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間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測方法

文檔序號(hào):6006523閱讀:628來源:國知局
專利名稱:間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及到分布式發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變器應(yīng)用領(lǐng)域中的孤島檢測技術(shù),尤其是間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法。
背景技術(shù)
在新能源分布式發(fā)電中,風(fēng)能、光伏等產(chǎn)生的電能,經(jīng)過電力電子變換后并入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器作為新能源和電網(wǎng)之間的接口,可以對(duì)電能進(jìn)行變換并進(jìn)行電能質(zhì)量控制。 通常并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器,用于逆變器與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變壓器,用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器,本地負(fù)載,電網(wǎng)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)封鎖信號(hào)和并網(wǎng)繼電器控制信號(hào)的并網(wǎng)逆變控制器,并網(wǎng)逆變器的輸出經(jīng)過隔離變壓器后由并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)連接,并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)之間的連接點(diǎn)稱為公共耦合點(diǎn)PCC。當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),并網(wǎng)逆變器會(huì)脫離電網(wǎng),形成局部帶有發(fā)電裝置和本地負(fù)載的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),從而形成孤島。孤島的發(fā)生一般是不可預(yù)測的,并且會(huì)帶來如下危害
(1)脫離電網(wǎng)后,分布式發(fā)電裝置可能會(huì)因?yàn)殡妷夯蝾l率失控而損壞;
(2)本地的用電設(shè)備可能因?yàn)楣聧u中的電壓或者是頻率超出安全范圍而損毀;
(3)對(duì)人身安全構(gòu)成一定的威脅;
(4)孤島時(shí),如果本地負(fù)載的容量過大,分布式電源因過載而損壞;
(5)當(dāng)電網(wǎng)重合閘時(shí),由于孤島時(shí)分布式電源的電壓幅值、頻率和相位與電網(wǎng)的電壓幅值、頻率和相位不一致,導(dǎo)致合間失敗。孤島的發(fā)生一般是不可預(yù)測的,并且可能會(huì)損毀分布式發(fā)電裝置,損壞本地的用電設(shè)備,同時(shí)對(duì)人身安全構(gòu)成一定的威脅。所以,必須迅速檢測出孤島,并采取相應(yīng)的措施。常用的孤島檢測方法主要有三類(1)被動(dòng)孤島檢測方法;(2)主動(dòng)的孤島檢測方法;C3)外部通信檢測方法。被動(dòng)的檢測方法通過檢測公共耦合點(diǎn)的電壓幅值、頻率、相位和諧波等來判斷是否發(fā)生孤島。主要包括過/欠電壓法,超/欠頻率法,電壓相位跳變法和電壓諧波測量法等, 實(shí)現(xiàn)簡單,不會(huì)影響并網(wǎng)電能質(zhì)量,但是檢測效率低,非檢測區(qū)較大。主動(dòng)的檢測方法是對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出引入擾動(dòng),促使孤島發(fā)生前后公共耦合點(diǎn)電量參數(shù)(包括電壓幅值、頻率和相位)超出允許范圍,從而確定孤島發(fā)生。這類檢測方法能夠提高檢測效率,減小非檢測區(qū),但會(huì)對(duì)并網(wǎng)電能質(zhì)量有一定的影響。傳統(tǒng)的恒定無功功率擾動(dòng)孤島檢測方法屬于一種主動(dòng)的檢測方法,它對(duì)逆變器的輸出無功功率引入恒定擾動(dòng),促使孤島發(fā)生時(shí)公共耦合點(diǎn)電壓的頻率超出允許范圍,從而達(dá)到檢測出孤島的目的。但是傳統(tǒng)的恒定無功功率擾動(dòng)方法需要對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出無功功率引入較大的擾動(dòng)量,會(huì)影響逆變器輸出功率因數(shù),存在著比較大的缺陷。外部通信檢測方法是在電網(wǎng)和分布式發(fā)電裝置之間建立通訊聯(lián)系來檢測孤島。但是該類方法實(shí)現(xiàn)難度較大,代價(jià)比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提出一種間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,能夠消除孤島檢測的非檢測區(qū),滿足孤島檢測的時(shí)間要求,并且對(duì)并網(wǎng)功率因數(shù)的影響很小。本發(fā)明的間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器,用于逆變器與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變壓器,用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器,本地負(fù)載,電網(wǎng)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)封鎖信號(hào)和并網(wǎng)繼電器控制信號(hào)的并網(wǎng)逆變控制器,并網(wǎng)逆變器的輸出經(jīng)過隔離變壓器后由并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)連接,并網(wǎng)繼電器與電網(wǎng)之間的連接點(diǎn)為公共耦合點(diǎn),其特征是并網(wǎng)逆變系統(tǒng)還包括公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊,鎖相環(huán),頻率判斷模塊,孤島保護(hù)模塊,無功功率控制調(diào)節(jié)器和間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào),間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)發(fā)出周期性的擾動(dòng)信號(hào)給無功功率控制調(diào)節(jié)器,每個(gè)擾動(dòng)周期包括正擾動(dòng)信號(hào)、負(fù)擾動(dòng)信號(hào)和零擾動(dòng)信號(hào),無功功率控制調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器輸給并網(wǎng)逆變器,控制并網(wǎng)逆變器跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)輸出周期性擾動(dòng)的無功功率,每個(gè)擾動(dòng)周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率,公共耦合點(diǎn)電壓由公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊采樣后輸入鎖相環(huán),鎖相環(huán)輸出公共耦合點(diǎn)電壓的頻率,由頻率判斷模塊對(duì)公共耦合點(diǎn)電壓的頻率值進(jìn)行判斷,如果頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz,并且持續(xù)10個(gè)工頻周期,則認(rèn)定此時(shí)電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開,發(fā)生孤島,孤島保護(hù)模塊關(guān)閉并網(wǎng)逆變器,并斷開并網(wǎng)繼電器。與現(xiàn)有的技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下創(chuàng)新點(diǎn)
(1)本發(fā)明提出的間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)引入了正、負(fù)雙邊無功功率擾動(dòng),與僅進(jìn)行正無功擾動(dòng)或負(fù)無功擾動(dòng)相比,擾動(dòng)的幅值較小,并網(wǎng)功率因數(shù)較高。(2)本發(fā)明提出的間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)引入的正、負(fù)無功功率擾動(dòng)后有一段時(shí)間并網(wǎng)逆變器輸出無功功率為零,在這段間歇時(shí)間內(nèi),并網(wǎng)逆變器的輸出功率因數(shù)為1, 可以有效的減小該孤島檢測方法對(duì)功率因數(shù)的影響。本發(fā)明適用于太陽能、風(fēng)力、燃料電池發(fā)電等新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),能夠有效的檢測出并網(wǎng)逆變器的孤島運(yùn)行狀態(tài),滿足孤島檢測的時(shí)間要求,并且對(duì)并網(wǎng)功率因數(shù)的影響很小。


圖1間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測系統(tǒng)構(gòu)成示意圖; 圖2間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測方法實(shí)施流程圖3 —種間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào);
圖4采用間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測方法時(shí)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)波形,圖中CHl 公共耦合點(diǎn)電壓50V/div ;CH2 并網(wǎng)電流ΙΟΑ/div ;CH3 逆變器輸出無功功率400VA/div ;CH4 頻率變化 0. 5Hz/div ;時(shí)間500ms/div。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。參照?qǐng)D1,采用間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基
4于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器1,用于逆變器與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變壓器2,用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器3,本地負(fù)載4,電網(wǎng)5和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)封鎖信號(hào)和并網(wǎng)繼電器控制信號(hào)的并網(wǎng)逆變控制器10,公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊6,鎖相環(huán)7,頻率判斷模塊8,孤島保護(hù)模塊9,無功功率控制調(diào)節(jié)器11和間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)12,并網(wǎng)逆變器1的輸出經(jīng)過隔離變壓器2后由并網(wǎng)繼電器3與電網(wǎng)5連接,并網(wǎng)繼電器3與電網(wǎng)5之間的連接點(diǎn)為公共耦合點(diǎn)PCC,間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)12發(fā)出周期性的擾動(dòng)信號(hào)給無功功率控制調(diào)節(jié)器11,每個(gè)擾動(dòng)周期包括正擾動(dòng)信號(hào)、負(fù)擾動(dòng)信號(hào)和零擾動(dòng)信號(hào),無功功率控制調(diào)節(jié)器11的輸出信號(hào)經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器10輸給并網(wǎng)逆變器1,控制并網(wǎng)逆變器1跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)12輸出周期性擾動(dòng)的無功功率,每個(gè)擾動(dòng)周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率,公共耦合點(diǎn)PCC電壓由公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊6采樣后輸入鎖相環(huán)7,鎖相環(huán)7輸出公共耦合點(diǎn)電壓的頻率,由頻率判斷模塊8對(duì)公共耦合點(diǎn)電壓的頻率值進(jìn)行判斷,如果頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz,并且持續(xù)10個(gè)工頻周期,則認(rèn)定此時(shí)電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開,發(fā)生孤島,孤島保護(hù)模塊9關(guān)閉并網(wǎng)逆變器1,并斷開并網(wǎng)繼電器3。本發(fā)明方法工作流程圖參照?qǐng)D2,原理如下
首先,由數(shù)字信號(hào)處理器TMS2808產(chǎn)生間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào),作為無功功率控制調(diào)節(jié)器的參考值,該擾動(dòng)信號(hào)包括正擾動(dòng)信號(hào)、負(fù)擾動(dòng)信號(hào)和零擾動(dòng)信號(hào)。無功功率控制調(diào)節(jié)器的輸出,經(jīng)過并網(wǎng)逆變控制器,控制并網(wǎng)逆變器跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)輸出周期變化的無功功率,在一個(gè)擾動(dòng)周期內(nèi),輸出無功功率為三種不同情況的組合,分別為正無功功率、負(fù)無功功率、零無功功率,并且三種情況的順序可以任意組合,由此并網(wǎng)逆變器運(yùn)行于間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)狀態(tài)。然后,采樣公共耦合點(diǎn)的電壓,經(jīng)過鎖相環(huán)計(jì)算得到公共耦合點(diǎn)電壓的頻率,由頻率判斷模塊進(jìn)行孤島狀態(tài)判定。具體的判定方法為鎖相環(huán)得到公共耦合點(diǎn)電壓的頻率,如果該頻率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz,認(rèn)為發(fā)生一次異常現(xiàn)象,而如果在連續(xù)的10個(gè)工頻周期內(nèi)均出現(xiàn)異常現(xiàn)象,則認(rèn)定發(fā)生孤島,孤島保護(hù)模塊通過并網(wǎng)逆變控制器關(guān)閉并網(wǎng)逆變器,斷開并網(wǎng)繼電器,完成間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)孤島檢測。并網(wǎng)逆變器輸出無功功率是周期性變化的,并且在一個(gè)擾動(dòng)周期內(nèi),輸出無功功率為三種不同情況的組合,分別為正無功功率、負(fù)無功功率、零無功功率,根據(jù)不同的組合次序,可以得到兩種不同的間歇性無功功率擾動(dòng)形式,如圖3(a)和圖3(b)所示,對(duì)應(yīng)的逆
變器輸出無功功率為 Q(t)的表達(dá)式
權(quán)利要求
1.一種間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,并網(wǎng)逆變系統(tǒng)包括基于高頻開關(guān)的脈沖寬度調(diào)制控制的單相或三相并網(wǎng)逆變器(1),用于逆變器與電網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離的變壓器(2),用于逆變器并網(wǎng)控制的繼電器(3),本地負(fù)載(4),電網(wǎng)(5)和用于產(chǎn)生逆變橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)、驅(qū)動(dòng)封鎖信號(hào)和并網(wǎng)繼電器控制信號(hào)的并網(wǎng)逆變控制器(10),并網(wǎng)逆變器(1) 的輸出經(jīng)過隔離變壓器(2)后由并網(wǎng)繼電器(3)與電網(wǎng)(5)連接,并網(wǎng)繼電器(3)與電網(wǎng) (5)之間的連接點(diǎn)為公共耦合點(diǎn)(PCC),其特征是并網(wǎng)逆變系統(tǒng)還包括公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊(6),鎖相環(huán)(7),頻率判斷模塊(8),孤島保護(hù)模塊(9),無功功率控制調(diào)節(jié)器(11)和間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)(12),間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)(12)發(fā)出周期性的擾動(dòng)信號(hào)給無功功率控制調(diào)節(jié)器(11),每個(gè)擾動(dòng)周期包括正擾動(dòng)信號(hào)、負(fù)擾動(dòng)信號(hào)和零擾動(dòng)信號(hào),無功功率控制調(diào)節(jié)器(11)的輸出信號(hào)經(jīng)并網(wǎng)逆變控制器(10)輸給并網(wǎng)逆變器(1), 控制并網(wǎng)逆變器(1)跟蹤間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)信號(hào)(12)輸出周期性擾動(dòng)的無功功率, 每個(gè)擾動(dòng)周期包括正無功功率、負(fù)無功功率和零無功功率,公共耦合點(diǎn)(PCC)電壓由公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊(6)采樣后輸入鎖相環(huán)(7),鎖相環(huán)(7)輸出公共耦合點(diǎn)電壓的頻率, 由頻率判斷模塊(8)對(duì)公共耦合點(diǎn)電壓的頻率值進(jìn)行判斷,如果頻率大于50. 5Hz或者小于 49. 5Hz,并且持續(xù)10個(gè)工頻周期,則認(rèn)定此時(shí)電網(wǎng)與并網(wǎng)逆變器脫開,發(fā)生孤島,孤島保護(hù)模塊(9)關(guān)閉并網(wǎng)逆變器(1),并斷開并網(wǎng)繼電器(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,其特征在于公共耦合點(diǎn)電壓采樣模塊(6)是電壓采樣傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,其特征在于鎖相環(huán)(7)是集成鎖相環(huán)芯片CD4046B。
全文摘要
本發(fā)明公開了采用間歇性雙邊無功功率擾動(dòng)的孤島檢測方法,對(duì)并網(wǎng)逆變器的輸出無功功率引入間歇性雙邊無功功率擾動(dòng),使得孤島發(fā)生后公共耦合點(diǎn)電壓的頻率超出允許范圍,達(dá)到孤島檢測的目的。本發(fā)明能夠及時(shí)有效的檢測出孤島現(xiàn)象,對(duì)并網(wǎng)功率因數(shù)的影響較小。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102156233SQ20111006765
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者張俊, 徐德鴻, 沈國橋 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)
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