用于光伏并網(wǎng)逆變器的低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于光伏并網(wǎng)逆變器的低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列產(chǎn)生的直流電能經(jīng)光伏并網(wǎng)逆變器變換成工頻交流電后并入電網(wǎng)，其系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見第九節(jié)技術(shù)附圖1所示。
[0003]當(dāng)電網(wǎng)由于電氣故障或自然因素等原因中斷供電時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍然向周圍的負(fù)載供電，從而形成一個(gè)公用電網(wǎng)無(wú)法控制的自給供電孤島。當(dāng)發(fā)生孤島效應(yīng)時(shí)，電網(wǎng)無(wú)法控制孤島中的電壓和頻率，若電壓和頻率超出允許的范圍，可能會(huì)對(duì)用戶設(shè)備造成損壞；孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)線路上仍然帶電，會(huì)對(duì)檢修人員的人身安全造成威脅，降低了電網(wǎng)的安全性；若負(fù)荷容量大于光伏發(fā)電系統(tǒng)的總?cè)萘?，光伏發(fā)電系統(tǒng)過(guò)載運(yùn)行，容易將其燒毀；斷路器的復(fù)位及自動(dòng)重合閘會(huì)使主系統(tǒng)與孤島失步。因此，及時(shí)檢測(cè)出孤島運(yùn)行狀態(tài)并將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器從PCC處斷開是很有必要的。
[0004]目前孤島檢測(cè)方法主要有被動(dòng)式檢測(cè)法和主動(dòng)式檢測(cè)法。
[0005]被動(dòng)式孤島檢測(cè)法是利用電網(wǎng)斷電時(shí)逆變器輸出電壓幅值、頻率、相位等的變化進(jìn)行孤島效應(yīng)檢測(cè)。當(dāng)并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率不等于本地負(fù)載所消耗的有功功率，此時(shí)電網(wǎng)從有電轉(zhuǎn)換到掉電狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)電壓產(chǎn)生變化；當(dāng)并網(wǎng)逆變器輸出的無(wú)功功率不等于本地負(fù)載所消耗的無(wú)功功率，此時(shí)電網(wǎng)從有電轉(zhuǎn)換到掉電狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)頻率產(chǎn)生變化。但是當(dāng)并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率分別等于本地負(fù)載所消耗的有功功率和無(wú)功功率，電網(wǎng)從有電到掉電時(shí)，逆變器輸出側(cè)電壓幅值與頻率不變，被動(dòng)式孤島檢測(cè)法將無(wú)法檢測(cè)到孤島，因此，被動(dòng)式孤島檢測(cè)法存在孤島檢測(cè)盲區(qū)。
[0006]主動(dòng)式孤島檢測(cè)法是對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出引入擾動(dòng)，使得孤島發(fā)生后PCC點(diǎn)的電氣參數(shù)發(fā)生變化,從而確定孤島發(fā)生。主動(dòng)孤島檢測(cè)法主要有頻率偏移法,有功功率擾動(dòng)法和無(wú)功功率擾動(dòng)法。頻率偏移法是通過(guò)改變逆變器輸出電流頻率的方式來(lái)檢測(cè)孤島是否發(fā)生的，這類檢測(cè)方法能夠提高檢測(cè)效率，減小檢測(cè)盲區(qū)，但這類方法對(duì)并網(wǎng)電能質(zhì)量有一定的影響，增加并網(wǎng)波形諧波。有功功率擾動(dòng)法是通過(guò)不斷改變逆變器輸出有功功率來(lái)檢測(cè)PCC點(diǎn)電壓幅值的變化來(lái)判斷孤島是否發(fā)生的，這類方法的檢測(cè)效率也較高，但對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出有功功率受環(huán)境因素影響較大，人為對(duì)逆變器加入有功功率擾動(dòng)不僅會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出效率產(chǎn)生影響，而且會(huì)干擾MPPT控制。傳統(tǒng)的無(wú)功功率擾動(dòng)法是通過(guò)不斷改變逆變器輸出無(wú)功功率來(lái)檢測(cè)PCC點(diǎn)的電壓頻率變化來(lái)判斷孤島是否發(fā)生的，這類方法檢測(cè)效率較高，但是對(duì)于大功率光伏并網(wǎng)逆變器而言孤島檢測(cè)的動(dòng)作閾選取較難選取，而且由于大容量隔離變對(duì)于快速變化的無(wú)功功率的稀釋效應(yīng)，孤島檢測(cè)的難度大大增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了能有效消除被動(dòng)式孤島檢測(cè)法的檢測(cè)盲區(qū)，減小主動(dòng)式孤島保護(hù)法對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響，本發(fā)明提供用于光伏并網(wǎng)逆變器的低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法，能夠有效地檢測(cè)出大功率光伏并網(wǎng)逆變器的孤島現(xiàn)象，具有效應(yīng)速度快，不注入諧波，對(duì)其他控制無(wú)影響等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0009]本發(fā)明提供一種用于光伏并網(wǎng)逆變器的低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]步驟1:光伏并網(wǎng)逆變器輸出中加入低頻無(wú)功功率擾動(dòng)；
[0011]步驟2:通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電壓和頻率，檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器是否發(fā)生孤島。
[0012]所述步驟I中，基于低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)程序初始化，光伏并網(wǎng)逆變器輸出中加入低頻無(wú)功功率擾動(dòng)。
[0013]所述步驟2中，通過(guò)判斷電壓頻率是否出現(xiàn)頻率異常以及異常次數(shù)是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器是否發(fā)生孤島。
[0014]若電壓頻率大于50.5Hz或者小于49.3Hz，則判斷出電壓頻率出現(xiàn)頻率異常，進(jìn)而可知光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)生孤島。
[0015]光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)生孤島后，其啟動(dòng)孤島保護(hù)，即封鎖脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，斷開并網(wǎng)接觸器。
[0016]所述光伏并網(wǎng)逆變器包括控制器、LC濾波器和電壓源型換流器；所述控制器包括測(cè)量與計(jì)算單元、MPPT控制器、電壓控制單元、電流控制單元以及PWM脈沖產(chǎn)生單元。
[0017]所述測(cè)量與計(jì)算單元測(cè)量MPPT控制器所控制的光伏陣列輸出電壓Vd。和光伏陣列輸出電流Id。，并檢測(cè)A、B和C相電網(wǎng)電壓ea、eb和e。，以及光伏并網(wǎng)逆變器輸出的A、B和C相電流ia、ib和i。，分別計(jì)算在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下光伏并網(wǎng)逆變器輸出的d軸電壓ed、d軸電流分量id，以和q軸電壓eq、q軸電流分量iq以及電壓相位角Θ ；
[0018]所述MPPT控制器通過(guò)光伏陣列輸出電壓Vd。和光伏陣列輸出電流Id。進(jìn)行判斷，得到直流電壓參考值VdUrf ;
[0019]所述電壓控制單元將直流電壓參考值Vd。, ref與光伏陣列輸出電壓Vd。之間的誤差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)得到電流d軸分量參考值id,Mf ；
[0020]所述電流控制單元將d軸電流分量參考值id,Mf與d軸電流分量id之間的誤差經(jīng)過(guò)電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，計(jì)算光伏并網(wǎng)逆變器輸出的d軸電壓分量Vd，改變id,Mf以改變光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率；電流控制單元將q軸電流分量參考值iq, ref與q軸電流分量之間的誤差經(jīng)過(guò)電流環(huán)PI調(diào)節(jié)，計(jì)算光伏并網(wǎng)逆變器輸出的q軸電壓分量V,，改變iq,Mf以改變光伏并網(wǎng)逆變器輸出的無(wú)功功率；
[0021]所述PWM產(chǎn)生脈沖單元利用光伏并網(wǎng)逆變器輸出的&和V,以及電壓相位角Θ產(chǎn)生PWM脈沖驅(qū)動(dòng)IGBT，進(jìn)而控制光伏并網(wǎng)逆變器的輸出功率。
[0022]所述光伏并網(wǎng)逆變器和光伏陣列、并網(wǎng)接觸器、隔離變壓器、孤島檢測(cè)儀以及本地負(fù)載組成光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]I)該方法為主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，能有有效地將檢測(cè)盲區(qū)減到很小，提高了孤島檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性；
[0025]2)該方法采用低頻無(wú)功功率擾動(dòng)，對(duì)PCC點(diǎn)電流和電壓的波形影響很?。?br>[0026]3)該方法是對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行擾動(dòng)，并沒(méi)有改變逆變器輸出的有功功率，不會(huì)對(duì)逆變器的輸出效率以及MPPT控制產(chǎn)生任何不利影響；
[0027]4)該方法中光伏并網(wǎng)逆變器輸出的無(wú)功功率是以低頻的正弦波的趨勢(shì)變化，可以有效減緩大容量隔離變的稀釋效應(yīng)，在大功率場(chǎng)合比較適用。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是用于光伏并網(wǎng)逆變器的低頻無(wú)功功率擾動(dòng)孤島檢測(cè)方法流程圖；
[0029]圖2是光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是光伏并網(wǎng)逆變器控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是控制器的測(cè)量與計(jì)算單元示意圖；
[0032]圖5是電壓控制單元與電流控制單元示意圖；
[0033]圖6是PWM脈沖產(chǎn)生單元示意圖；
[0034]圖7是孤島形成前后的PCC點(diǎn)電壓頻率的仿真波形圖；
[0035]圖8是孤島形成前后光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率的仿真波形圖；
[0036]圖9是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網(wǎng)電流仿真波形圖；
[0037]圖10是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電流仿真波形圖；
[0038]圖11是孤島形成前后光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電網(wǎng)電流、輸出電流、PCC電壓實(shí)測(cè)波形