一種基于有功電流擾動的正反饋孤島檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)檢測方法，具體是一種分布式并網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)的主動正反饋式孤島檢測方法，屬于三相并網(wǎng)逆變器的電網(wǎng)檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在由并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)構(gòu)成的分布式發(fā)電系統(tǒng)中，逆變裝置并網(wǎng)點附近的負載由 逆變裝置和電網(wǎng)共同供電，當(dāng)逆變裝置輸出功率與負載功率相匹配且負載的電網(wǎng)端因故障 停止供電時，逆變裝置可能會繼續(xù)向負載供電，從而形成電網(wǎng)之外的孤島運行狀態(tài)。孤島狀 態(tài)會使得一些被認(rèn)為已經(jīng)與電網(wǎng)斷開的線路帶電，這會給電網(wǎng)維修人員和用戶的人身安全 帶來威脅。
[0003] 目前，常用的孤島檢測方法有被動式孤島檢測法和主動式孤島檢測法兩種，被動 式孤島檢測法常用的是檢測并網(wǎng)點電壓的幅值、頻率、諧波，這三種方法都有較大的檢測盲 區(qū)，只能作為輔助檢測手段。主動式孤島檢測法常用的是主動頻移法和無功功率擾動法，主 動頻移法會對逆變裝置輸出電流的諧波造成影響，在功率較大的三相并網(wǎng)逆變器中一般較 少使用，無功功率擾動法則在高品質(zhì)因數(shù)下有檢測盲區(qū)，無法完全檢出不同品質(zhì)因數(shù)下的 孤島效應(yīng)。因此，一種既能快速準(zhǔn)確地檢測出孤島的發(fā)生又能避免對輸出電流諧波產(chǎn)生影 響的孤島檢測方法對于分布式發(fā)電裝置來說是一項非常重要的研究課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種對逆變裝置輸出電流諧波影響 小，且無檢測盲區(qū)的孤島檢測方法，通過發(fā)生孤島時逆變裝置輸出的有功電流對并網(wǎng)點電 壓的影響，從而實現(xiàn)對是否發(fā)生孤島效應(yīng)的判斷。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種基于有功電流擾動的正反饋 孤島檢測方法，所述檢測方法的步驟包括： a) 在每個采樣周期讀取一次并網(wǎng)點線電壓，將讀取的線電壓從三相靜止坐標(biāo)系變換到 兩相靜止坐標(biāo)系上，然后再將兩相靜止坐標(biāo)系上的分量變換到電網(wǎng)電壓矢量定向的兩 相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，利用軟件鎖相技術(shù)，獲得電網(wǎng)電壓同步矢量角0、電網(wǎng)電壓在同步坐 標(biāo)系上的D軸分量和Q軸分量權(quán)彳； b) 對D軸分量作低通濾波，根據(jù)逆變裝置的允許工作電壓范圍，對低通濾波后的 設(shè)定上下限得到將未做任何處理的^^除以^^，即可得到逆變裝置在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下的D軸有功電流控制系數(shù)巧』； c) 將有功電流控制系數(shù)乘以有功電流給定會經(jīng)過ΡΙ控制、電壓前饋和空間 矢量脈寬調(diào)制模塊控制逆變裝置的輸出功率A; d )在孤島狀態(tài)下，逆變裝置的輸出功率/?的變化會影響負載電壓w g的變化，而負載 電壓的變化會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓在同步坐標(biāo)系上的D軸分量Κ?的變化，通過對的處理得到 的有功電流控制系數(shù)仏則會通過有功電流給定V反過來影響逆變裝置的輸出功率巧，如 此反復(fù)，形成對負載電壓的正反饋影響，直到;^的電壓幅值和頻率超過限值而停機。
[0006] 進一步的，所述三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換公式為：
〒述兩相靜止坐標(biāo)系上的分量變換到電網(wǎng)電 壓矢量定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換公式為：
，其中，〃辦和為并網(wǎng)點線電壓，和為電 網(wǎng)電壓在兩相靜止坐標(biāo)系上的.軸分量和#軸分量，沒.為電網(wǎng)電壓矢量角，:心和％為電網(wǎng)電 壓在電網(wǎng)電壓矢量定向的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的D軸分量和Q軸分量。
[0007] 進一步的，所述低通濾波后的Κ?的上下限是根據(jù)逆變裝置正常允許運行電壓范圍 設(shè)定的，其上限是由逆變裝置的允許并網(wǎng)電壓上限確定的，一般為〗，其下限是 由逆變裝置的允許并網(wǎng)電壓下限確定的，一般為其中？:·ν為額定電壓。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是： 對逆變裝置有功電流的擾動控制，既可保證逆變裝置在正常運行時對輸出電流的諧波 畸變率沒有影響，又可保證在發(fā)生孤島時，該孤島檢測方法沒有檢測盲區(qū)，大大提高了孤島 檢測范圍，同時由于有正反饋的存在，其檢測速度也能輕易滿足規(guī)范要求，此外，由于逆變 裝置的正常運行范圍在規(guī)范中已經(jīng)確定，因此，對于確定低通濾波后的上下限也非常簡 單。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明所提及的孤島發(fā)生時有功電流給定與輸出電壓之間的正反饋關(guān)系 圖。
[0010] 圖2為本發(fā)明所提及的基于有功電流擾動的正反饋孤島檢測方法的程序執(zhí)行流程 圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明所提及的控制系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種基于有功電流擾動的正反饋孤島檢測方法作進一 步描述。
[0013] 如圖1所示，圖1顯示了具備上述孤島檢測算法的逆變裝置在孤島發(fā)生時有功電流 給定與輸出電壓之間的正反饋關(guān)系圖。通過逆變裝置輸出電流在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的D軸 分量對并網(wǎng)點電壓的影響，從而實現(xiàn)對是否發(fā)生孤島效應(yīng)的判斷，由公式（1) 巧=3(^ + 1^)/2可知，只要鎖相準(zhǔn)確，:?幾乎為零，輸出功率/?基本受％和《影響，而心 由于受電網(wǎng)控制不容易改變，因此，只有^可以有較大的自由度來改變?yōu)?；由公式? ) 艿=把/^可知，在負載電阻一定的情況下，負載電阻消耗的功率與電壓的平方呈正比，而在 孤島狀態(tài)下，負載電阻消耗的功率直接來自茍，因此,?可以在孤島狀態(tài)下，影響負載電阻 兩端的電壓幅值。由于沒有電網(wǎng)電壓的鉗制，在電阻電壓發(fā)生變化后，會進一步影響Κ?，因 此，在孤島狀態(tài)下，Wd，會與4同時影響辱，而茍會反過來進一步影響負載電阻的電壓，如此 反復(fù)，對輸出電壓產(chǎn)生正反饋控制，直到逆變裝置輸出電壓幅值和頻率超過限值而封波脫 網(wǎng)。
[0014] 如圖2所示，逆變裝置主控系統(tǒng)在每個中斷周期讀取電網(wǎng)電壓的幅值和頻率，然后 判斷幅值和頻率是否在要求范圍內(nèi)，如果超出范圍，逆變裝置會及時封波脫網(wǎng)，并向上位機 上報故障信息，如果電網(wǎng)電壓幅值和頻率沒有問題，則逆變裝置主控系統(tǒng)會對根據(jù)電網(wǎng)電 壓進行鎖相處理，得到電網(wǎng)電壓的、％和攻。鎖相完成后，需要對^^進行低通濾波處理和 限幅處理得到心，用未作處理的心除以處理后的.，即可得到有功電流控制系數(shù)％，用 有功電流控制系數(shù)乘以有功電流給定值。即可完成該孤島檢測方法的一次程序執(zhí)行。
[0015] 如圖3所示，在本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖中，除了由光伏電池、儲能電池或燃料電池 等組成的直流電源、逆變裝置、負載、電網(wǎng)等必備的硬件系統(tǒng)外，本發(fā)明所采用的主動式正 反饋孤島檢測方法共包括以下四個部分:并網(wǎng)點電壓矢量角計算、輸出電流在同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系下的D軸控制系數(shù)計算、并網(wǎng)電流控制和并網(wǎng)點過/欠壓、過/欠頻保護。
[0016] 并網(wǎng)點電壓矢量角計算是通過軟件鎖相實現(xiàn)的，逆變裝置主控系統(tǒng)在每個采樣周 期讀取一次并網(wǎng)點線電壓，取得三個線電壓之后，通過三相靜止坐標(biāo)系到兩相 靜止坐標(biāo)系的變換公式(3)和兩相靜止坐標(biāo)系到電網(wǎng)電壓