專利名稱：一種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏并網發(fā)電的控制技術領域，特別是涉及ー種太陽能光伏電力與市政電カ共同向負載供電的共網應用光伏微電網系統(tǒng)中，用于防止光伏電カ向市政電網饋電，實現(xiàn)系統(tǒng)對市政電網的設備級本質安全零逆流；包括系統(tǒng)市電失電時，對系統(tǒng)實現(xiàn)防孤島效應保護的ー種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。
背景技術：
當前包括太陽能發(fā)電、風カ發(fā)電等可再生新能源(本專利說明僅以太陽能光伏發(fā)電應用為例)發(fā)展十分迅速，其中ー種主要應用方式是與市政電網并網應用，又分為可逆流和不可逆流兩種方式。
可逆流并網系統(tǒng)，指太陽能光伏電カ可直接輸送給市政電網，進入電網統(tǒng)ー調配使用。不可逆流并網系統(tǒng)(又稱用戶側并網)，指太陽能光伏電カ與市政電網并聯(lián)，與其保持同步，實現(xiàn)共同向用戶負載供電，并在系統(tǒng)中優(yōu)先使用光伏電力。當系統(tǒng)中光伏電カ不足或沒有吋，由市政電網向負載提供電能；當光伏電カ超過本系統(tǒng)用戶負載用電需求時，則應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絡大量饋電，減小逆功率發(fā)生對大電網的影響。同時要求當系統(tǒng)市電失電時，保護光伏電カ不再向系統(tǒng)供電——稱之為防孤島效應的保護。目前國家標準《光伏系統(tǒng)并網技術要求》(GB/T 19939-2005)對防孤島效應的保護的要求是“當電網失壓時，防孤島效應保護應在2s內動作，將光伏系統(tǒng)與電網斷開?！?br>
對逆向功率保護的規(guī)定是“系統(tǒng)在不可逆的并網方式下工作，當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，逆向功率保護應在O. 5s-2s內將光伏系統(tǒng)與電網斷開?！?br>
這是對不可逆流并網逆變器的防止逆向功率要求，以保證與之并網應用的市政電網運行安全。由此可以看出，當并網逆變器實施逆向功率保護之時，實際上光伏系統(tǒng)已經在O. 5s-2s內，向市政電網輸送了超過其額定功率5%的逆向功率。當這種應用尚不普遍時，還不至于對市政電網安全運行造成較大影響。如果普遍推廣這種應用吋，即便每個裝置逆功率都很小，但是由于其大量存在，其綜合效應也勢必將影響市政電網的安全運行。目前為實現(xiàn)上述逆功率保護而進行的逆功率檢測，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在O. 5s-2s內完成的標準要求。如果能夠找到ー種快速檢測與預判方法，能在一個エ頻周期(50Hz時為20ms)內完成對系統(tǒng)逆向功率的檢測和控制，使光伏逆變裝置實現(xiàn)設備級本質安全零逆流，將消除光伏電カ在這種應用時對市政電網安全的影響，徹底解決這種光伏電カ不可逆并網方式大量應用的技術瓶頸問題。我們將這種實現(xiàn)系統(tǒng)光伏電カ對市政電網絕對零逆流的應用方式稱之為共網應用方式。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題，是提供一種基于對光伏微電網系統(tǒng)暫態(tài)過程高速檢測其系統(tǒng)重大變化特征波，之后進行控制，完全防止逆向功率發(fā)生的用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。采用的技術方案是
一種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法，是在光伏電力、市政電力、用電負載和共網控制逆變裝置組成的光伏微電網，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，實現(xiàn)共網應用方式的光伏電カ對市政電網零逆流。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50MHz ；
步驟ニ、由共網控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據進行快速傅里葉變換，求 取并網電壓電流暫態(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。上述的高頻率采集的特征波，將進行特定諧波頻率下的暫態(tài)特征波數(shù)學模型計算，得出準確檢測數(shù)學模型數(shù)據。上述的光伏微電網共網控制逆變裝置得到負載變化的指令后，立即啟動該負載變化是否將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生的計算。當計算結果為將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生時，立即由共網控制逆變裝置DSP進行減少系統(tǒng)光伏出力或關斷系統(tǒng)光伏出力的控制，其檢測和控制可在20ms內完成。本發(fā)明的光伏微電網共網控制系統(tǒng)的暫態(tài)特征波檢測，是專門針對光伏微電網中重大負載變化引起逆向功率發(fā)生的檢測，實現(xiàn)光伏微電網對市政電網的零逆流，保證大電網的的安全運行。
圖I為本發(fā)明的暫態(tài)特征波檢測結構框圖。圖2為本發(fā)明工作流程圖。
具體實施例方式一種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法，是依據電カ系統(tǒng)暫態(tài)過程理論，任何一個處于穩(wěn)態(tài)運行的包括光伏電カ和市政電カ在內的微電網系統(tǒng)，當系統(tǒng)內任何一個改變原有穩(wěn)定狀態(tài)的事件發(fā)生后，必將在一定時間內經歷ー個暫態(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、用電負載在內的微電網系統(tǒng)中，當負載用電遠遠大于光伏電カ時，系統(tǒng)主要靠市政電カ供電，光伏電カ對系統(tǒng)供電的貢獻微乎其微，此時系統(tǒng)中負載功率的局部變動，不會造成逆向功率發(fā)生。但是當系統(tǒng)中光伏電カ接近負載所需電カ時，一旦再發(fā)生系統(tǒng)內較大負載關斷，就有可能出現(xiàn)光伏電カ大于負載所需電力，進而發(fā)生光伏電カ向市政電網饋電(即發(fā)生逆向功率)。
在光伏微電網系統(tǒng)中，負載突然的關斷將產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)明就是由共網控制逆變裝置在該暫態(tài)過程發(fā)生的瞬間(ms級之內)，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，實現(xiàn)共網應用方式的零逆流。本發(fā)明暫態(tài)特征波檢測，是根據電カ系統(tǒng)暫態(tài)保護理論，當一個暫態(tài)過程發(fā)生，必將同時產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系統(tǒng)特點，即根據系統(tǒng)所包含的各類不同負載特征波典型表現(xiàn)，確定為50MHz以內。采樣處理系統(tǒng)(通常即共網控制逆變裝置的控制核心DSP控制處理器)將對采樣數(shù)據進行快速傅里葉變換，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)生的短暫時間內獲取大量數(shù)據信息，保證其可在ms級內完成。采用系統(tǒng)特征波檢測的并網逆變控制裝置實現(xiàn)防孤島效應保護，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失電的特殊情況，當快速檢測到市網停電暫態(tài)特征波后，DSP立即關斷逆變器輸出，實現(xiàn)簡便快捷的防孤島效應保護功能。光伏微電網系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測結構框圖如圖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50MHZ ；
步驟ニ、由共網控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據進行快速傅里葉變換，求取并網電壓電流暫態(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。
權利要求
1.一種用于光伏微電網共網控制的系統(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50MHZ ； 步驟ニ、由共網控制逆變裝置DSP對采集系統(tǒng)暫態(tài)過程數(shù)據進行快速傅里葉變換，求取并網電壓電流暫態(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。
2.根據權利要求I所述的ー種用于光伏微電網共網控制的系統(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，進行特定諧波頻率下的暫態(tài)特征波數(shù)學模型計算，得出準確檢測數(shù)學模型數(shù)據。
3.根據權利要求I所述的ー種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法，其特征在于所述的光伏微電網共網控制逆變裝置得到負載變化的指令后，立即啟動該負載變化是否將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生的計算，當計算結果為將引起系統(tǒng)逆功率發(fā)生時，立即由共網控制逆變裝置DSP進行減少系統(tǒng)光伏出力或關斷系統(tǒng)光伏出力的控制，其檢測和控制可在20ms內完成。
全文摘要
一種用于光伏微電網共網控制的系統(tǒng)暫態(tài)特征波檢測方法。是采用電力系統(tǒng)暫態(tài)保護理論，對光伏電力與市政電力共同向負載供電時，對該微電網系統(tǒng)中所發(fā)生的重大暫態(tài)變化實施超高速特征波檢測和預判，并由共網控制逆變裝置對系統(tǒng)實施零逆流保護和防孤島效應保護控制。有效實現(xiàn)光伏微電網對市政電網零逆流，保證大電網的安全。
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:沈陽西東控制技術有限公司