CN203084143U

CN203084143U - 一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置

Info

Publication number: CN203084143U
Application number: CN 201320048259
Authority: CN
Inventors: 刘建飞; 谢春华; 张立品; 汪兆华; 李战功
Original assignee: SHENZHEN JINGQUANHUA ELECTRONICS CO LTD
Current assignee: SHENZHEN JINGQUANHUA ELECTRONICS CO LTD
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2023-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其中，所述孤岛检测装置包括一主体，在所述主体内设置有一电路板；在所述电路板上设置有微处理器和频率检测电路；在所述电路板上还设置有频率比较器和控制电路；所述频率检测电路、频率比较器和控制电路依次连接；通过微处理器控制逆变电源输出电压的频率，频率检测电路实时检测公共耦合点的电压的频率，通过频率比较器判断公共耦合点的电压的频率是否达到系统的频率保护的阈值；当公共耦合点的电压的频率大于阈值时，控制电路控制逆变器停止工作；反之，逆变器正常工作，从而实现了对光伏并网发电系统中孤岛效应的准确检测，检测时间短检测迅速，可靠性高，易操作，成本较低。

Description

一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置

技术领域

本实用新型涉及光伏并网发电的孤岛检测领域，尤其涉及的是一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置。

背景技术

光伏并网发电系统是由光伏电池方阵、控制器和并网逆变器组成，不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接将电能输入公共电网。太阳能光伏并网发电系统与离网太阳能光伏发电系统相比，省掉了蓄电池储能和释放的过程，减少了其中的能量消耗，节约了占地空间，还降低了配置成本。

但在光伏并网发电系统中会产生孤岛效应，发电系统并网运行时如果处于孤岛状态将会对设备造成损坏，影响电力系统安全正常运行，严重时甚至可能威胁线路检修人员的人身安全。所谓孤岛效应是指电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏发电系统未能及时检测出停电状态而脱离电网，仍然向公共电网馈送电量，使太阳能并网发电系统和周围的负载组成了一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。因此，在光伏并网发电系统的应用中必须防止孤岛效应。

现有的检测装置包括：

被动检测装置，具体为利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡时，则被动式检测装置将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域。

主动检测装置，具体为指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该装置检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，所述光伏并网发电系统包括电网、逆变电源和负载，所述电网和逆变电源共同为负载供电，所述电网、逆变电源和负载的公共连接点为公共耦合点，其中，所述孤岛检测装置包括一主体，在所述主体内设置有一电路板；在所述电路板上设置有用于改变逆变电源的输出电压的频率并将每一个周期的输出电压的频率都比前一个周期的频率高一预定值Δf的微处理器和一用于检测公共耦合点的电压的频率的频率检测电路；在所述电路板上还设置有一用于将公共耦合点的电压的频率与系统的频率保护的阈值相比较的频率比较器和一用于根据频率比较器的比较结果来控制逆变器的工作与否的控制电路；所述频率检测电路、频率比较器和控制电路依次连接。

所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其中，所述电路板上还设置有一用于检测光伏并网发电系统是否处于并网发电状态的工作检测电路；所述工作检测电路连接微处理器。

所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其中，所述主体上还设置有一工作状态指示灯，所述工作状态指示灯连接工作检测电路。

所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其中，所述频率比较器包括一单稳态多谐振荡器和D触发器；所述单稳态多谐振荡器连接D触发器。

本实用新型所提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，所述光伏并网发电系统包括电网、逆变电源和负载，所述电网和逆变电源共同为负载供电，所述电网、逆变电源和负载的公共连接点为公共耦合点，其中，所述孤岛检测装置包括一主体，在所述主体内设置有一电路板；在所述电路板上设置有用于改变逆变电源的输出电压的频率并将每一个周期的输出电压的频率都比前一个周期的频率高一预定值Δf的微处理器和一用于检测公共耦合点的电压的频率的频率检测电路；在所述电路板上还设置有一用于将公共耦合点的电压的频率与系统的频率保护的阈值相比较的频率比较器和一用于根据频率比较器的比较结果来控制逆变器的工作与否的控制电路；所述频率检测电路、频率比较器和控制电路依次连接，通过微处理器控制逆变电源的输出电压的频率使得每一个周期的频率都比前一个周期高一预定值Δf，再通过频率比较器检测公共耦合点的频率与系统保护的阈值比较，当频率不高于阈值时，表明没有产生孤岛效应，逆变器正常工作，当频率大于阈值时，表明产生了孤岛效应，控制电路控制逆变器停止工作，从而很好的实现了对光伏并网发电系统中的孤岛效应的准确检测，克服了现有反孤岛方案的缺陷，即被动检测装置存在较大的非检测区域，而主动检测装置的检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂的问题，本实用新型所提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置简单，检测时间短，可靠性高，易操作。

附图说明

图1为现有技术中分布式并网逆变器发电系统的电路原理图。

图2为本实用新型提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置的结构框图。

图3为本实用新型提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置的逆变电源输出电压和电网电压的波形图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，图1为现有技术中分布式并网逆变器发电系统的电路原理图。所述分布式并网逆变器发电系统包括逆变电源10、电网20以及并联RLC负载。其中A为公共耦合点，RLC为负载。逆变电源10的输出电压是由电网20控制的，其电压频率和相位与电网20电压相同。所述逆变电源10也就是并网逆变器。并网逆变器将太阳能光伏组件产生的直流转换为交流。并网逆变器一般分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和其他发电设备并网逆变器。所述光伏电池方阵、控制器和并网逆变器构成一光伏并网发电系统，在电网中，相当于一分布式电源。当分布式电源与电网20连接时，由于电网20强大的蓄电子能力，逆变电源10输出电压波形将被电网20拉成同电网20电压波形相似，即频率不会被改变的，譬如我国电网标准为220V AC，频率为50Hz，则公共耦合点A处电压的频率等于电网频率50hz。一旦分布式电源与电网20断开连接，公共耦合点A处电压的频率将会向上发生偏移。

请一并参阅图1和图2，图2为本实用新型提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，所述光伏并网发电系统包括逆变电源10、电网20和负载RLC，所述电网20和逆变电源10共同为负载RCL供电，所述电网20、逆变电源10和负载RLC的公共连接点为公共耦合点A，其中，如图2所示，所述孤岛检测装置包括一主体100，在所述主体100内设置有一电路板110；在所述电路板110上设置有用于改变逆变电源10的输出电压的频率并将每一个周期的输出电压的频率都比前一个周期的频率高一预定值Δf的微处理器111和一用于检测公共耦合点A的电压的频率的频率检测电路112；在所述电路板110上还设置有一用于将公共耦合点A的电压的频率与系统的频率保护的阈值相比较的频率比较器113和一用于根据频率比较器113的比较结果来控制逆变器的工作与否的控制电路114；所述频率检测电路112、频率比较器113和控制电路114依次连接。所述逆变电源10也就是逆变器形成的电源。

具体来说，所述微处理器111设置在电路板110上对应一定的电路结构。所述微处理器111连接光伏并网系统中的逆变器，用于控制逆变电源，并改变逆变电源的输出电压的频率，使得每一个周期的电压频率都比前一个周期的电压频率高一预定值Δf。所述频率检测电路112、频率比较器113和控制电路114都设置在电路板110上，并分别对应一定的电路结构。所述频率检测电路112连接公共耦合点A，用于检测公共耦合点A的电压的频率。所述频率比较器113连接频率检测电路112，用于将公共耦合点A的电压的频率与系统的频率保护的阈值进行比较。所述控制电路114连接频率比较器113，用于根据频率比较器113的比较结果来控制逆变器的工作状态，当频率不高于阈值时，表明没有产生孤岛效应，检测装置正常工作不对光伏并网系统做出改变，逆变器正常工作；当频率大于阈值时，表明产生了孤岛效应，控制电路114控制逆变器停止工作。

本实用新型的工作原理如下：

微处理器111控制光伏并网发电系统中的逆变器，从而控制并网逆变器的输出频率，也就是控制逆变电源的输出电压的频率。并进一步地改变逆变电源10输出电压的频率，让每一个周期的电压频率都比前一周期的电压频率高一预定值Δf，即f_i（k）=f_v（k-1）+Δf，其中，K为正整数，f_v（k-1）表示前一周期逆变电源的输出电压的频率，而f_i（k）表示相邻下一个周期逆变电源的输出电压的频率。也就是说，随着周期的增加，逆变电源的输出电压的频率逐渐增加，并且响铃周期增加的频率值为预定值Δf。

优选地，微处理器111控制逆变电源10的输出电压的频率高于电网20电压的频率。如图3所示，u1为电网电压的波形图，u2为逆变电源的输出电压的波形图，f_u1<f_u2。其中，微处理器111控制逆变电源10的输出电压频率略高于电网20电压的频率，从而通过控制逆变器输出频率，得到一个略微失真的电压。由于电网20的作用，即使微处理器111控制光伏并网发电系统中逆变器的输出频率，公共耦合点处的频率也不会变化，等于电网频率。

由于分布式电源与电网断开连接后，也就是光伏并网系统产生孤岛效应，公共耦合点处电压的频率将会向上发生偏移。逆变电源电压将会以比前一周期从公共耦合点测得的频率略高的频率运行，这种情况一直持续到频率偏移足够大，直到超过设定的频率保护的阈值。也就是说，当系统没有发生孤岛效应时，逆变电源的输出频率为电网电压输出频率，即公共耦合点的频率与电网电压的频率相同，即频率不会发生改变；当系统发生孤岛效应时，公共耦合点的频率会高于前一周期从该点测得的频率。本实用新型通过所述频率检测电路112实时检测公共耦合点的电压的频率，再通过所述频率比较器113连接频率检测电路112判断公共耦合点的电压的频率是否达到系统的频率保护的阈值，当公共耦合点的电压的频率大于阈值时，则表明系统产生了孤岛效应，控制电路114控制逆变器停止工作；当公共耦合点的电压的频率不大于阈值时，则表明系统没有产生孤岛效应，逆变器正常工作，即控制电路114对逆变器不作任何改变。

优选地，所述频率比较器113包括一单稳态多谐振荡器和D触发器；所述单稳态多谐振荡器连接D触发器。

进一步地，所述电路板110上还设置有一用于检测光伏并网发电系统是否处于并网发电状态的工作检测电路115；所述工作检测电路115连接微处理器111。所述工作检测电路115设置在电路板110上，并对应一定的电路结构。当工作检测电路115检测到光伏并网发电系统处于并网发电状态时，微处理器111开始工作并控制逆变器的输出电压的频率，当工作检测电路115检测到光伏并网发电系统不处于并网发电状态时，微处理器111则进入等待状态，不检测孤岛效应。

进一步地，所述主体100上还设置有一工作状态指示灯116，所述工作状态指示灯116连接工作检测电路115。当工作检测电路115检测到光伏并网发电系统处于并网发电状态时，工作状态指示灯116亮；反之，则灭。优选地，所述工作状态指示灯116为LED灯。

进一步地，在光伏并网发电系统中包含多个逆变电源10时，所述微处理器111还用于控制多个逆变电源10，即微处理器111控制每一个逆变电源10的每一个周期的电压频率都比前一个周期的电压频率高一预定值Δf。在连接有多台并网逆变电源的系统中，需要统一不同并网逆变器的频率偏移方向才能维持该检测装置的有效性。如果有一部分并网逆变电源采用频率向上偏移，而另一部分采用向下偏移频率，其综合效果可能会相互抵消。因此，微处理器111控制每个逆变电源的频率向上偏移。

综上所述，本实用新型提供的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，通过微处理器控制逆变电源，并改变逆变电源的输出电压的频率，使得每一个周期的电压频率都比前一个周期的电压频率高一预定值Δf；通过频率检测电路实时检测公共耦合点的电压的频率，通过频率比较器判断公共耦合点的电压的频率是否达到系统的频率保护的阈值；当公共耦合点的电压的频率大于阈值时，控制电路控制逆变器停止工作；当公共耦合点的电压的频率不大于阈值时，逆变器正常工作，从而实现了对光伏并网发电系统中孤岛效应的准确检测，且检测装置简单，检测时间短检测迅速，可靠性高，易操作，成本较低。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1. 一种光伏并网发电系统的孤岛检测装置，所述光伏并网发电系统包括电网、逆变电源和负载，所述电网和逆变电源共同为负载供电，所述电网、逆变电源和负载的公共连接点为公共耦合点，其特征在于，所述孤岛检测装置包括一主体，在所述主体内设置有一电路板；在所述电路板上设置有用于改变逆变电源的输出电压的频率并将每一个周期的输出电压的频率都比前一个周期的频率高一预定值Δf的微处理器和一用于检测公共耦合点的电压的频率的频率检测电路；在所述电路板上还设置有一用于将公共耦合点的电压的频率与系统的频率保护的阈值相比较的频率比较器和一用于根据频率比较器的比较结果来控制逆变器的工作与否的控制电路；所述频率检测电路、频率比较器和控制电路依次连接。

2.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述电路板上还设置有一用于检测光伏并网发电系统是否处于并网发电状态的工作检测电路；所述工作检测电路连接微处理器。

3.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述主体上还设置有一工作状态指示灯，所述工作状态指示灯连接工作检测电路。

4.根据权利要求1所述的光伏并网发电系统的孤岛检测装置，其特征在于，所述频率比较器包括一单稳态多谐振荡器和D触发器；所述单稳态多谐振荡器连接D触发器。