一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種孤島檢測電路，尤其是涉及一種用于在主電網斷電時對處于 孤島狀態(tài)的微電網進行檢測并及時將其斷開的電路，屬于電力電子以及自動化控制技術領 域。
【背景技術】
[0002] 孤島現象，是指微電網與主電網并網運行時，當主電網意外中斷供電，微電網發(fā)電 系統未能及時檢測出停電狀態(tài)而不能迅速將其自身切離主電網網絡，從而形成的一個由微 電網發(fā)電系統向周圍負載供電的一種電力公司無法掌控的自給供電現象(狀態(tài)）。
[0003] 當系統處于孤島狀態(tài)時，由于主電網不能控制孤島中的電壓和頻率，從而可能損 壞配電設備和用戶設備，干擾主電網的正常合閘，甚至可能威脅線路檢修人員的人身安全。
[0004] 當微電網發(fā)電系統并網運行過程中，本地負載所消耗的視在功率來自主電網和微 電網發(fā)電系統，三者相互平衡，詳見如下公式：
[0005] Pi + }Qi = ^ ?，
[0006] 其中：
[0007] 巧+j&為本地負載消耗的視在功率（巧為有功功率，込為無功功率；）；
[0008] 4 + 為主電網輸出的視在功率(A為有功功率，為無功劫率;）；
[0009] 乓為微電網發(fā)電系統輸出的視在功率(盡為有功功率，為無功功率;）；
[0010] 當電網發(fā)生故障時，電網停止向負載供電，即此刻巧= 0;
[0011] (1)若本地負載需要的有功功率、無功功率與微電網發(fā)電系統輸出的有功功率、無 功功率不一致，那么，勢必引起電能質量參數的變化，以頻率來表征，見如下公式：
[0013] (2)若本地負載需要的有功功率、無功功率與微電網發(fā)電系統輸出的有功功率、無 功功率相同，則耦合結點處的電壓及其頻率仍將維持在正常范圍內；發(fā)電系統如果無法檢 測到主電網失電等情況，系統將處于孤島狀態(tài)。現有孤島檢測技術主要有三種方法：
[0014] (1)基于通信的孤島檢測方法。
[0015] ⑵基于系統輸出的檢測方法，包含無源檢測(被動)和有源檢測(主動）。
[0016] (3)基于同步發(fā)電機的檢測方法
[0017] 上述現有技術存在如下問題：
[0018] (1)微電網運行環(huán)境復雜，不同環(huán)境的孤島狀態(tài)指標差異較大。孤島檢測設置的閾 值不能適應所有的工況。若電網三相電壓和負載不對稱，各個檢測指標存在檢測誤差。當系 統有多個發(fā)電系統時，注入的各干擾信號可能相互沖突，影響系統正常運行。
[0019] (2)微電網孤島檢測方法需要減少檢測盲區(qū)，兼顧電能質量要求。

【發(fā)明內容】

[0020] 本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種對孤島狀態(tài)能夠及時進行檢測并 進行控制的用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，本實用新型能夠在電網斷開時對微電網 進行快速檢測，并具有較強的抗干擾能力，不會因為強電磁干擾環(huán)境導致采樣誤差;將對電 網電能質量的負面影響降至最低。
[0021] 本實用新型的目的是這樣實現的：
[0022] -種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，其特征在于:所述檢測電路包含有從 主電網進行取樣的采樣電路，所述采樣電路將采樣信號經隔離電路、濾波電路、波形轉換電 路和光耦隔離電路后輸入DSP處理器，經DSP處理器處理后通過PWM驅動器發(fā)出的SVPWM信號 驅動IGBT逆變器，且微電網發(fā)電接入設備經直流斬波單元、儲能單元、功率單元和EMI濾波 電路、斷路器后連接至主電網上。
[0023] 本實用新型一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，所述采樣電路為電壓采用 電路，電阻一端接入火線，另一端接入零線。
[0024] 本實用新型一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，所述隔離電路包含有隔離 變壓器PTA，采樣電路的采樣信號輸入隔離變壓器PTA的初級線圈，隔離變壓器PTA的次級線 圈上串接有采樣電阻R10,且隔離變壓器PTA的次級線圈一端接地，另一端輸出信號UAcap。
[0025] 本實用新型一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，所述隔離變壓器PTA的次 級線圈接地端接入的是系統模擬地。
[0026] 本實用新型一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路，所述波形轉換電路包含有 運算放大器，運算放大器的反相輸入端接地，運算放大器的正相輸入端經傳遞電阻接入輸 入信號，且傳遞電阻對地連接有濾波電容;所述運算放大器的輸出端上對+5V高電平設置有 上拉電阻。
[0027]本實用新型一種用于微電網發(fā)電系統的孤島檢測電路的控制方法為，步驟1、通過 采樣電路獲取電網上一周期的無功電流量
[0028] 步驟2、對電網側進行采樣，獲取當前電流、電壓值，并利用傅里葉變換獲取當前電 流、電壓的均方根值Um、Im;并同時計算出其各自的諧波含量Uthd、I thd;此時定義總諧波含 量參數
；此時獲得1]也(1、1讓(1和1'也(1三組數值，定義1^1]讓(1+1也(1+1'讓(1 ;
[0029] 當k e [0，2%]時，m為低幅擾動，m的取值為
[0030] 當k e (2%，6%]時，m為中幅擾動，m的取值為
[0031] 當k>6%時，m為高幅擾動，m的取值為
[0032] 步驟3、計算當年周期的無功電流量+私;
[0033] 其中，A/為無功擾動電流分量，取值為i X 〇.S%，亦可根據實際電網情況選取 一最佳值;d為無功擾動方向定義，取值區(qū)間為{-1，0,1};
[0034] 步驟4、將無功電流值4 注入電網進行擾動調節(jié)；
[0035] 步驟5、進行步驟4擾動調節(jié)的同時，采樣電路對電網上的頻率變化進行采樣，若超 出預設范圍值，則通過斷路器將微電網與電網斷開。
[0036] 對于步驟3,在當前周期的無功電流量的計算過程中；
[0037] 步驟3.1:輸入擾動標志位(如方波），并判斷其是否為零；
[0038] 步驟3.2 :擾動標志位為零，則d=0，返回執(zhí)行步驟3.1;若擾動標志位不為零，則執(zhí) 行步驟3.3;
[0039] 步驟3.3:對步驟1中無功電流nf；:的方向進行判斷，若為正，則d=_l;若為負，貝ljd= 1;
[0040] 步驟3.4:根據公式1111：_=^1^+<^^^&2獲得當前擾動電流;然后返回步驟3.1。 [0041 ]同時，在步驟3.3與步驟3.4之間還設置有步驟3.3.1，此時對采樣電路獲取的當前 頻率變化進行判斷，若頻率變化在誤差允許范圍之內，則說明電網正常供電，則由步驟 3.3.1跳轉至步驟3.1;若頻率變化超出誤差允許范圍，則進入步驟3.4開始進行擾動調節(jié)。
[0042] 進一步的，對于步驟4,無功電流擾動調節(jié)的過程為：由采樣電路從電網上獲取電 壓Ua、Ub、Uc，電流ia、ib、ic參數，并經由abc三相靜止坐標系轉換為dq旋轉坐標系，從而獲 取id、iq和Ud、Uq參數；同時，從微電網的發(fā)電設備端獲取功率參數經功率調節(jié)后與id經混 頻器輸入第一分數階PU控制器;iq和由步驟三獲取的當年周期的無功電流量經混頻器輸 入第二分數階PU控制器，第一分數階PU控制器和第二分數階PIA控制器的傳遞函數為
;第一分數階PU控制器和第二分數階PU控制器的輸出信號分別與 Ud和Uq進入混頻器后輸入PWM控制器，該PWM控制器輸出PWM信號控制IGBT逆變器。
[0043] 與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：
[0044] 本實用新型微電網發(fā)電系統運行過程中，通過向電網輸入小幅度的無功電流擾動 ，若系統處于孤島狀態(tài)，系統頻率將上升或下降到過欠頻保護區(qū)域，從而實現快速檢測和控 制，完成微電網系統在孤島狀態(tài)下的快速動作；
[0045]同時，本實用新型硬件電路信號經過三次轉化，首先利用變壓器將電網工頻380V AC電壓轉換為工頻12V AC低壓正弦信號；其次，利用比較器將工頻12V AC低壓正弦信號轉 化為5V DC方波信號；最后，方波信號經過光耦隔離送入DSP的捕獲端口。多次轉化，相對于 直接采樣電網工頻電壓方案，其抗干擾能力更強。在供電電源電壓有少量偏差的情況下，本 電路對電壓波動也有較大抑制作用；
[0046] 另外，本實用新型硬件電路采用多級隔離電路。其中變壓器、比較器、光耦、輸入端 濾波電容均提供較強共模干擾抑制，適宜在高電磁噪聲環(huán)境下應用。系統通過隔離將電源 地、模擬地、信號地檢測時向電網注入略微畸變的電流，從而形成一個連續(xù)改變頻率的趨 勢;三者可以有效隔離，防止信號串擾，去除不確定噪音，保證頻率檢測穩(wěn)定可靠。
[0047] 綜上所述，本實用新型具有以下突出優(yōu)點：
[0048] ①借助微電網發(fā)電系統智能處理單元DSP和硬件捕獲方式，獲取可靠的系統電能 頻率，能夠最大限度削弱雜散波，進行關鍵特征識別、綜合利用并歸納偏置，利用多次隔離 分割，降低差模干擾，系統能夠通過過零點電路，將正弦波轉化為方波給DSP處理單元，保證 采樣及捕獲準確可靠和強的魯棒性；
[0049] ②借助DSP處理器，可以靈活選取保護閾值，保證系統冗余。通過智能數據處理算 法，找出適合的保護閾值。重點對多特征判決及單判據偏置問題，進行關鍵特征識別、綜合 利用并歸納偏置，充分考慮平穩(wěn)工況、故障、劇烈波動等不同電網環(huán)境，保證安全可靠。
[0050] 本實用新型既能免疫電網正常運行過程中諧波分量，能夠屏蔽電網的"虛波"，又 能在電網意外中斷供電故障時快速抓