專利名稱：一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法。
背景技術(shù)：
孤島效應(yīng)是指，在電網(wǎng)斷電時，并網(wǎng)逆變電源仍然保持對失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，當電網(wǎng)中某一區(qū)域處于光伏發(fā)電的孤島狀態(tài)時，電網(wǎng)將不再控制孤島區(qū)域中的電壓和頻率。該區(qū)域內(nèi)的電壓或頻率漂移不僅會損壞用戶設(shè)備，而且可能會影 響該區(qū)域中供電系統(tǒng)的恢復情況，嚴重時還會威脅工作人員的人身安全，因此，并網(wǎng)逆變器需要防止孤島效應(yīng)，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。那么如何檢測孤島效應(yīng)呢？現(xiàn)有的孤島檢測方法分為被動式檢測和主動式檢測兩大類。被動式孤島檢測依據(jù)電網(wǎng)斷電后有功的波動會引起光伏系統(tǒng)端口電壓的變化，無功的波動會引起光伏系統(tǒng)輸出頻率的變化。光伏并網(wǎng)逆變器只需要通過監(jiān)測并網(wǎng)系統(tǒng)端口電壓或者輸出頻率就可以檢測到孤島的發(fā)生。然而，在電網(wǎng)斷電后，如果有功和無功的波動都很小，那么被動式孤島檢測方法就存在檢測盲區(qū)。主動式孤島檢測方法中采用比較多的是主動頻移法AFD，其基本原理是在光伏并網(wǎng)逆變器的輸出加入頻率擾動。并網(wǎng)正常工作情況下，受電網(wǎng)電壓鉗制，其擾動可以被大電網(wǎng)校正回來，從而使得光伏并網(wǎng)逆變器端口電壓和頻率變化很小；當有孤島效應(yīng)發(fā)生時，沒有電網(wǎng)的鉗制作用，周期性的頻率擾動會使并網(wǎng)系統(tǒng)端口電壓和頻率變得不穩(wěn)定，光伏并網(wǎng)逆變器通過檢測端口電壓和輸出頻率變化能檢測孤島的發(fā)生。然而電網(wǎng)斷電后，由于光伏發(fā)電孤島區(qū)域內(nèi)負載的不可預知和復雜性，會導致檢測到的端口電壓和輸出頻率波動都很小，這樣主動式孤島檢測方法也存在檢測盲區(qū)。雖然增加頻率擾動可以減小檢測盲區(qū)，但是過大的頻率擾動會加劇輸出電流波形畸變，當需要進行電能質(zhì)量治理時,該擾動還會對諧波補償效果造成較嚴重的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，該方法可有效減少逆變器向電網(wǎng)輸出的諧波，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。技術(shù)方案一基于時間的檢測方法一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，控制逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的設(shè)定時間差為Tl，檢測逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的檢測時間差為T2，當T2在Tl附近波動頻繁時，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。上述技術(shù)方案的特點和進一步改進在于(I)所述T2在Tl附近波動頻繁時具體是指實時計算每個周期T2與Tl差值的絕對值；若該差值的絕對值在T2允許波動范圍之外時，則計數(shù)值加I ;在連續(xù)N個周期內(nèi)，如果計數(shù)值大于N/2，則判定T2在Tl附近波動頻繁。(2)所述 N〉10。(3)所述T2允許波動范圍為0. 5T1-1. 5T1。(4)所述設(shè)定時間差Tl為120-200 U S。技術(shù)方案二基于頻率的檢測方法一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，檢測前一電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n-1)，檢測當前電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n)，計算相鄰兩個周期電網(wǎng)頻率差值的絕對值I A I = f(n) -f(n-l)，判斷I A |在0. 1-0. 3Hz外時，計數(shù)值加
I;在連續(xù)N個周期內(nèi)，如果計數(shù)值大于N/2，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。上述技術(shù)方案的特點和進一步改進在于所述N>10。本發(fā)明屬于主動頻移法AFD，在光伏并網(wǎng)逆變器加入的頻率擾動范圍可以控制在0.3-0. 5Hz內(nèi)，就能有效的檢測出孤島效應(yīng)。本發(fā)明并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)檢測方法，理解容易，處理起來簡單易行；將電網(wǎng)頻率響應(yīng)保護和防孤島保護分開，不需要過大的頻率擾動就可實現(xiàn)孤島效應(yīng)的檢測，對輸出電流波形造成的畸變影響較小，降低了輸出電流波形畸變率，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細說明。圖I為本發(fā)明實施例中主動頻移法AFD工作原理圖；圖2為本發(fā)明基于時間的孤島效應(yīng)檢測方法流程圖；圖3為本發(fā)明基于頻率的孤島效應(yīng)檢測方法流程圖。
具體實施例方式北京鑒衡認證中心認證技術(shù)規(guī)范《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)條件》(CGC/GF004:2011 CNCA/CTS 0004-2009A) 5. 5. I. I條防孤島效應(yīng)保護中要求“逆變器應(yīng)具有防孤島效應(yīng)保護功能，若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應(yīng)在2s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，同時發(fā)出警示信號。”5. 3. 5條電網(wǎng)響應(yīng)中要求電網(wǎng)頻率在額定頻率變化時，逆變器的工作狀態(tài)應(yīng)該滿足下表I電網(wǎng)頻率響應(yīng)的要求?？梢姡旊娋W(wǎng)斷電時，逆變器檢測到的頻率要低于48Hz或高于50. 5Hz才能停止運行，滿足防孤島效應(yīng)的要求。表I、頻率范圍逆變器
低于48Hz__逆變器0.2秒內(nèi)停止運行
48-49. 5Hz 逆變器運行10分鐘后停止運行[o〇25]49.5-50.2Hz逆變器正常運行
逆變器運行2分鐘后停止運行，此時處
于停運狀態(tài)的逆變器不得并網(wǎng) "TTTTTT-逆變器0.2秒內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，此時 w處于停態(tài)的逆變器不得并網(wǎng)
本發(fā)明技術(shù)方案并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)的檢測方法是基于主動式孤島效應(yīng)檢測方法中最普遍使用的主動頻移法AFD實現(xiàn)的，如附圖I所示，并網(wǎng)逆變器先檢測并網(wǎng)端口的電壓，然后主動改變輸出電流和電流頻率。在電網(wǎng)周期開始時，即在并網(wǎng)端口電壓過零點處，
yT
發(fā)出正弦波電流，半個周期后并網(wǎng)電壓過零點+和逆變器輸出電流過零點&存在時間差
22
tz，控制系統(tǒng)保持這一時間差tz，正常工作時，逆變器與電網(wǎng)并聯(lián)運行，負載兩端的電壓受電
網(wǎng)鉗制，檢測到的波動值保持在正常范圍內(nèi)?！┌l(fā)生孤島效應(yīng)，負載兩端的電壓，即并網(wǎng)端口電壓由輸出電流和負載阻抗共同決定，提前或滯后到達零點。理論上，如此反復，并網(wǎng)端口電壓隨時間不斷上升或下降，這一過程繼續(xù)直到系統(tǒng)檢測到過頻或欠頻，則判定有孤島效應(yīng)產(chǎn)生。在電阻負載時，主動式孤島效應(yīng)檢測方法實現(xiàn)簡單，能夠起到很好的控制效果。但在特定RLC負載條件下會存在檢測盲區(qū)，雖然增加擾動頻率可以減少檢測盲區(qū)，但是會增大輸出電流波形畸變。并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)并聯(lián)運行，電網(wǎng)本身的特性又非常復雜。因此，上述傳統(tǒng)檢測方法失效可能性非常大。本發(fā)明的方法是控制逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的設(shè)定時間差為Tl，檢測逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的檢測時間差為T2。在正常并網(wǎng)運行時，并網(wǎng)端口電壓穩(wěn)定；當電網(wǎng)斷電時，主動頻移法AFD反復起作用，并網(wǎng)端口電壓隨時間不斷上升或下降。針對這一特點，并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)的檢測方法中，逆變器不僅檢測并網(wǎng)端口電壓，還檢測并網(wǎng)端口電壓隨時間的變化，當T2在Tl附近波動頻繁時，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。具體實施辦法如圖2所示S201 :逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的設(shè)定時間差為Tl ；S202 :檢測逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的檢測時間差為T2 (n)，n=l、2、3......；S203 :計算每個周期的 I A1 = T2(n)_Tl ；S204 :判斷I A1I是否在120-200 ii s內(nèi)？如果是，進入步驟S206 ;否則，進入步驟S205 ；S205 :計數(shù)值 ql 加 I ;S206 :計數(shù)值ql不變；
S207 :檢測 NI (Nl>10)個周期；S208 :判斷ql是否大于N1/2，如果是，進入步驟S209 ;否則Nl、ql清零，進入步驟S201重新檢測；S209 T2 (n)波動頻繁，可判斷有孤島效應(yīng)發(fā)生。下面為本發(fā)明思想的另一種更加簡便的孤島效應(yīng)檢測方法，該方法基于頻率檢測，是對上述技術(shù)方案的更進一步改進，其具體實施辦法如圖3所示S301 :檢測前一電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n-1)；S302 :檢測當前電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n)；S303 :計算計算相鄰兩個周期電網(wǎng)頻率差值的絕對值I A2| = f(n)-f(n-l) | ； S304:判斷I A2|是否在0. 1-0. 3Hz內(nèi)？如果是，進入步驟S306 ;否則，進入步驟S305 ；S305 :計數(shù)值 q2 加 I ;S306 :計數(shù)值q2不變；S307 :檢測 N2 (N2>10)個周期；S308 :判斷q2是否大于N2/2，如果是，進入步驟S309 ;否則N2、q2清零，進入步驟S301重新檢測；S309 :并網(wǎng)端口電壓頻率f (n)波動頻繁，判斷有孤島效應(yīng)發(fā)生。在該方法中，選擇合適的檢測變化周期N2，只需要較小的擾動頻率就可以檢測到孤島發(fā)生，正常并網(wǎng)時也不會造成孤島保護誤動作。本發(fā)明技術(shù)方案，針對主動頻移法AFD對特定RLC負載條件下存在檢測盲區(qū)的檢測不足，很好解決了現(xiàn)有技術(shù)的這一缺陷。本發(fā)明光伏并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)的檢測方法，處理起來簡單易行，理解容易；將電網(wǎng)頻率響應(yīng)保護和防孤島保護分開，不需要過大的擾動就可實現(xiàn)孤島效應(yīng)的檢測，對輸出電流波形造成的畸變影響較小，降低了輸出電流波形畸變率；同時，不大的擾動對諧波補償效果影響也較小，本發(fā)明技術(shù)方案檢測時間短，諧波對系統(tǒng)影響小，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。本發(fā)明還有多種實施方式，但凡在本發(fā)明的精神和實質(zhì)范圍內(nèi)，所作的任何改變、等同替換、改進，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，控制逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的設(shè)定時間差為TI，檢測逆變器輸出電流過零點與并網(wǎng)端口電壓過零點之間的檢測時間差為T2，當T2在Tl附近波動頻繁時，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求I所述的用于并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述T2在Tl附近波動頻繁時具體是指實時計算每個周期T2與Tl差值的絕對值；若該差值的絕對值在T2允許波動范圍之外時，則計數(shù)值加I ;在連續(xù)N個周期內(nèi)，如果計數(shù)值大于N/2，則判定T2在Tl附近波動頻繁。
3.如權(quán)利要求2所述的用于并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述N>10。
4.如權(quán)利要求2所述的用于并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述T2允許波動范圍為O. 5T1-1. 5T1。
5.如權(quán)利要求I所述的用于并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述設(shè)定時間差 Tl 為 120-200 μ S。
6.一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，檢測前一電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n-1)，檢測當前電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f (n)，計算相鄰兩個周期電網(wǎng)頻率差值的絕對值I Δ =|f (n)-f(n-l)，判斷I Δ |在O. 1-0. 3Hz外時，計數(shù)值加I ;在連續(xù)N個周期內(nèi)，如果計數(shù)值大于N/2，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法，其特征在于，所述N>10。
全文摘要
本發(fā)明涉及并網(wǎng)逆變器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法。該方法包括檢測前一電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f(n-1)，檢測當前電網(wǎng)周期的并網(wǎng)端口電壓頻率f(n)，計算相鄰兩個周期電網(wǎng)頻率差值的絕對值|Δ|=|f(n)-f(n-1)|，判斷|Δ|在0.1-0.3Hz外時，計數(shù)值加1；在連續(xù)N個周期內(nèi)，如果計數(shù)值大于N/2，則判定產(chǎn)生孤島效應(yīng)。本發(fā)明技術(shù)方案加入的頻率擾動控制在0.3-0.5Hz范圍內(nèi)能夠檢測出孤島效應(yīng)，檢測時間短；并且該方法可有效減少逆變器向電網(wǎng)輸出諧波，使系統(tǒng)更穩(wěn)定。
文檔編號G01R31/08GK102680858SQ20121017336
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者張煒, 曾海霞, 李棟, 李繼生, 馬巖 申請人:陜西長嶺光伏電氣有限公司