三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于并網(wǎng)逆變器控制方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相光伏并網(wǎng)逆變器的 正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著太陽能發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的光伏系統(tǒng)并聯(lián)到公共電網(wǎng)上，當電 網(wǎng)正常時，由光伏系統(tǒng)與公共電網(wǎng)共同給負載供電；電網(wǎng)斷開后，僅由光伏系統(tǒng)給負載供 電，因此對電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運行提出了更高的要求，進而必須要解決的問題就是并網(wǎng)逆 變器的孤島檢測。
[0003] 孤島效應可能會對電路檢修人員和用電設(shè)備造成嚴重危害，所以研宄孤島檢測具 有重要的意義。目前，孤島檢測的方法主要有被動式檢測法和主動式檢測法兩大類。被動 式檢測法主要有：過/欠電壓與過/欠頻率檢測方法、電壓相位突變檢測方法和電壓諧波檢 測法等。它的特點是檢測方法實現(xiàn)簡單，不需加擾動，但存在較大的檢測盲區(qū)。主動式檢測 法主要有：主動頻率偏移法、滑模頻率偏移法和頻率正反饋擾動法等。它的特點是在逆變器 的并網(wǎng)輸出電流中引入了擾動量，以及在特定條件下也存在檢測盲區(qū)。伴隨著國內(nèi)外多個 大型光伏并網(wǎng)電站的建立以及電力電子學科的不斷發(fā)展，研宄三相光伏并網(wǎng)逆變器的孤島 檢測方法也具有很大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測 方法，該方法具有無檢測盲區(qū)及并網(wǎng)電流畸變小的特點。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢 測方法，具體按照以下步驟實施：
[0006] 步驟1、確定三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的理想并網(wǎng)電壓％、叫和U
[0007] 步驟2、根據(jù)步驟1得到的三相并網(wǎng)電壓，經(jīng)過坐標變換得到d、q軸電壓叫和u ,， 系統(tǒng)基于電網(wǎng)電壓定向時，同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸與電網(wǎng)電壓矢量E重合；
[0008] 步驟3、當逆變器單位功率因數(shù)并網(wǎng)時，基于電網(wǎng)電壓定向的并網(wǎng)逆變器輸出電流 矢量1:與電網(wǎng)電壓矢量E重合；當給逆變器輸出電流施加一個按正弦規(guī)律變化的低頻相位 擾動△ Θ時，帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I相對于電網(wǎng)電壓E以△ Θ前后擺 動，從而確定帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I ;
[0009] 步驟4、根據(jù)步驟3得到的帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I，確定并網(wǎng)逆 變器輸出電流指令i/和i/;
[0010] 步驟5、實時計算光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處的電壓頻率f ;
[0011] 步驟6、結(jié)合步驟4獲取的并網(wǎng)逆變器輸出電流指令，再根據(jù)本地負載的品質(zhì)因數(shù) Q的取值，確定孤島檢測的判斷規(guī)則；
[0012] 步驟7、根據(jù)步驟5得到的電壓頻率f，并結(jié)合經(jīng)步驟6得到的孤島檢測的判斷規(guī) 貝1J，進行孤島效應判定。
[0013] 本發(fā)明的特點還在于，
[0014] 步驟1中并網(wǎng)電壓uA、UjPu。具體按照以下算法實施：
【主權(quán)項】
1. 三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其特征在于，具體按照 以下步驟實施： 步驟1、確定三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的理想并網(wǎng)電壓UA、叫和U 步驟2、根據(jù)步驟1得到的三相并網(wǎng)電壓，經(jīng)過坐標變換得到d、q軸電壓叫和u ,，系統(tǒng) 基于電網(wǎng)電壓定向時，同步旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸與電網(wǎng)電壓矢量E重合； 步驟3、當逆變器單位功率因數(shù)并網(wǎng)時，基于電網(wǎng)電壓定向的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量 1占電網(wǎng)電壓矢量E重合；當給逆變器輸出電流施加一個按正弦規(guī)律變化的低頻相位擾動 △ Θ時，帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I相對于電網(wǎng)電壓E以△ Θ前后擺動，從 而確定帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I ; 步驟4、根據(jù)步驟3得到的帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I，確定并網(wǎng)逆變器 輸出電流指令i/和i Λ 步驟5、實時計算光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處的電壓頻率f ; 步驟6、結(jié)合步驟4獲取的并網(wǎng)逆變器輸出電流指令，再根據(jù)本地負載的品質(zhì)因數(shù)Q的 取值，確定孤島檢測的判斷規(guī)則； 步驟7、根據(jù)步驟5得到的電壓頻率f，并結(jié)合經(jīng)步驟6得到的孤島檢測的判斷規(guī)則，進 行孤島效應判定。
2. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟1中并網(wǎng)電壓uA、叫和u。具體按照以下算法實施：
其中，Um是并網(wǎng)電壓的峰值，為市電頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟2具體為：將步驟1得到的并網(wǎng)電壓u A、％和u。經(jīng)過Clarke變換得到 α、β軸電壓uα和u ρ，具體按照以下算法實施：
再將得到的u α和u e進行Park變換得到d、q軸電壓u ,和u ,，具體按照以下算法實施：
；? 中，= arctan -.....L。 '、 iiU
4. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟3具體為：當逆變器輸出電流中不加擾動時，基于電網(wǎng)電壓定向的并網(wǎng) 逆變器輸出電流矢量1:與電網(wǎng)電壓矢量E重合，電流矢量I 1具體按照以下算法實施：
其中，Im是并網(wǎng)電流指令的峰值，f i為市電頻率； 當給逆變器輸出電流施加一個以正弦規(guī)律變化的低頻相位擾動△ Θ時，把相角擾動 的頻率f2和擾動的最大相移角θ π這兩個正弦低頻相位擾動的參數(shù)添加到得到的并網(wǎng)電流 矢量^中，此時令：Δ Θ = 0mSin2 3Tf2t，得到帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I，具 體按照以下算法實施：
其中，Im是并網(wǎng)電流指令的峰值，為市電頻率，f2是相角擾動的頻率，Θ m是擾動的最 大相移角；2 π f\t+ Θ π f2t為相角表達式。
5. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟4具體為： 步驟4. 1、確定相角擾動頻率f2和最大相位擾動角Θ m的值，相角擾動頻率f2= Mlz， 最大相移角θ >"= π /15 ; 步驟4. 2、將步驟4. 1得到的相角擾動頻率f2= 5Hz，最大相移角Θ m= π /15代入經(jīng) 步驟3得到的帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I表達式中，得到下式：
步驟4. 3、把步驟4. 2得到的帶相位擾動的并網(wǎng)逆變器輸出電流矢量I投影到d、q軸， 得到逆變器輸出電流指令i/和i (:值，具體按照以下算法實施：
其中，Im是并網(wǎng)電流指令的峰值。
6. 如權(quán)利要求5所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法， 其特征在于，所述步驟4. 1具體按照以下步驟實施： 步驟4. 1. 1、對經(jīng)步驟3得到的并網(wǎng)電流表達式中的相角表達式2 π fj+ Θ msin2 π f2t 求導，得到電流的瞬時角頻率表達式，具體按照以下算法實施：
步驟4. 1. 2、根據(jù)步驟4. I. 1得到的電流的瞬時角頻率表達式，得到電流瞬時頻率發(fā)生 周期性的偏移，電流的最大頻率偏移量具體按照以下算法實施： Aflmax= 9 mf2 步驟4. I. 3、斷網(wǎng)后，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點的電壓頻率隨著電流頻率的變 化而變化，若檢測到電壓頻率的頻率偏移量超出國家規(guī)定的-0. 5Hz~+0. 5Hz的閾值范圍， 就判斷發(fā)生了孤島現(xiàn)象； 步驟4. 1. 4、設(shè)置逆變器輸出電流的最大頻率偏移量為國家標準規(guī)定的頻率偏移量的 兩倍，即0mf2= 1Hz，此時在Aflmax= Θ mf2彡IHz的區(qū)域即為孤島現(xiàn)象發(fā)生后能可靠的檢 測到孤島效應發(fā)生的區(qū)域； 步驟4. 1. 5、在保證能檢測出孤島效應的前提下，綜合考慮功率因數(shù)、電流諧波畸變率， 確定相角擾動的頻率4為5Hz，最大相移角Θ ji/15。
7. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟5具體按照以下方法實施： 利用電壓傳感器實時采樣檢測光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處的電壓，以電壓的 向上過零點時刻或向下過零點時刻為時間計算節(jié)點，利用控制芯片STM32F103ZET6內(nèi)的定 時器實時計算光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處電壓的周期T，進而對周期T求倒數(shù)得 到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處的電壓頻率f，具體算法如下： T = 一個完整的工頻周期內(nèi)定時器的計數(shù)值/fT / =丄 T 其中，fT是定時器的頻率。
8. 如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟6具體按照以下方法實施： 根據(jù)步驟4確定的并網(wǎng)逆變器輸出電流指令，若孤島效應發(fā)生，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng) 的公共連接點處的電壓頻率會出現(xiàn)連續(xù)多次超過50. 5Hz或者低于49. 5Hz的現(xiàn)象； 針對本地負載是諧振在50Hz品質(zhì)因數(shù)Q為2. 5的RLC并聯(lián)負載，仿真確定了 Θ ^^在 不同參數(shù)組合下負載電壓頻率，即光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng)的公共連接點處的電壓頻率在相角 擾動的頻率f2半周期內(nèi)連續(xù)超過50. 5Hz或者低于49. 5Hz的次數(shù)N有如下關(guān)系，具體關(guān)系 如下； θ^= π/25, f2= 2 時，N = O; θ^= π/25, f2= 5 時，N= 2; θ^= π/25, f2= 10 時，N = 2; 9m= Ji/18，f2=2 時，N = 0; 9111=：11/18，;1；'2=5時』=4; 9m=Ji/18，f2=l(^t，N=2; 9m= Ji/15，f2=2 時，N = 0; 9m= Ji/15，f2=5 時，N = 4; 9m=Ji/15，f2=l(^t，N=2; 9111=：11/1〇，；|；'2=2時』=6; 9111=：11/1〇，；|；'2=5時』=4; 9m=Ji/l〇，f2=l(^t，N=2; 綜合上述規(guī)律，采取如下孤島檢測的判斷規(guī)則： 當N多3時，若檢測到連續(xù)N-I個超頻周期時，認為發(fā)生了孤島效應； 當N < 2時，若連續(xù)在相角擾動頻率f2的兩個或更多半周期內(nèi)均檢測到至少一個超頻 周期，認為發(fā)生了孤島效應。
9.如權(quán)利要求1所述的三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，其 特征在于，所述步驟7具體按照以下方法實施： 步驟7. 1、根據(jù)步驟6確定的判斷規(guī)則，設(shè)定一個變量num來記錄光伏并網(wǎng)系統(tǒng)和電網(wǎng) 的公共連接點處電壓頻率f連續(xù)超頻的次數(shù)，num的初始值設(shè)為O ; 步驟7. 2、判斷經(jīng)步驟5得到的電壓頻率f是否超出頻率閾值范圍49. 5Hz~50. 5Hz ; 若超出頻率閾值范圍，則num值加1，否則將num清零； 再根據(jù)步驟6確定的判斷規(guī)則： 在N彡3的情況下，若出現(xiàn)num = 2即認為發(fā)生了孤島效應；在N彡2的情況下，在f2 的每半個周期內(nèi)都有num = 1出現(xiàn)，即認為發(fā)生了孤島效應。
【專利摘要】本發(fā)明公開了三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，給帶相位擾動的逆變器輸出電流矢量I和電網(wǎng)電壓矢量E之間施加一個以正弦規(guī)律變化的低頻相位擾動Δθ來檢測孤島現(xiàn)象，當正常并網(wǎng)時，檢測到的公共連接點電壓為電網(wǎng)電壓；當電網(wǎng)斷開以后，公共連接點的電壓由逆變器輸出電流和本地負載共同決定，電壓頻率會隨著逆變器輸出電流頻率變化而變化，從而超出頻率所規(guī)定的范圍，檢測出孤島現(xiàn)象。本發(fā)明三相光伏并網(wǎng)逆變器的正弦低頻相位擾動的孤島檢測方法，無需增加硬件，與傳統(tǒng)的主動式檢測方法相比具有無檢測盲區(qū)的優(yōu)點，因為施加的擾動是周期性變化的，與傳統(tǒng)的固定擾動頻率檢測法相比具有并網(wǎng)電流畸變小的優(yōu)點。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104635077
【申請?zhí)枴緾N201510012746
【發(fā)明人】陳增祿, 高潔, 管瑞欣, 王寧, 孟新新
【申請人】西安工程大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月9日