一種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法
【專利摘要】一種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法，首先采集逆變輸出電流、負載電流等相關(guān)值，計算出逆變輸出的有功功率和無功功率，負載消耗有功功率和無功功率，根據(jù)逆變輸出有功功率減去負載消耗有功功率的差值和逆變輸出無功減去負載消耗無功的差值，選擇采用被動法中的過/欠頻檢測法得到參考電流值或者使用滑膜頻率偏移法得到參考電流值。本發(fā)明能夠跟蹤負載的變化，實時切換不同的算法；可以防止瞬時電壓電流的跳變導(dǎo)致的孤島檢測算法切換的誤動作；可以減少單獨使用被動法的檢測盲區(qū)和加快檢測速度，可以降低單獨使用滑膜頻率偏移法的電網(wǎng)電流的THD。
【專利說明】
-種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 孤島運行是指當電網(wǎng)由于電氣故障、誤操作或者自然因素等原因中斷供電時，光 伏微網(wǎng)供電系統(tǒng)作為獨立的電源繼續(xù)向電網(wǎng)輸出電能和向本地負載供電，從而形成一個電 網(wǎng)無法控制的自給供電孤島。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)處于孤島運行狀態(tài)時，可能會影響電 能質(zhì)量甚至損壞電氣設(shè)備，嚴重時可能會危及維護人員的人身安全。因此，無論是從安全方 面還是從可靠性方面考慮，都應(yīng)該及時有效地檢測出孤島運行狀態(tài)，并將光伏逆變器從公 共連接點(PCC)處斷開，運就是孤島檢測。
[0003] 而目前應(yīng)用較多的孤島檢測方法主要有主動法和被動法，無源法主要根據(jù)電網(wǎng)孤 島發(fā)生后公共點電壓、相位或者頻率的偏移是否超過闊值來檢測孤島，無源法的特點是算 法簡單，容易實現(xiàn)，并且沒有對電網(wǎng)施加擾動，不會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。但是當負 載有功和無功功率都小于逆變輸出有功無功時，其頻率、相位和公共點電壓幅值偏移不會 超過闊值，運樣就存在檢測盲區(qū)。主動法是通過主動給電網(wǎng)電流或者電壓添加擾動的孤島 檢測方法。主動法大大減小了檢測盲區(qū)，加快了孤島檢測速度，但是卻犧牲了電能質(zhì)量，使 得并網(wǎng)電流的總諧波失真(Total化rmonic Distortion,T皿）明顯增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為解決主動法造成并網(wǎng)點電流THD增大和被動法檢測盲區(qū)大的問 題，提出一種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法。
[0005] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006] 本發(fā)明所述的一種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法，包括如 下步驟：
[0007] (1)采集逆變輸出電流，輸出電壓和公共點電壓，負載電流，計算出逆變輸出的有 功功率和無功功率，負載消耗有功功率和無功功率。
[000引（2)逆變輸出有功功率減去負載消耗有功功率，其差值大于0輸出1，否則為0。
[0009] (3)逆變輸出無功減去負載消耗無功，其差值大于加寸輸出1，否則為0。
[0010] (4)對步驟(2)和步驟(3)結(jié)果相或，其輸出接一累加器，累加器累加到闊值1000 時，e輸出為1，采用被動法中的過/欠頻檢測法得到參考電流值，否則，e輸出為零，使用滑膜 頻率偏移法得到參考電流值。
[0011] (5)當負載變化時，對累加器進行復(fù)位，重復(fù)步驟(2)、步驟(3)步驟(4)。
[0012 ] (6)實際逆變輸出電流值與參考電流值比較，經(jīng)PI控制器使得逆變輸出電流跟蹤 參考電流，PI控制器輸出與逆變輸出電壓相加，作為載波信號，與SPWM(Sinusoidal Pulse Wi化h Modulation)控制方式的S角波信號進行比較，生成占空比正弦規(guī)律變化的方波信 號，經(jīng)過LC濾波后成逆變輸出電壓信號。
[0013] (7)檢測逆變電壓頻率，頻率超過闊值時，參考電流設(shè)為0。
[0014] 進一步，所述的步驟(4)為：
[0015] (4-1)設(shè)置闊值1000是設(shè)置逆變輸出無功或有功功率和負載消耗有功或無功功率 存在差值的持續(xù)時間（當闊值為1000時，持續(xù)時間為0.5S)。即當逆變輸出有功或無功功率 持續(xù)大于或小于負載消耗有功或無功的時間大于闊值所設(shè)定時間0.5S時才啟動孤島檢測 算法的切換。設(shè)置闊值是為了防止負載突然變化引起孤島檢測算法切換的誤動作。
[0016] (4-2)采用滑膜頻率偏移法時參考電流：
[0017] I = ImSin(化 ft+目 SMS) (1)
[0018] Im為參考電流峰值，f為上一個采樣時刻電壓頻率值，t為采樣計數(shù)值，0SMS為電流 相位偏移角。0SMS由下式獲得。
[0019]
(2)
[0020] 式中，0m為最大頻率相移，本文取11° ;fm為產(chǎn)生最大相移時對應(yīng)的頻率;fg為電網(wǎng) 頻率;f為公共點頻率。一般取I fm-fg I =3Hz。
[0021 ]采用被動法的過/欠頻檢測法時參考電流值為：
[0022] I = ImSin(化 ft) (3)
[0023] 本發(fā)明的特點及有益效果：
[0024] (1)能夠跟蹤負載的變化，實時切換不同的算法。
[0025] (2)累加器的設(shè)置可W防止瞬時電壓電流的跳變導(dǎo)致的孤島檢測算法切換的誤動 作。
[0026] (3)滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合可W減少單獨使用被動法的檢測盲區(qū)和加快檢 測速度，可W降低單獨使用滑膜頻率偏移法的電網(wǎng)電流的T皿。
【附圖說明】
[0027] 附圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028] 附圖2為本發(fā)明的算法流程圖。
[0029] 附圖3為本發(fā)明設(shè)置情景1時各個示波器波形圖。
[0030] 附圖4為本發(fā)明設(shè)置情景2時各個示波器波形圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和工作原理對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0032] 如圖1所示，本發(fā)明是基于滑膜頻率偏移法和被動法的孤島檢測算法。主要是在光 伏并網(wǎng)模型中，實時采樣逆變輸出電壓電流，和負載端電壓電流，根據(jù)逆變輸出和負載消耗 有功功率無功功率的不同，切換不同的孤島檢測算法生成參考電流，并經(jīng)過PI控制器，使實 際輸出電流跟蹤參考輸入電流，控制逆變輸出電流的頻率偏離闊值，進而斷開電網(wǎng)，實現(xiàn)孤 島檢測的目的。
[0033] 如圖2所示，本發(fā)明實施的控制方法包括W下步驟：
[0034] (1)采集逆變輸出電壓，電流，負載端電壓電流，并計算逆變輸出有功功率Pinv無 功功率Qinv，負載消耗有功功率Pload無功功率Qload。
[0035] (2)當Pinv-Pload〉0時，計a = l，否則a = O;當Qinv-Qload〉0時，計b = l，否貝化=0。
[0036] (3)當a+b〉0，計C = 1，否貝化=0，對C進行累加，累加器累加值超過1000時，e輸出為 1，此時采用被動法中的過/欠頻法得到參考電流;否則e輸出為0采用滑膜頻率偏移法得到 參考電流?；ゎl率偏移法參考電流為式（1)，被動法中的過/欠頻檢測法參考電流為式 (2)。
[0037] 對于在不同條件下采用不同孤島檢測法現(xiàn)做如下說明：
[0038] 電網(wǎng)在正常運行情況下，開關(guān)S閉合，由于受到大電網(wǎng)的錯制作用，并網(wǎng)工作時逆 變器輸出的電流和電壓的頻率和相位和電網(wǎng)相同。并網(wǎng)逆變器會輸出有功功率Pinv和無功 功率Qinv,-部分給電網(wǎng)，一部分給負載消耗，具體公式如下：
[0039] (4)
[0040] (5)
[0041] 當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，開關(guān)S斷開，設(shè)此時逆變器輸出角頻率為W，輸出的電壓為U，且 由于S關(guān)斷，前后逆變器輸出的有功功率Pinv、無功功率Qinv、近似保持不變，得到此時的功率 關(guān)系為
[0042] (6)
[00創(chuàng) 巧）
[0044] 綜合W上(4)-(7)四式，由于逆變器輸出的有功功率是不變的，所W可W得到：
[0045] (8)
[0046] 由于逆變器輸出的無功功率也是不變的，所W可W得到：
[0047]
(9)
[004引其中Qc=WoCUo堪電路中的電容消耗的無功功率 [00例有(8)，（9)可得：
[0化0]
(IO)
[0051]式(8)和（10)表明逆變器輸出電壓頻率、幅值與逆變器輸出有功、無功有關(guān)。如果 Qgrid，Pgrid均為零，式（10 )可化為
[005^
(U)
[0053] 式(8)和（11)表明，電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，如果電網(wǎng)沒有消耗逆變器逆變的能量，而全 部能量給了負載，那么逆變器的輸出電壓、頻率均不會產(chǎn)生變化，此時如果用頻率檢測法是 檢測不到孤島的。因此在運種情況下就要使用主動法進行孤島檢測。否則被動法也能檢測 出孤島。
[0054] (4)當負載變化時，對C清零，重新累加。
[0055] (5)混合孤島檢測法單元輸出電流參考值，經(jīng)過PI控制器，使得實際逆變輸出電流 跟蹤參考輸入。
[0056] (6)PI輸出和逆變電壓相加，作為載波信號，與SPmi控制方式的=角波進行比較， 生成占空比成正弦變化的方波信號，經(jīng)LC濾波后成逆變輸出電壓。
[0057] (7)檢測逆變輸出電壓頻率，如果超過闊值則參考電流設(shè)為0。
[0058] 如圖3所示，設(shè)置逆變輸出無功功率大于負載消耗無功功率，逆變輸出有功功率大 于負載消耗有功功率。在0.2S時增加負載，在0.4S時斷開電網(wǎng)。波形圖如圖a所示。在算法切 換圖中，累加器在0.2S時因為負載變化，清零重新累加。當累加值超過1000時，e輸出為1時 切換被動法中的過/欠頻法。輸出為加寸采用混合孤島檢測法中的滑膜頻率偏移法。圖b顯示 的是逆變輸出電壓電流波形，由圖b可知，在電網(wǎng)斷開之后，由于算法切換圖中輸出為1，切 換到被動法中的過/欠頻，在0.66S時檢測出孤島，斷開逆變輸出。
[0059] 如圖4所示，設(shè)置在0.2S前，逆變輸出有功功率大于負載有功功率，逆變輸出無功 功率小于負載消耗無功功率;在0.2S時增加負載，使得逆變輸出有功功率小于負載消耗無 功功率，逆變輸出無功功率小于負載小于無功功率、波形圖如a所示。在0.2S之前，由于逆變 輸出有功功率大于負載消耗無功功率，累加器累加到1000時，e為1，切換被動法中過/欠頻 檢測法。在0.2S之后，負載變化，此時逆變輸出有功功率小于負載消耗無功功率，逆變輸出 無功功率小于負載小于無功功率，e輸出為0,切換滑膜頻率偏移法。圖b顯示的是逆變輸出 電壓電流波形，由圖b可知，0.2S之前采用的是被動法中的過/欠頻檢測法，在0.2S之后采用 的是滑膜頻率偏移法，在0.48S檢測出孤島，斷開逆變輸出。
【主權(quán)項】
1. 一種基于滑膜頻率偏移法和被動法結(jié)合的混合孤島檢測法，其特征是包括如下步 驟： (1) 采集逆變輸出電流，輸出電壓和公共點電壓，負載電流，計算出逆變輸出的有功功 率和無功功率，負載消耗有功功率和無功功率； (2) 逆變輸出有功功率減去負載消耗有功功率，其差值大于0輸出1，否則為0; (3) 逆變輸出無功減去負載消耗無功，其差值大于0時輸出1，否則為0; (4) 對步驟(2)和步驟(3)結(jié)果相或，其輸出接一累加器，累加器累加到閾值1000時，e輸 出為1，采用被動法中的過/欠頻檢測法得到參考電流值;否則，e輸出為零，采用滑膜頻率偏 移法得到參考電流值； (5) 當負載變化時，對累加器進行復(fù)位，重復(fù)步驟(2)、步驟(3)、步驟(4); (6) 實際逆變輸出電流值與參考電流值比較，經(jīng)PI控制器使得逆變輸出電流跟蹤參考 電流，PI控制器輸出與逆變輸出電壓相加，作為載波信號，與SPWM控制方式的三角波信號進 行比較，生成占空比正弦規(guī)律變化的方波信號，經(jīng)過LC濾波后成逆變輸出電壓信號 (7) 檢測逆變電壓頻率，頻率超過閾值時，參考電流設(shè)為0。
【文檔編號】G01R31/00GK106019010SQ201610343542
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】余運俊, 衷國瑛
【申請人】南昌大學