进行重置。为了便于判断，在以下实施例中，具体设置了一个重置信号reset_flag，其值为0时，表示可以进行扰动重置，其值为1时，表示前2s内已经进行过无功扰动重置，此时不能再进行重置操作。每次进行扰动重置后，令reset_flag=1，重置计数器开始计时，2s后reset_flag恢复为0，可再次进行重置操作。

基于以上无功扰动电流及扰动重置机制的设置，在本发明的一个实施例中，提供了一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法，包括：

通过各逆变器向电网注入上述周期性的无功扰动电流，并对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；

对于任意一台逆变器，孤岛检测步骤如图4所示，包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

如图1所示，步骤（S1）具体包括：

（S11）获取公共连接点的频率f _pcc ；

可选地，本实施例中，通过锁相环（PLL）测量公共连接点频率f _pcc ，并在锁相环后添加一个50Hz的平均滤波器来抑制谐波干扰；为了能够及时检测出明显的逆变器孤岛，保证电力系统的稳定性、可靠性和安全性，优选地，本实施例在进行具体的计算和判断之前，会先判断所测得的公共连接点频率f _pcc 是否处于正常的频率范围，具体地，若f _pcc 大于53Hz或小于47Hz，则确定孤岛发生，停止逆变器工作并报孤岛保护；若f _pcc 处于47Hz至53Hz的范围内，则在锁相环测得的每个基波周期的正过零点，执行后续步骤；

（S12）计算当前基波周期内公共连接点的频率f _pcc 与额定电网频率f ₀之间的频率偏差a[i] =f _pcc -f ₀，并结合上一基波周期计算的第一累加频率偏差SUM _1last 和第二累加频率偏差SUM _1last ，以及历史计算结果a[i-16]和a[i-32]计算当前基波周期内的第一累加频率偏差SUM _1now 和第二累加频率偏差SUM _2now ；

（S13）判断是否满足

，且reset_flag=0，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，具体地，令各无功扰动电流的AI_MODE=0，AI_CNT=0完成扰动重置，将reset_flag置为1，并启动定时器（在2s后reset_flag将被恢复为0），之后转入步骤（S2）；若不满足扰动重置判据，则直接转入步骤（S2）；

应当说明的是，在本发明其他的实施例中，在进行扰动重置时，在保证各无功扰动的AI_MODE取值相同的情况下，也可将令AI_MODE为其他取值；

（S2）将AI_CNT的值加1后，判断是否满足AI_CNT<4，若满足，则当前基波周期内的处理结束，在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；若不满足，则将AI_MODE的值加1，以将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，之后转入步骤（S3）；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，可选地，与一般无功扰动判据类似，本实施例根据相邻无功扰动之间所测频率差值的大小与方向进行判断，具体地，取当前扰动模态，以及之前4个扰动模态内，最后一个基波周期测得的公共连接点的频率，依次记为

，则孤岛判据如下：

若满足上述孤岛判据，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若不满足，则进一步判断是否满足AI_MODE<4，若满足，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1），以开始新一基波周期的计算和判断；若不满足AI_MODE<4，则当前完整的扰动周期结束，令AI_MODE=0，以开始下一个扰动周期，在下一个基波周期到达后转入步骤（S1），以开始新一基波周期的计算和判断。

总体而言，本实施例基于无功功率扰动的孤岛检测方法，通过对逆变器注入的无功扰动电流幅值进行改进，使在任意数量逆变器并联的情况下无功扰动都不会被完全稀释，同时在无功扰动中引入正反馈以减少无功扰动对功率因数的影响；此外，通过设置重置信号和重置判据，使在孤岛可能发生的情况下各逆变器的无功扰动能通过重置同步，能够在多逆变器并联的情况下，实现准确快速的孤岛检测。

应当说明的是，在单机系统，即仅包含一台逆变器的系统中，本实施例所提供的孤岛检测方法同样适用。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种用于实现上述方法的装置，即一种基于无功功率扰动的孤岛检测装置，该装置包括：

扰动注入模块，用于通过各逆变器向电网注入上述周期性的无功扰动电流；

以及孤岛检测模块，用于对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；对于任意一台逆变器，孤岛检测步骤包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1) modN更新当前扰动模态已经持续的基波周期数AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；否则，将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，并转入步骤（S3）；mod表示取模运算；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若否，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）。

本实施例中，各模块的具体实施方式，可参考上述方法实施例中的描述，在此将不做复述。

以下结合具体的应用系统对本发明的可行性和有效性作进一步的说明；对于包含n台逆变器的并联逆变器系统，其拓扑结构如图5所示；在具体的验证实验中，实验平台由三台10kW三相逆变器和装机容量为99.99kVA的防孤岛试验检测装置以及相应的直流源和断路器组成，其中防孤岛实验检测装置的产品型号为ACLT3803H，是一个可编程RLC负载。实验步骤如下：（1）依次将孤岛检测装置和逆变器接入电网，并确保逆变器输出功率和孤岛检测装置功率平衡；（2）断开公共连接点断路器开关，此时电网脱离，模拟孤岛发生情况；（3）记录断路器断开到逆变器继电器断开时间，即孤岛保护时间；（4）多次重复以上实验后整理实验数据。图6为三台逆变器并联时孤岛检测波形图，可以看到当孤岛发生时，三台逆变器均检测到孤岛发生并迅速断开，检测时间为490ms；图7为两机并联与三机并联时通过重复性测试获得的孤岛保护时间，可以观察到保护时间均在350ms至550ms内，符合IEC 62116 Ed.2(2014)中孤岛保护时间小于2s的要求。以上重复性实验充分验证了本发明的可行性和有效性。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，包括：

通过各逆变器向电网注入周期性的无功扰动电流，并对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；所述无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，每个扰动模态持续N个基波周期，且正无功扰动的电流幅值与负无功扰动的电流幅值不相等；3≤N≤5；

对于任意一台逆变器，所述孤岛检测步骤包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1) mod N更新当前扰动模态已经持续的基波周期数AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；否则，将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，并转入步骤（S3）；mod表示取模运算；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若否，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）。

2.如权利要求1所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，所述周期性的无功扰动电流中，正无功扰动的幅值

与负无功扰动的幅值

分别如下：

;

其中，i _dref 表示逆变器输出的d轴电流参考值；K ₁>0，K ₂>0，且K ₁≠K ₂；

和

分别表示最近一个完整的扰动模态及其前的一个扰动模态的最后一个基波周期中测得的电网频率；η≥0。

3. 如权利要求2所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，η= 0.1。

4.如权利要求3所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，K ₁=0.015，K ₂=0.0075；或者，K ₁=0.0075，K ₂=0.015。

5.如权利要求1~4任一项所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，N=4。

6.如权利要求1~4任一项所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，所述扰动重置判据为：

;

其中，SUM _1now 和SUM _2now 分别表示当前基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差；第一累加频率偏差为第i-4N+1~i个基波周期所构成的完整扰动序列中，各基波周期内测得的公共连接点频率与额定电网频率之间的偏差累加和；第二累加频率偏差为第i-8N+1~i-4N个基波周期所构成的完整扰动序列中，各基波周期内测得的公共连接点频率与额定电网频率之间的偏差累加和；M _th 表示预设的扰动重置阈值，M _th >0；i为当前基波周期的序号。

7.如权利要求6所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，所述扰动重置判据还包括：当前时间距离上一次扰动重置的时间间隔大于2s。

8.如权利要求6所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，

SUM _1now = SUM _1last - a[i-4N] + a[i]

SUM _2now = SUM _2last - a[i-8N] + a[i-4N]

其中，SUM _1last 和SUM _2last 分别表示前一基波周期内计算的第一累加频率偏差和第二累加频率偏差；a[]表示对应基波周期内计算的公共连接点频率与额定电网频率的偏差。

9.如权利要求1~4任一项所述的基于无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于，所述步骤（S1）中，在判断当前基波周期内公共连接点的频率是否满足预设的扰动重置判据之前还包括：判断当前基波周期内公共连接点的频率f _pcc 是否大于53Hz或小于47Hz，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误。

10.一种基于无功功率扰动的孤岛检测装置，其特征在于，包括：

扰动注入模块，用于通过各逆变器向电网注入周期性的无功扰动电流；所述无功扰动电流在一个扰动周期中包括四个扰动模态，依次为正无功扰动、零扰动、负无功扰动和零扰动，每个扰动模态持续N个基波周期，且正无功扰动的电流幅值与负无功扰动的电流幅值不相等；3≤N≤5；

以及孤岛检测模块，用于对各逆变器分别执行孤岛检测步骤；对于任意一台逆变器，所述孤岛检测步骤包括：

（S1）获取当前基波周期内公共连接点的频率以判断是否满足预设的扰动重置判据，若是，则将各逆变器中当前注入的无功扰动电流置为相同的状态以进行扰动重置，之后转入步骤（S2）；否则，直接转入步骤（S2）；

（S2）按照AI_CNT=(AI_CNT+1) mod N更新当前扰动模态已经持续的基波周期数AI_CNT，若更新后AI_CNT≠0，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）；否则，将当前逆变器的扰动模态切换为当前扰动模态的下一个扰动模态，并转入步骤（S3）；mod表示取模运算；

（S3）根据预设的孤岛判据判断是否发生孤岛，若是，则停止当前逆变器的工作，并上报孤岛保护错误；若否，则在下一个基波周期到达后转入步骤（S1）。

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