一種三相并網(wǎng)逆變器防孤島效應(yīng)的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三相并網(wǎng)逆變器防孤島效應(yīng)的檢測方法，通過設(shè)定無功電流與電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率之間的關(guān)系特性曲線，在電流內(nèi)環(huán)給定值上疊加無功電流擾動作為新的內(nèi)環(huán)無功電流給定值，具有電能質(zhì)量影響小、孤島檢測時間快、擾動方向自適應(yīng)、擾動方程斜率自適應(yīng)的性能。在具體的配置中，擾動規(guī)則計算模塊計算出相應(yīng)的擾動量，再疊加到無功電流內(nèi)環(huán)給定值上，從而實現(xiàn)了三相并網(wǎng)逆變器基于電網(wǎng)側(cè)反饋電流和電網(wǎng)側(cè)電壓頻率特性曲線的孤島檢測，這樣保證了并網(wǎng)逆變器符合逆變器國家標(biāo)準(zhǔn)并網(wǎng)要求。
【專利說明】—種三相并網(wǎng)逆變器防孤島效應(yīng)的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于逆變器【技術(shù)領(lǐng)域】，更為具體地講，涉及一種三相并網(wǎng)逆變器防孤島效應(yīng)的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]孤島效應(yīng)是指逆變器并網(wǎng)運行時，由于維修或設(shè)備故障造成的有意或無意的主電網(wǎng)掉電，逆變器運行使電網(wǎng)停電區(qū)域的部分線路仍維持帶電狀態(tài)并給停電區(qū)域的負(fù)載繼續(xù)供電，形成由分布式電源獨立供電的孤島。這種情況下逆變器如果不能及時停機(jī)仍持續(xù)向負(fù)載供電會產(chǎn)生以下嚴(yán)重的后果:
[0003](I)、孤島發(fā)生后與逆變系統(tǒng)相連的線路仍然帶電，對檢修人員造成危險，降低電網(wǎng)的安全性；
[0004](2)、公共點電壓幅值和頻率不受電網(wǎng)控制，如果電壓幅值和頻率超出允許的范圍，可能會對用戶的設(shè)備造成損壞；
[0005](3)、當(dāng)電網(wǎng)供電恢復(fù)時如果電網(wǎng)電壓與公共點電壓的相位不同步，合閘時會造成線路短路，嚴(yán)重時引起電網(wǎng)的崩潰。
[0006]因此，不管是從安全性，還是可靠性方面考慮，并網(wǎng)逆變器都應(yīng)具備防止孤島產(chǎn)生的能力。鑒于這些原因，國家制定了相應(yīng)規(guī)范，要求并網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)具有防孤島效應(yīng)保護(hù)功能，必須及時檢測出孤島，并將并網(wǎng)逆變器與公共電網(wǎng)斷開?；谀孀兤鱾?cè)的防孤島效應(yīng)保護(hù)方法分為被動式和主動式，被動式方法通常通過檢測逆變器交流輸出端的電壓信息(如電壓幅值、頻率、電壓電流相位差)來判斷孤島是否發(fā)生。但當(dāng)逆變器輸出功率和負(fù)載消耗功率匹配時，孤島發(fā)生后電網(wǎng)側(cè)的電壓信息變化很小，無法達(dá)到被動保護(hù)閾值，被動式孤島檢測失去保護(hù)作用，因此為了可靠地檢測出孤島是否發(fā)生，必須采用主動式方法。主動式方法通過有意地向電網(wǎng)注入擾動，通過檢測逆變器并網(wǎng)點的電壓幅值、頻率等變量變化來判斷孤島是否發(fā)生。常用的主動式防孤島效應(yīng)檢測方法有:主動移頻法(AFD)、主動移相法(SMS)、諧波注入法(HJ)，功率擾動法等。目前已有的主動式防孤島效應(yīng)檢測方法存在以下主要的問題:1)大部分的主動式防孤島效應(yīng)檢測方法(如主動頻移法、電壓偏移法、諧波注入法)需要不斷的向電網(wǎng)注入干擾信號，影響了逆變器電能質(zhì)量；2)加入的擾動多為固定擾動，不能根據(jù)目標(biāo)量的變化量自動調(diào)節(jié)擾動大小；3) —些主動式防孤島方法在多逆變器并聯(lián)時會因為擾動方向不一致產(chǎn)生稀釋效應(yīng)，擾動相互抵消導(dǎo)致孤島檢測失效；4) 一些主動式防孤島效應(yīng)檢測方法在單相逆變器中有很好的檢測效果，但并不適用于三相逆變器的防孤島檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種三相并網(wǎng)逆變器防孤島效應(yīng)的檢測方法，通過在無功電流內(nèi)環(huán)給定值上疊加無功電流擾動，實現(xiàn)三相并網(wǎng)逆變器的防孤島效應(yīng)檢測，具有電能質(zhì)量影響小、孤島檢測時間快、擾動方向自適應(yīng)、擾動方程斜率自適應(yīng)的優(yōu)點。
[0008]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種三相并網(wǎng)逆變器的防孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009](I)、采集電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流信號和直流側(cè)電壓信號；通過并網(wǎng)逆變器中控制器的高精度外部AD采樣芯片采集電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流信號和直流側(cè)的電壓信號，并將采集的電網(wǎng)側(cè)電壓、電流信號和直流側(cè)電壓信號傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器DSP中；
[0010](2)、數(shù)字信號處理器DSP將接收到的電壓、電流信號用于控制算法運算；
[0011](2.1)、將電網(wǎng)三相電壓Va、Vb和V。通過雙同步坐標(biāo)系解耦鎖相環(huán)(DDSRF-PLL)模塊進(jìn)行clark、park變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)側(cè)電壓值Vd、Vq,以及電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f和相角Θ ;同時通過clark、park變換，將采集的電網(wǎng)側(cè)電流ia、ib和i。從abc三相靜止坐標(biāo)系變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系得到電網(wǎng)側(cè)反饋電流值i,和id ；
[0012]將計算得到的電網(wǎng)側(cè)電壓值Vd、Vq,以及三相并網(wǎng)逆變器的功率給定指令信號P*
和Q*輸入到功率外環(huán)控制模塊，分別計算出無功電流內(nèi)環(huán)給定值ζ和ζ ;
[0013]將計算得到的電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f送入到擾動規(guī)則計算模塊，通過擾動規(guī)則計算模塊計算出無功電流擾動量i’，，而電網(wǎng)側(cè)電壓的相角Θ送入到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，用于下一控制周期的坐標(biāo)變換；
[0014](2.2)、根據(jù)DDSRF-PLL模塊得到的電網(wǎng)側(cè)電壓頻率f判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生；
[0015]a)、如果電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f不在三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常頻率范圍內(nèi)，判斷為孤島效應(yīng)發(fā)生，則停止三相并網(wǎng)逆變器的運行；
[0016]b)、如果電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f在三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常頻率范圍內(nèi)，則將擾動規(guī)則計算模塊計算出的無功電流擾動量i’q疊加到無功電流內(nèi)環(huán)給定值~上作為新的無功電流內(nèi)環(huán)給定值，進(jìn)入步驟(2.3)；
[0017](2.3)、將無功電流內(nèi)環(huán)給定值與得到的電網(wǎng)側(cè)電流的反饋值、作差，以及新的
無功電流內(nèi)環(huán)給定值和電網(wǎng)側(cè)反饋電流值i,作差后同時輸入到內(nèi)環(huán)電流控制模塊，通過反park變換后得到指令電壓Va、Ve ；
[0018](2.4)、將步驟(2.3)中得到的指令電壓Va、Ve和直流穩(wěn)壓電容側(cè)電壓Vd。共同送入到SVPWM空間矢量PWM調(diào)制模塊，產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制PWM信號來控制逆變單元中功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷；待當(dāng)前控制周期結(jié)束后返回步驟(1)。
[0019]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種擾動規(guī)則計算模塊計算無功電流擾動量i’q的方法為:
[0020]當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生后，負(fù)載的有功、無功功率完全由逆變器提供，則逆變器輸出功率可由下式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種三相并網(wǎng)逆變器的防孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、采集電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流信號和直流側(cè)電壓信號；通過并網(wǎng)逆變器中控制器的高精度外部AD采樣芯片采集電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流信號和直流側(cè)的電壓、電流信號，并將采集的電網(wǎng)側(cè)電壓、電流信號和直流側(cè)電壓信號傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器DSP中； (2)、數(shù)字信號處理器DSP將接收到的電壓、電流信號用于控制算法運算； (2.1)、將電網(wǎng)三相電壓Va、Vb和V。通過雙同步坐標(biāo)系解耦鎖相環(huán)(DDSRF-PLL)模塊進(jìn)行clark、park變換得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電網(wǎng)側(cè)電壓值Vd、Vq,以及電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f和相角Θ ;同時通過clark、park變換,將采集的電網(wǎng)側(cè)電流ia、ib和i。從abc三相靜止坐標(biāo)系變換到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系得到電網(wǎng)側(cè)反饋電流值iq和id ； 將計算得到的電網(wǎng)側(cè)電壓值Vd、Vq,以及三相并網(wǎng)逆變器的功率給定指令信號P*和Q*輸入到功率外環(huán)控制模塊，分別計算出無功電流內(nèi)環(huán)給定值 <和 將計算得到的電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f送入到擾動規(guī)則計算模塊，通過擾動規(guī)則計算模塊計算出無功電流擾動量i’，，而電網(wǎng)側(cè)電壓的相角Θ送入到dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，用于下一控制周期的坐標(biāo)變換； (2.2)、根據(jù)DDSRF-PLL模塊得到的電網(wǎng)側(cè)電壓頻率f判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生； a)、如果電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f不在三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常頻率范圍內(nèi)，判斷為孤島效應(yīng)發(fā) 生，則停止三相并網(wǎng)逆變器的運行； b)、如果電網(wǎng)側(cè)電壓的頻率f在三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的正常頻率范圍內(nèi)，則將擾動規(guī)則計算模塊計算出的無功電流擾動量i’ q疊加到無功電流內(nèi)環(huán)給定值ζ上作為新的無功電流內(nèi)環(huán)給定值，進(jìn)入步驟(2.3)； (2.3)、將無功電流內(nèi)環(huán)給定值<與得到的電網(wǎng)側(cè)電流的反饋值、作差，以及新的無功電流內(nèi)環(huán)給定值和電網(wǎng)側(cè)反饋電流值i,作差后同時輸入到內(nèi)環(huán)電流控制模塊，通過反park變換后得到指令電壓Va、Ve ； (2.4)、將步驟(2.3)中得到的指令電壓Va、Ve和直流穩(wěn)壓電容側(cè)電壓Vd。共同送入到SVPWM空間矢量PWM調(diào)制模塊，產(chǎn)生6路脈寬調(diào)制PWM信號來控制逆變單元中功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷；待當(dāng)前控制周期結(jié)束后返回步驟(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相并網(wǎng)逆變器放的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述的擾動規(guī)則計算模塊計算無功電流擾動量i’ q的方法為: 當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生后,負(fù)載的有功、無功功率完全由逆變器提供,則逆變器輸出功率可由下式表示:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相并網(wǎng)逆變器的防孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述的電網(wǎng)側(cè)電壓Vq = O時，鎖相環(huán)鎖定的電網(wǎng)側(cè)電壓頻率f和相角Θ與電網(wǎng)同步。
【文檔編號】G01R31/00GK103954863SQ201410175872
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】李凱, 鄒見效, 鄭宏, 徐紅兵, 謝強(qiáng) 申請人:電子科技大學(xué)