專利名稱：一種基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于并網(wǎng)逆變器防止非計(jì)劃性孤島效應(yīng)發(fā)生的一種檢測(cè)方法，具體地說(shuō)是一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)效應(yīng)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
孤島效應(yīng)是當(dāng)電網(wǎng)失壓時(shí)，并網(wǎng)逆變器仍保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線路持續(xù)供電的狀態(tài)。孤島效應(yīng)可分為非計(jì)劃性孤島效應(yīng)和計(jì)劃性孤島效應(yīng)。非計(jì)劃性孤島效應(yīng)是非計(jì)劃、不受控地發(fā)生孤島效應(yīng)，而計(jì)劃性孤島效應(yīng)則是按預(yù)先配置的控制策略，有計(jì)劃地發(fā)生孤島效應(yīng)。當(dāng)非計(jì)劃性孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)，由于系統(tǒng)供電狀態(tài)未知，將造成以下不利影響
I.可能危及電網(wǎng)線路維護(hù)人員和用戶的生命安全；2.干擾電網(wǎng)的正常合閘；3.電網(wǎng)不能控制孤島中的電壓和頻率，從而損壞配電設(shè)備和用戶設(shè)備。因此，并網(wǎng)逆變器必須具備快速監(jiān)測(cè)非計(jì)劃性孤島且立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島保護(hù)應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)相配合。并網(wǎng)逆變器的防孤島保護(hù)必須同時(shí)具備主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種，應(yīng)設(shè)置至少各一種主動(dòng)和被動(dòng)防孤島保護(hù)。主動(dòng)防孤島保護(hù)方式主要有頻率偏離、有功功率變動(dòng)、無(wú)功功率變動(dòng)、電流脈沖注入引起阻抗變動(dòng)等；被動(dòng)防孤島保護(hù)方式主要有電壓相位跳動(dòng)、3次電壓諧波變動(dòng)、頻率變化率等。此外，并網(wǎng)逆變器的外部(通常在電網(wǎng)側(cè))監(jiān)控和通訊手段也是一種檢測(cè)性能較高的方法，但因其成本高和電網(wǎng)側(cè)安裝等復(fù)雜要求僅僅根據(jù)使用的必要性作為一種可供選擇的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)從而適于小型風(fēng)電或光伏并網(wǎng)逆變器的非計(jì)劃性孤島效應(yīng)檢測(cè)方法，且該方法無(wú)需改變輸出的工作頻率亦不影響輸出電流諧波。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法，其特征在于
步驟I :基于前級(jí)控制輸出的基波參考電流信號(hào)對(duì)應(yīng)生成90度相位超前或滯后的無(wú)功基波電流，該電流幅值與基波參考電流的幅值成一定比例；
步驟2 :該無(wú)功基波電流每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次幅度變化，即2a% -> la% -> 0% -> 2a% -> la% -> 0%的往復(fù)周期性變化，無(wú)功基波電流變化幅度應(yīng)小于基波參考電流的 25% ；
步驟3 :無(wú)功基波電流經(jīng)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功基波電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，當(dāng)電網(wǎng)正常連接工作的情況下，公共耦合點(diǎn)的電壓將保持同電網(wǎng)電壓一致并不受到注入的小幅度無(wú)功基波電流的影響；當(dāng)電網(wǎng)電壓失去之后，即使在并網(wǎng)逆變器的負(fù)載功率和電網(wǎng)電壓失去前并網(wǎng)逆變器的輸出功率相匹配的情況下，幅值變化的無(wú)功基波電流將改變公共連接點(diǎn)的電壓幅值和相位，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)電壓幅值的增減變化規(guī)律是否與無(wú)功基波電流的幅值變化規(guī)律一致來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。所述無(wú)功基波電流的幅度變化時(shí)刻應(yīng)安排在其自身信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)。本發(fā)明所提供的檢測(cè)方法的有益效果為1)采用無(wú)功基波電流注入的方法，不影響實(shí)際有功功率的輸出，亦不產(chǎn)生諧波電流，保證了輸出的電能質(zhì)量；2)周期性的改變無(wú)功電流的幅值大小，通過(guò)判斷連接點(diǎn)的電壓幅值變化情況來(lái)判斷孤島效應(yīng)，避免了注入過(guò)大的電流擾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓過(guò)欠壓的需要。本發(fā)明還提供了一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法的裝置， 依次由傳感器、處理控制模塊以及驅(qū)動(dòng)電路連接而成，其特征在于所述處理控制模塊包括用于處理傳感器采集得到反饋信號(hào)的PLL鎖相環(huán)、無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字處理器， 所述傳感器的輸出端與PLL鎖相環(huán)連接，PLL鎖相環(huán)的輸出端分別連向數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器的輸出端連向數(shù)字處理器，所述PLL鎖相環(huán)根據(jù)反饋信號(hào)輸出基波參考電流信號(hào)給數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器根據(jù)得到的基波參考電流信號(hào)按預(yù)設(shè)程序輸出無(wú)功基波電流給數(shù)字處理器，數(shù)字處理器將得到的無(wú)功基波電流和基波參考電流信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得出結(jié)論信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路。 所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器采用MCU芯片。本發(fā)明提供的裝置的有益效果為先通過(guò)PLL鎖相環(huán)將反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為基波參考電流信號(hào)，然后再通過(guò)無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器加入無(wú)功基波電流，由數(shù)字處理器進(jìn)行邏輯運(yùn)算從而能夠?qū)⒔Y(jié)論信號(hào)傳遞給驅(qū)動(dòng)電路，由于整個(gè)裝置注入的無(wú)功基波電流的幅度較小， 基本上不影響逆變器開(kāi)關(guān)器件由于的額定電流值選型。


圖I本發(fā)明并網(wǎng)逆變器的主電路示意框圖2本發(fā)明原理示意框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所依據(jù)的工作原理通過(guò)特定儀器合成后的電流參考信號(hào)經(jīng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，則通過(guò)檢測(cè)該點(diǎn)電壓的幅值變化并判定其變化趨勢(shì)與預(yù)期一致則為檢測(cè)出無(wú)計(jì)劃性孤島效應(yīng)，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。按照上面提到的工作原理參見(jiàn)圖I、圖2，本發(fā)明所提供的一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法
步驟I :基于前級(jí)控制輸出的基波參考電流信號(hào)對(duì)應(yīng)生成90度相位超前或滯后的無(wú)功基波電流，該電流幅值與基波參考電流的幅值成一定比例；
步驟2 :該無(wú)功基波電流每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次幅度變化，即2a% -> la% -> 0% -> 2a% -> la% -> 0%的往復(fù)周期性變化，無(wú)功基波電流變化幅度應(yīng)小于基波參考電流的 25% ；步驟3 :無(wú)功基波電流經(jīng)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功基波電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，當(dāng)電網(wǎng)正常連接工作的情況下，公共耦合點(diǎn)的電壓將保持同電網(wǎng)電壓一致并不受到注入的小幅度無(wú)功基波電流的影響；當(dāng)電網(wǎng)電壓失去之后，即使在并網(wǎng)逆變器的負(fù)載功率和電網(wǎng)電壓失去前并網(wǎng)逆變器的輸出功率相匹配的情況下，幅值變化的無(wú)功基波電流將改變公共連接點(diǎn)的電壓幅值和相位，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)電壓幅值的增減變化規(guī)律是否與無(wú)功基波電流的幅值變化規(guī)律一致來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。其中無(wú)功基波電流的幅度變化時(shí)刻應(yīng)安排在其自身信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，以保證合成輸出電流不產(chǎn)生諧波和反復(fù)的相位跳變。為了進(jìn)一步說(shuō)明具體實(shí)際工作上所需要，則引入具體實(shí)施例
實(shí)施例I
本發(fā)明提供的一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法
步驟I :基于前級(jí)控制輸出的基波參考電流信號(hào)對(duì)應(yīng)生成90度相位超前或滯后的無(wú)功基波電流，該電流幅值與基波參考電流的幅值成一定比例；
步驟2 :該無(wú)功基波電流每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次幅度變化，即20% -> 10% -> 0% -> 20% -> 10% -> 0%的往復(fù)周期性變化，無(wú)功基波電流變化幅度應(yīng)小于基波參考電流的 25% ；
步驟3 :無(wú)功基波電流經(jīng)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功基波電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，當(dāng)電網(wǎng)正常連接工作的情況下，公共耦合點(diǎn)的電壓將保持同電網(wǎng)電壓一致并不受到注入的小幅度無(wú)功基波電流的影響；當(dāng)電網(wǎng)電壓失去之后，即使在并網(wǎng)逆變器的負(fù)載功率和電網(wǎng)電壓失去前并網(wǎng)逆變器的輸出功率相匹配的情況下，幅值變化的無(wú)功基波電流將改變公共連接點(diǎn)的電壓幅值和相位，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)電壓幅值的增減變化規(guī)律是否與無(wú)功基波電流的幅值變化規(guī)律一致來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。實(shí)施例2
本發(fā)明提供的一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法
步驟I :基于前級(jí)控制輸出的基波參考電流信號(hào)對(duì)應(yīng)生成90度相位超前或滯后的無(wú)功基波電流，該電流幅值與基波參考電流的幅值成一定比例；
步驟2 :該無(wú)功基波電流每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次幅度變化，S卩10% -> 5% -> 0% -> 10% -> 5% -> 0%的往復(fù)周期性變化，無(wú)功基波電流變化幅度應(yīng)小于基波參考電流的25%;
步驟3 :無(wú)功基波電流經(jīng)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功基波電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，當(dāng)電網(wǎng)正常連接工作的情況下，公共耦合點(diǎn)的電壓將保持同電網(wǎng)電壓一致并不受到注入的小幅度無(wú)功基波電流的影響；當(dāng)電網(wǎng)電壓失去之后，即使在并網(wǎng)逆變器的負(fù)載功率和電網(wǎng)電壓失去前并網(wǎng)逆變器的輸出功率相匹配的情況下，幅值變化的無(wú)功基波電流將改變公共連接點(diǎn)的電壓幅值和相位，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)電壓幅值的增減變化規(guī)律是否與無(wú)功基波電流的幅值變化規(guī)律一致來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。同時(shí)本發(fā)明還提供了一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法的裝置，依次由傳感器、處理控制模塊以及驅(qū)動(dòng)電路連接而成，處理控制模塊包括用于處理傳感器采集得到反饋信號(hào)的PLL鎖相環(huán)、無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字處理器，傳感器的輸出端與PLL鎖相環(huán)連接，PLL鎖相環(huán)的輸出端分別連向數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器， 無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器的輸出端連向數(shù)字處理器，PLL鎖相環(huán)根據(jù)反饋信號(hào)輸出基波參考電流信號(hào)給數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器根據(jù)得到的基波參考電流信號(hào)按預(yù)設(shè)程序輸出無(wú)功基波電流給數(shù)字處理器，數(shù)字處理器將得到的無(wú)功基波電流和基波參考電流信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得出結(jié)論信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路。為了具體描述上面提供的裝置，具體的實(shí)施例如下
實(shí)施例3
一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法的裝置，依次由傳感器、處理控制模塊以及驅(qū)動(dòng)電路(PWM)連接而成，處理控制模塊包括用于處理傳感器采集得到反饋信號(hào)的PLL鎖相環(huán)、無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字處理器，PLL鎖相環(huán)具體是Phase Locked Loop，無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器也是采用MCU芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)字處理器可選用美國(guó)微芯公司 Microchip生產(chǎn)的型號(hào)為dsPIC30F4011數(shù)字處理器，傳感器的輸出端與PLL鎖相環(huán)連接， PLL鎖相環(huán)的輸出端分別連向數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器的輸出端連向數(shù)字處理器，PLL鎖相環(huán)根據(jù)反饋信號(hào)輸出基波參考電流信號(hào)給數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器根據(jù)得到的基波參考電流信號(hào)按預(yù)設(shè)程序輸出無(wú)功基波電流給數(shù)字處理器，數(shù)字處理器將得到的無(wú)功基波電流和基波參考電流信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得出結(jié)論信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路。
權(quán)利要求
1.一種基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法，其特征在于步驟I :基于前級(jí)控制輸出的基波參考電流信號(hào)對(duì)應(yīng)生成90度相位超前或滯后的無(wú)功基波電流，該電流幅值與基波參考電流的幅值成一定比例；步驟2 :該無(wú)功基波電流每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次幅度變化，即2a% -> la% -> 0% -> 2a% -> la% -> 0%的往復(fù)周期性變化，無(wú)功基波電流變化幅度應(yīng)小于基波參考電流的 25% ；步驟3 :無(wú)功基波電流經(jīng)并網(wǎng)逆變器閉環(huán)控制輸出后將在輸出端負(fù)載上形成電壓，而無(wú)功基波電流的幅度變化將造成公共連接點(diǎn)的電壓幅值產(chǎn)生一定的低壓變化，當(dāng)電網(wǎng)正常連接工作的情況下，公共耦合點(diǎn)的電壓將保持同電網(wǎng)電壓一致并不受到注入的小幅度無(wú)功基波電流的影響；當(dāng)電網(wǎng)電壓失去之后，即使在并網(wǎng)逆變器的負(fù)載功率和電網(wǎng)電壓失去前并網(wǎng)逆變器的輸出功率相匹配的情況下，幅值變化的無(wú)功基波電流將改變公共連接點(diǎn)的電壓幅值和相位，通過(guò)監(jiān)測(cè)公共連接點(diǎn)電壓幅值的增減變化規(guī)律是否與無(wú)功基波電流的幅值變化規(guī)律一致來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生，并立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以采取措施。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法，其特征在于所述無(wú)功基波電流的幅度變化時(shí)刻應(yīng)安排在其自身信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法的裝置，依次由傳感器、處理控制模塊以及驅(qū)動(dòng)電路連接而成，其特征在于所述處理控制模塊包括用于處理傳感器采集得到反饋信號(hào)的PLL鎖相環(huán)、無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器以及數(shù)字處理器，所述傳感器的輸出端與PLL鎖相環(huán)連接，PLL鎖相環(huán)的輸出端分別連向數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器的輸出端連向數(shù)字處理器，所述PLL鎖相環(huán)根據(jù)反饋信號(hào)輸出基波參考電流信號(hào)給數(shù)字處理器和無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器，所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器根據(jù)得到的基波參考電流信號(hào)按預(yù)設(shè)程序輸出無(wú)功基波電流給數(shù)字處理器，數(shù)字處理器將得到的無(wú)功基波電流和基波參考電流信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得出結(jié)論信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法的裝置，其特征在于所述無(wú)功電流信號(hào)發(fā)生器采用MCU芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于幅值變化的無(wú)功電流擾動(dòng)從而適于小型風(fēng)電或光伏并網(wǎng)逆變器的非計(jì)劃性孤島效應(yīng)檢測(cè)方法，且該方法無(wú)需改變輸出的工作頻率亦不影響輸出電流諧波，并同時(shí)提供一種基于幅值變化無(wú)功電流擾動(dòng)的孤島檢測(cè)方法的裝置，本發(fā)明所提供的檢測(cè)方法的有益效果為1)采用無(wú)功基波電流注入的方法，不影響實(shí)際有功功率的輸出，亦不產(chǎn)生諧波電流，保證了輸出的電能質(zhì)量；2)周期性的改變無(wú)功電流的幅值大小，通過(guò)判斷連接點(diǎn)的電壓幅值變化情況來(lái)判斷孤島效應(yīng)，避免了注入過(guò)大的電流擾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓過(guò)欠壓的需要。
文檔編號(hào)G01R31/08GK102590713SQ201210089148
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者彭景生 申請(qǐng)人:浙江特雷斯電子科技有限公司