專利名稱:一種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電的控制技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及ー種太陽能光伏電力與市政電カ共同向負(fù)載供電的共網(wǎng)應(yīng)用光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)中,用于防止光伏電カ向市政電網(wǎng)饋電,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對市政電網(wǎng)的設(shè)備級本質(zhì)安全零逆流;包括系統(tǒng)市電失電時,對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防孤島效應(yīng)保護(hù)的ー種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。
背景技術(shù):
當(dāng)前包括太陽能發(fā)電、風(fēng)カ發(fā)電等可再生新能源(本專利說明僅以太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用為例)發(fā)展十分迅速,其中ー種主要應(yīng)用方式是與市政電網(wǎng)并網(wǎng)應(yīng)用,又分為可逆流和不可逆流兩種方式。
可逆流并網(wǎng)系統(tǒng),指太陽能光伏電カ可直接輸送給市政電網(wǎng),進(jìn)入電網(wǎng)統(tǒng)ー調(diào)配使用。不可逆流并網(wǎng)系統(tǒng)(又稱用戶側(cè)并網(wǎng)),指太陽能光伏電カ與市政電網(wǎng)并聯(lián),與其保持同步,實(shí)現(xiàn)共同向用戶負(fù)載供電,并在系統(tǒng)中優(yōu)先使用光伏電力。當(dāng)系統(tǒng)中光伏電カ不足或沒有吋,由市政電網(wǎng)向負(fù)載提供電能;當(dāng)光伏電カ超過本系統(tǒng)用戶負(fù)載用電需求時,則應(yīng)通過某種手段對系統(tǒng)中多余光伏電カ加以處理或放棄,防止光伏電カ通過配電變壓器向市政電カ網(wǎng)絡(luò)大量饋電,減小逆功率發(fā)生對大電網(wǎng)的影響。同時要求當(dāng)系統(tǒng)市電失電時,保護(hù)光伏電カ不再向系統(tǒng)供電——稱之為防孤島效應(yīng)的保護(hù)。目前國家標(biāo)準(zhǔn)《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》(GB/T 19939-2005)對防孤島效應(yīng)的保護(hù)的要求是“當(dāng)電網(wǎng)失壓時,防孤島效應(yīng)保護(hù)應(yīng)在2s內(nèi)動作,將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開?!?br>
對逆向功率保護(hù)的規(guī)定是“系統(tǒng)在不可逆的并網(wǎng)方式下工作,當(dāng)檢測到供電變壓器次級處的逆流為逆變器額定輸出的5%時,逆向功率保護(hù)應(yīng)在O. 5s-2s內(nèi)將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開?!?br>
這是對不可逆流并網(wǎng)逆變器的防止逆向功率要求,以保證與之并網(wǎng)應(yīng)用的市政電網(wǎng)運(yùn)行安全。由此可以看出,當(dāng)并網(wǎng)逆變器實(shí)施逆向功率保護(hù)之時,實(shí)際上光伏系統(tǒng)已經(jīng)在O. 5s-2s內(nèi),向市政電網(wǎng)輸送了超過其額定功率5%的逆向功率。當(dāng)這種應(yīng)用尚不普遍時,還不至于對市政電網(wǎng)安全運(yùn)行造成較大影響。如果普遍推廣這種應(yīng)用吋,即便每個裝置逆功率都很小,但是由于其大量存在,其綜合效應(yīng)也勢必將影響市政電網(wǎng)的安全運(yùn)行。目前為實(shí)現(xiàn)上述逆功率保護(hù)而進(jìn)行的逆功率檢測,采用的是通常エ頻電壓、電流檢測,原則上一定要十幾個エ頻周期(エ頻50Hz吋,20ms為ー個周期)才能準(zhǔn)確檢測出有逆功率發(fā)生(一般需300 ms),可以滿足對逆功率保護(hù)在O. 5s-2s內(nèi)完成的標(biāo)準(zhǔn)要求。如果能夠找到ー種快速檢測與預(yù)判方法,能在一個エ頻周期(50Hz時為20ms)內(nèi)完成對系統(tǒng)逆向功率的檢測和控制,使光伏逆變裝置實(shí)現(xiàn)設(shè)備級本質(zhì)安全零逆流,將消除光伏電カ在這種應(yīng)用時對市政電網(wǎng)安全的影響,徹底解決這種光伏電カ不可逆并網(wǎng)方式大量應(yīng)用的技術(shù)瓶頸問題。我們將這種實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)光伏電カ對市政電網(wǎng)絕對零逆流的應(yīng)用方式稱之為共網(wǎng)應(yīng)用方式。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題,是提供一種基于對光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)過程高速檢測其系統(tǒng)重大變化特征波,之后進(jìn)行控制,完全防止逆向功率發(fā)生的用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。采用的技術(shù)方案是
一種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法,是在光伏電力、市政電力、用電負(fù)載和共網(wǎng)控制逆變裝置組成的光伏微電網(wǎng),通過暫態(tài)特征波檢測單元對系統(tǒng)暫態(tài)特征波高速采樣,再由共網(wǎng)控制逆變裝置的DSP處理器完成控制IGBT等功率器件的光伏輸出,實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)應(yīng)用方式的光伏電カ對市政電網(wǎng)零逆流。該方法包括如下步驟
步驟一、采集系統(tǒng)變化暫態(tài)特征波,采樣頻率可高達(dá)50MHz ;
步驟ニ、由共網(wǎng)控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換,求 取并網(wǎng)電壓電流暫態(tài)特征波的幅相頻特征參數(shù);
步驟三、由DSP確定特征波發(fā)生并預(yù)判將發(fā)生逆向功率或市電失電,向IGBT等功率器件發(fā)出停止光伏輸出控制指令。以此循環(huán)往復(fù)。上述的高頻率采集的特征波,將進(jìn)行特定諧波頻率下的暫態(tài)特征波數(shù)學(xué)模型計算,得出準(zhǔn)確檢測數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)。上述的光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制逆變裝置得到負(fù)載變化的指令后,立即啟動該負(fù)載變化是否將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生的計算。當(dāng)計算結(jié)果為將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生時,立即由共網(wǎng)控制逆變裝置DSP進(jìn)行減少系統(tǒng)光伏出力或關(guān)斷系統(tǒng)光伏出力的控制,其檢測和控制可在20ms內(nèi)完成。本發(fā)明的光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制系統(tǒng)的暫態(tài)特征波檢測,是專門針對光伏微電網(wǎng)中重大負(fù)載變化引起逆向功率發(fā)生的檢測,實(shí)現(xiàn)光伏微電網(wǎng)對市政電網(wǎng)的零逆流,保證大電網(wǎng)的的安全運(yùn)行。
圖I為本發(fā)明的暫態(tài)特征波檢測結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明工作流程圖。
具體實(shí)施例方式一種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法,是依據(jù)電カ系統(tǒng)暫態(tài)過程理論,任何一個處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的包括光伏電カ和市政電カ在內(nèi)的微電網(wǎng)系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)任何一個改變原有穩(wěn)定狀態(tài)的事件發(fā)生后,必將在一定時間內(nèi)經(jīng)歷ー個暫態(tài)過程,重新穩(wěn)定到ー個新的穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行,即必定發(fā)生暫態(tài)過程。比如在上述包括光伏電力、市政電力、用電負(fù)載在內(nèi)的微電網(wǎng)系統(tǒng)中,當(dāng)負(fù)載用電遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光伏電カ時,系統(tǒng)主要靠市政電カ供電,光伏電カ對系統(tǒng)供電的貢獻(xiàn)微乎其微,此時系統(tǒng)中負(fù)載功率的局部變動,不會造成逆向功率發(fā)生。但是當(dāng)系統(tǒng)中光伏電カ接近負(fù)載所需電カ時,一旦再發(fā)生系統(tǒng)內(nèi)較大負(fù)載關(guān)斷,就有可能出現(xiàn)光伏電カ大于負(fù)載所需電力,進(jìn)而發(fā)生光伏電カ向市政電網(wǎng)饋電(即發(fā)生逆向功率)。
在光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)中,負(fù)載突然的關(guān)斷將產(chǎn)生ー個典型的從ー個穩(wěn)態(tài)到另ー個穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)暫態(tài)過程。本發(fā)明就是由共網(wǎng)控制逆變裝置在該暫態(tài)過程發(fā)生的瞬間(ms級之內(nèi)),對系統(tǒng)暫態(tài)特征波高速采樣和快速傅里葉變換,再由共網(wǎng)控制逆變裝置的DSP處理器完成特征波零逆流判斷計算、并直接控制IGBT等功率器件的光伏輸出,實(shí)現(xiàn)共網(wǎng)應(yīng)用方式的零逆流。本發(fā)明暫態(tài)特征波檢測,是根據(jù)電カ系統(tǒng)暫態(tài)保護(hù)理論,當(dāng)一個暫態(tài)過程發(fā)生,必將同時產(chǎn)生各種高次諧波向外發(fā)散,高次諧波的頻率越高其發(fā)散速度越快。本發(fā)明暫態(tài)特征波采樣頻率可根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn),即根據(jù)系統(tǒng)所包含的各類不同負(fù)載特征波典型表現(xiàn),確定為50MHz以內(nèi)。采樣處理系統(tǒng)(通常即共網(wǎng)控制逆變裝置的控制核心DSP控制處理器)將對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換,提取該暫態(tài)波形中所包含的各頻段的幅相頻特征。不同負(fù)載在不同的高次諧波中其特征波表現(xiàn)會有顯著不同。選擇較高采樣頻率將在暫態(tài)特征波發(fā)生的短暫時間內(nèi)獲取大量數(shù)據(jù)信息,保證其可在ms級內(nèi)完成。采用系統(tǒng)特征波檢測的并網(wǎng)逆變控制裝置實(shí)現(xiàn)防孤島效應(yīng)保護(hù),將變得十分簡便。本發(fā)明所述的暫態(tài)特征波檢測方法涵蓋市網(wǎng)失電的特殊情況,當(dāng)快速檢測到市網(wǎng)停電暫態(tài)特征波后,DSP立即關(guān)斷逆變器輸出,實(shí)現(xiàn)簡便快捷的防孤島效應(yīng)保護(hù)功能。光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測結(jié)構(gòu)框圖如圖I所示。該方法包括如下步驟(見圖2):
步驟一、采集系統(tǒng)變化暫態(tài)特征波,采樣頻率可高達(dá)50MHZ ;
步驟ニ、由共網(wǎng)控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換,求取并網(wǎng)電壓電流暫態(tài)特征波的幅相頻特征參數(shù);
步驟三、由DSP確定特征波發(fā)生并預(yù)判發(fā)生逆向功率或市電失電,向IGBT等功率器件 發(fā)出停止光伏輸出控制指令。以此循環(huán)往復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法,其特征包括如下步驟 步驟一、采集系統(tǒng)變化暫態(tài)特征波,采樣頻率可高達(dá)50MHZ ; 步驟ニ、由共網(wǎng)控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換,求取并網(wǎng)電壓電流暫態(tài)特征波的幅相頻特征參數(shù); 步驟三、由DSP確定特征波發(fā)生并預(yù)判發(fā)生逆向功率或市電失電,向IGBT等功率器件發(fā)出停止光伏輸出控制指令,以此循環(huán)往復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法,其特征在于對所述的高頻率采集的特征波,進(jìn)行特定諧波頻率下的暫態(tài)特征波數(shù)學(xué)模型計算,得出準(zhǔn)確檢測數(shù)學(xué)模型數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法,其特征在于所述的光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制逆變裝置得到負(fù)載變化的指令后,立即啟動該負(fù)載變化是否將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生的計算,當(dāng)計算結(jié)果為將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生時,立即由共網(wǎng)控制逆變裝置DSP進(jìn)行減少系統(tǒng)光伏出力或關(guān)斷系統(tǒng)光伏出力的控制,其檢測和控制可在20ms內(nèi)完成。
全文摘要
一種用于光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。是采用電力系統(tǒng)暫態(tài)保護(hù)理論,對光伏電力與市政電力共同向負(fù)載供電時,對該微電網(wǎng)系統(tǒng)中所發(fā)生的重大暫態(tài)變化實(shí)施超高速特征波檢測和預(yù)判,并由共網(wǎng)控制逆變裝置對系統(tǒng)實(shí)施零逆流保護(hù)和防孤島效應(yīng)保護(hù)控制。有效實(shí)現(xiàn)光伏微電網(wǎng)對市政電網(wǎng)零逆流,保證大電網(wǎng)的安全。
文檔編號H02J3/38GK102684554SQ201110060918
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉葉兵, 王欣, 王立武, 石亞和, 蔣平, 賈寧, 邢巖 申請人:沈陽西東控制技術(shù)有限公司