一種基于相位擾動的分布式并網逆變器孤島檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種孤島檢測系統(tǒng)。特別是涉及一種基于相位擾動的分布式并網逆變 器孤島檢測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 考慮到新型可再生能源清潔無污染及儲量豐富等諸多強力優(yōu)勢，能源產業(yè)的結構 調整正在世界范圍內廣泛興起。發(fā)展新型可再生替代能源，提高清潔電力供應，從長遠考 慮，無論在技術提高、環(huán)境保護，還是在經濟發(fā)展等方面都將會有實質性的促進意義。
[0003] 以太陽能、風能、生物質能等主導型可再生能源建立發(fā)展起來的分布式發(fā)電系統(tǒng) 旨在為用戶提供優(yōu)質、清潔、高效能的電力資源。分布式發(fā)電系統(tǒng)以其經濟、高效等諸多優(yōu) 勢，業(yè)已在可再生電力能源產業(yè)中獲得了新發(fā)展。分布式發(fā)電系統(tǒng)中的孤島現象通常理解 為：當主電網因電氣故障、檢修或誤操作等原因與分布式發(fā)電系統(tǒng)失聯(lián)后，發(fā)電系統(tǒng)作為獨 立電源將繼續(xù)對本地負載供電，形成獨立不可控的自給電力系統(tǒng)。按照孤島檢測標準UL 17417和IEEE Stdl547的相關規(guī)定，任何分布式并網發(fā)電系統(tǒng)必須具有孤島檢測功能，并 在規(guī)定時間內迅速完成檢測，及時封鎖逆變器。
[0004] 按照最新的劃分標準，可將現有的孤島檢測方法大致分為主動式檢測、被動式檢 測和通信式檢測三大類。被動式檢測方法易于實現，同時不會侵害配電網的電能質量，但是 該方法中存在較大的孤島檢測盲區(qū)，從而嚴重影響了自身的檢測精度；通信式檢測方法雖 然擁有實時性強、穩(wěn)定性高、對電能無侵害等突出優(yōu)勢，但是高成本所引起的低利潤問題成 為自身無法被廣泛使用的主要原因。與以上兩種方法相比，主動式檢測方法所具有的檢測 精度高、可減小甚至消除檢測盲區(qū)的優(yōu)勢更加適用于實際的工業(yè)應用。
[0005] 主動式檢測方法通常采用對逆變器控制中的某個參量（如電流頻率、電流相位、 電流幅值、電流諧波和電壓等）施加擾動的措施，來觀測公共耦合點（PCC)處的某些參量 變化，來判斷是否發(fā)生孤島。主動式檢測方法的首要問題是擾動信號的選定。如果擾動信 號頻率過高，則會放大本地負載品質因數的作用，導致孤島難檢；如果采用偶次諧波作為擾 動，又不得不面對偶次諧波難以消除的困擾?？v觀與孤島檢測相關的大部分文獻資料，很少 有學者結合電壓同步技術提出相應的孤島檢測新方法。此類方法的關鍵在于如何保證施加 的擾動不會改變或影響同步提取信號中的電壓過零點的位置。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種當分布式發(fā)電系統(tǒng)由并網運行轉為孤島 運行時，孤島檢測系統(tǒng)能夠在盡可能短的時間內完成檢測并及時封鎖逆變器的基于相位擾 動的分布式并網逆變器孤島檢測系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種基于相位擾動的分布式并網逆變器孤島檢測系 統(tǒng)，用于控制單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)，包括有依次串聯(lián)連接的：輸入端分別連接直流母線 電壓和設定的直流母線標準電壓值的電壓控制器、用于將電壓控制器輸出的并網電流的 基準幅值與單位化的并網基準電流相乘得到并網基準電流的乘法器、用于將乘法器輸出的 并網基準電流與極性取負的實際的并網采樣電流求和的加法器、電流控制器和對電流控制 器輸出的信號進行脈沖寬度調制輸出驅動單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)中的單相H橋逆變器 的四路觸發(fā)脈沖信號的脈沖寬度調制發(fā)生器，還包括有，依次串聯(lián)連接的：輸入端連接單相 分布式并網發(fā)電系統(tǒng)公共耦合點的電壓端，用于產生兩相正交電壓的正交信號發(fā)生器、用 于在正交信號發(fā)生器輸出信號基礎上獲取電網相位角的同步鎖相器、用于產生與并網電流 的基準幅值相乘的單位化的并網基準電流的相位擾動單元以及用于進行電壓閾值判斷的 基于跳躍Goertzel濾波器的閾值判斷單元，其中，所述的相位擾動單元的輸出連接乘法器 的輸入端。
[0008] 所述的正交信號發(fā)生器包括有依次串接的第一加法器、第一放大器、第二加法器 以及第一積分器，其中，所述第一加法器的一個輸入端作為正交信號發(fā)生器的輸入端連接 單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)公共耦合點的電壓端，第一積分器的輸出分三路：第一路直接作 為正交信號發(fā)生器的第一輸出端，第二路極性取負后與第一加法器的另一個輸入端相連 接，第三路連接以及全通濾波器的輸入端，所述全通濾波器的輸出分兩路：第一路直接作為 正交信號發(fā)生器的第二輸出端，第二路極性取負后與第二加法器的另一個輸入端相連接。
[0009] 所述的同步鎖相器包括有：依次串接的第三加法器、第二放大器、第三乘法器、第 二積分器以及mod運算器，其中，所述mod運算器的輸出端構成同步鎖相器的輸出端，用于 輸出電網相位角，所述第三加法器的輸入端分別連接第一乘法器和第二乘法器的輸出端， 所述第一乘法器的一個輸入端直接連接正交信號發(fā)生器的第一路輸出端，第一乘法器的另 一個輸入端通過第一二階低通濾波器接連接正交信號發(fā)生器的第一路輸出端，第二乘法器 的一個輸入端直接連接正交信號發(fā)生器的第二路輸出端，第二乘法器的另一個輸入端通過 第二二階低通濾波器接連接正交信號發(fā)生器的第二路輸出端，所述第三乘法器的輸入端還 連接電壓補償器的輸出端，所述電壓補償器的輸入端分別連接第一二階低通濾波器的輸出 端以及第二二階低通濾波器的輸出端。
[0010] 所述的相位擾動單元包括有依次串接的第三放大器、正弦運算器、第四放大器、第 四加法器和余弦運算器，其中，所述第三放大器的輸入端和第四加法器的另一個輸入端共 同連接同步鎖相器的輸出端，所述余弦運算器的輸出端構成相位擾動單元的輸出端連接所 述乘法器的一個輸入端。
[0011] 所述的孤島檢測實現單元包括有依次連接的采樣電路和跳躍Goertzel濾波器， 其中，所述的采樣電路的輸入端連接單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)公共耦合點的電壓端，所述 跳躍Goertzel濾波器的輸出電壓作為單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)的檢測電壓，與已設定的 電壓閾值進行對比，當輸出電壓大于等于設定的電壓閾值時，脈沖寬度調制發(fā)生器不輸出 四路觸發(fā)脈沖信號，單相分布式并網發(fā)電系統(tǒng)中的單相H橋逆變器不工作，當輸出電壓小 于設定的電壓閾值時，脈沖寬度調制發(fā)生器輸出四路觸發(fā)脈沖信號，單相分布式并網發(fā)電 系統(tǒng)中的單相H橋逆變器工作。
[0012] 所述的跳躍Goertzel濾波器包括有：依次串接的梳狀濾波器、第五加法器、第五 放大器和第六加法器，其中，第五加法器的輸出端又經過第一延遲單元后分成三路：第一 路通過第六放大器連接第五加法器的一個輸入端，第二路通過第二延遲單元后再極性取 負連接第五加法器的另一個輸入端，第三路直接極性取負后連接第六加法器的又一個輸入 端，所述梳狀濾波器的輸入端連接采樣電路的輸出端，所述第六加法器的輸出端構成跳躍 Goertzel濾波器的輸出電壓。
[0013] 所述的梳狀濾波器包括有第七加法器，所述第七加法器的一個輸入端直接連接采 樣電路的輸出端，第七加法器的另一個輸入端通過第三延遲單元連接采樣電路的輸出端， 所述第七加法器的輸出連接第五加法器的輸入端。
[0014] 本發(fā)明的一種基于相位擾動的分布式并網逆變器孤島檢測系統(tǒng)，具備以下優(yōu)勢： 一個是孤島檢測的快速性，快速性的實現通常需要依托具有較少運算量的數據處理算法來 完成；另一個是應當保證方法自身的穩(wěn)定性以及作為孤島檢測標準的可能性，同時該方法 也應該同時滿足對電能質量合格率的要求，從而為分布式新能源并網發(fā)電系統(tǒng)的安全運行 提供重要的實際應用價值和理論指導意義。本發(fā)明具有如下技術效果：
[0015] (1)所采用的單相并網系統(tǒng)下的同步鎖相器，能夠快速實現從單相電網電壓到兩 相正交電壓的構建，同時構建的兩相正交電壓之間由對各次諧波具有相同增益的全通濾波 器連接，因此含有相同的總諧波畸變率，這就消除兩相正交電壓中因諧波不平衡帶來的鎖 相精度問題。
[0016] (2)所采用的單相并網系統(tǒng)下的同步鎖相器，能夠快速準確地獲取電網的相位信 息，同時該鎖相器也具有對電網參數突變較強的魯棒性和頻率調整的快速性。
[0017] (3)所采用的相位擾動注入法，能夠保證注入的相位擾動不會改變電網相位信息 中電壓過零點的位置，這樣就保證了分布式新能源并網發(fā)電系統(tǒng)在并網模式下能夠以單位 功率因數運行。
[0018] (4)通過對相位擾動系數的合理選值，能夠實現對并網電流總諧波畸變率變化的 可控性，從而可以有效控制該方案對電能質量的損害