專利名稱：光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)逆變器，具體涉及一種主動(dòng)式孤島檢測方法，該方法可以提高孤島檢測的速度，并且具有對電網(wǎng)影響小的優(yōu)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
21世紀(jì)，能源問題成為全世界共同關(guān)注的十大問題之首，太陽能作為一種重要的可再生能源越來越受到人們的關(guān)注，太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電也成為重要的發(fā)電方式之一。隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，并網(wǎng)發(fā)電模式更加體現(xiàn)出它重要的價(jià)值。但是這種發(fā)電模式存在的孤島效應(yīng)對電網(wǎng)、逆變器以及人生安全都造成極大的威脅。所謂孤島效應(yīng)即逆變器及其供電的局部電網(wǎng)的負(fù)載從主電網(wǎng)中脫離，并且脫離后并網(wǎng)逆變器給局部電網(wǎng)中的負(fù)載持續(xù)供電。這樣會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果1)局部電網(wǎng)中的頻率幅值不可控會(huì)給用電設(shè)備造成損害； 2)局部電網(wǎng)中的線路仍然帶電可能會(huì)威脅維修人員的生命安全；3)負(fù)載和逆變器電源容量不匹配時(shí)可能會(huì)損壞逆變器；4)非同相合間時(shí)，可能會(huì)引起再次跳間，或者損壞逆變器電源和與其鏈接的設(shè)備。因此光伏并網(wǎng)逆變器都必須具有很強(qiáng)的孤島檢測功能。隨著數(shù)字控制的發(fā)展，孤島檢測的方法也隨之多樣化。孤島檢測主要分兩大類一、被動(dòng)檢測，即通過監(jiān)測逆變器輸出端與電網(wǎng)耦合點(diǎn)的電壓參數(shù)(幅值、頻率、 諧波)，并調(diào)節(jié)逆變器在滿足孤島效應(yīng)條件時(shí)脫離電網(wǎng)。這類方法只是檢測并不會(huì)向電網(wǎng)輸入雜波，所以逆變器輸出的電能質(zhì)量較高?？煞譃橐韵聨追N方法(1) 一般逆變器會(huì)裝有過壓保護(hù)(OVR)、欠壓保護(hù)(UVR)、過頻保護(hù)(OFR)、欠頻保護(hù)(UFR)四種保護(hù)電路，一旦電壓頻率變動(dòng)越限，即啟動(dòng)保護(hù)，將并網(wǎng)系統(tǒng)切離電網(wǎng)。(2)電壓諧波檢測法電流控制型逆變器參考電壓為市電電壓。當(dāng)市電斷電時(shí)，并網(wǎng)逆變器上會(huì)產(chǎn)生失真的電壓波形，而該波形作為輸出電流的參考波形，則輸出電流中將含有大量諧波成分。(3)相位偏移檢測電網(wǎng)斷電以后，逆變器電壓及電流的相差由負(fù)載決定，如果所帶負(fù)載非純阻性而造成一定相角，則孤島可以被檢測出來。(4)關(guān)鍵電量變化率檢測孤島發(fā)生以后，由于系統(tǒng)的不穩(wěn)定，功率、頻率等電量都比較敏感，其變化率將增大，可以通過檢測輸出功率變化率dP/dt，輸出頻率變化率df/ dt，頻率對輸出功率的偏導(dǎo)3//3尸等變量值是否超出限值來判斷孤島的產(chǎn)生。二、主動(dòng)檢測，即對逆變器輸出電流引入變化或擾動(dòng)，促使系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)時(shí)公共耦合點(diǎn)電壓參數(shù)偏離正常值，并在超出設(shè)定范圍時(shí)，停止逆變器并網(wǎng)運(yùn)行的一類方法。此類方法比前述的無源檢測方法性能提高，但是由于擾動(dòng)的引進(jìn)，逆變器的輸出電能質(zhì)量也受到了不同程度的影響。根據(jù)原理不同常用的有以下兩種方法(1)主動(dòng)頻率偏移AFD (active frequency drift)主動(dòng)頻率偏移法通過在逆變器輸出電流的參考值上每周期加入一個(gè)死區(qū)時(shí)間tz，如圖4所示。也即輸出電流的參考值的頻率有一個(gè)偏移δ f，則ν = sin O Ji) (f+ δ f) (t_I\)，其中T1是檢測到兩次電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)的時(shí)間間隔，以便在每個(gè)周期與電網(wǎng)同步。在電網(wǎng)側(cè)的輸出電壓和電流就有相位差ω/(tz*2)。孤島產(chǎn)生后，為了達(dá)到負(fù)載RLC電路的諧振頻率以及相角差，逆變器的輸出頻率持續(xù)增加或減少直至超越過/欠頻的額定值。采用AFD方法的電壓電流波形圖如

圖1所示。此方法適用于絕大多數(shù)的RLC負(fù)載，但是當(dāng)主動(dòng)頻移造成的相位差恰好與孤島時(shí)負(fù)載RLC電路的相位差相等時(shí)，該檢測方法失效。( 滑動(dòng)頻率偏移SMS (slip-mode frequency shift) :SMS檢測法是基于相位的偏移擾動(dòng)，即將輸出電流的參考電壓相位平移θ，ν = sin[(2 Jif) (t-I\+k2)]，其中1 = θ/360該相角是頻率的正弦函數(shù)式θ = emSin{> (f-fr)/[2(fm-f；)]}因此，逆變器的 SMS相頻特性曲線如下圖。圖中斜線為負(fù)載相頻特性曲線。因?yàn)樵谝欢ㄘ?fù)載條件下，輸出電流電壓的相差與頻率成正比。由圖可知，當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，逆變器輸出頻率為50Hz，輸出電流電壓相位差為0。當(dāng)電網(wǎng)斷電后，如果頻率有微小的增大/減小，輸出電流跟隨給定電壓相角偏移則按SMS曲線增大/減小，而負(fù)載特性決定了相角與頻率只能成比例增加/減少。 因此，只有在A、B兩點(diǎn)系統(tǒng)才達(dá)到新的平衡。在此過程中，如頻率的變化已經(jīng)超出0FR/UFR 額定值范圍，那么孤島將被檢測到。上述逆變器SMS相頻曲線和負(fù)載相頻曲線如圖2所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，該方法可有效減少逆變器向電網(wǎng)輸出諧波，檢測時(shí)間短，計(jì)算方法簡單可以節(jié)省控制芯片的運(yùn)算資源。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，包括以下步驟1)、檢測逆變器和電網(wǎng)公共耦合點(diǎn)處電壓頻率，電壓頻率在fn與f12之間時(shí)，逆變器輸出電流的相位與耦合點(diǎn)處電壓相同，當(dāng)電網(wǎng)電壓fgnc^ (fn,f12)，但fgHd e (f21，f22) 時(shí)，通過修改逆變器輸出電流與耦合點(diǎn)電壓之間的相位，使得輸出電流比耦合點(diǎn)電壓提前 θ ° (當(dāng)f12 < fgrid < f22)或者滯后θ ° (當(dāng)f21 < fgrid < fn)，這樣如果發(fā)生孤島效應(yīng)， 在下一個(gè)工頻周期時(shí)，耦合點(diǎn)電壓頻率將向上超出或向下超出f21，這時(shí)便會(huì)觸發(fā)孤島保護(hù)的功能使逆變器脫離電網(wǎng)；
權(quán)利要求
1. 一種光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，其特征是包括以下步驟 1)、檢測逆變器和電網(wǎng)公共耦合點(diǎn)處電壓頻率，電壓頻率在fn與f12之間時(shí)，逆變器輸出電流的相位與耦合點(diǎn)處電壓相同，當(dāng)電網(wǎng)電壓fgn# (fn,f12)，但fgHd e (f21，f22)時(shí)，通過修改逆變器輸出電流與耦合點(diǎn)電壓之間的相位，使得輸出電流比耦合點(diǎn)電壓提前θ° (當(dāng) f12 < fgrid < f22)或者滯后θ ° (當(dāng)f21 < fgrid < fn)，這樣如果發(fā)生孤島效應(yīng)，在下一個(gè)工頻周期時(shí)，耦合點(diǎn)電壓頻率將向上超出或向下超出f21，這時(shí)便會(huì)觸發(fā)孤島保護(hù)的功能使逆變器脫離電網(wǎng)；2)、為了補(bǔ)償頻率檢測出現(xiàn)的盲區(qū)，采取每隔4個(gè)工頻周期后的1個(gè)工頻周期內(nèi)修改逆變器輸出電流的幅值并在該周期之后將輸出電流幅值回復(fù)原來的值來判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)，當(dāng)耦合點(diǎn)電壓有效值高于220V時(shí)，在應(yīng)當(dāng)修改輸出電流的工頻周期內(nèi)將電流幅值提高5 %，在修改復(fù)制后的下一個(gè)周期檢測耦合點(diǎn)電壓幅值，如果幅值變化超過3 %，則修改逆變器輸出電流與耦合點(diǎn)電壓之間的相位，使得輸出電流比耦合點(diǎn)電壓提前Θ/ (當(dāng) 50Hz < fgrid < f12)或者滯后θ廣(當(dāng)fn < fgrid < 50Hz)，這樣如果發(fā)生孤島效應(yīng)，在下一個(gè)工頻周期時(shí)，耦合點(diǎn)電壓頻率將向上超出或向下超出f21，這時(shí)便會(huì)觸發(fā)孤島保護(hù)的功能使逆變器脫離電網(wǎng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，其特征是當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超出fn或f12的時(shí)候，逆變器輸出電流頻率主動(dòng)偏移，如果頻率的波動(dòng)是孤島效應(yīng)所致，逆變器輸出電流頻率的改變會(huì)使逆變器測得的f^d改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，其特征是f^id隨逆變器輸出電流頻率改變后會(huì)超過第2個(gè)閥值(f21，f22)，逆變器輸出電流的相位角的偏移量增加，使得電網(wǎng)電壓頻率‘id超過被動(dòng)檢測的頻率閥值(f21，f22)并且觸發(fā)保護(hù)程序，關(guān)掉逆變器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏并網(wǎng)逆變器孤島檢測方法，包括以下步驟1)、檢測逆變器和電網(wǎng)公共耦合點(diǎn)處電壓頻率，電壓頻率在f11與f12之間時(shí)，逆變器輸出電流的相位與耦合點(diǎn)處電壓相同；可通過修改逆變器輸出電流與耦合點(diǎn)電壓之間的相位，使得輸出電流比耦合點(diǎn)電壓提前θ°(當(dāng)f12＜fgrid＜f22)或者滯后θ°(當(dāng)f21＜fgrid＜f11)；2)、為了補(bǔ)償頻率檢測出現(xiàn)的盲區(qū)，采取每隔4個(gè)工頻周期后的1個(gè)工頻周期內(nèi)修改逆變器輸出電流的幅值并在該周期之后將輸出電流幅值回復(fù)原來的值來判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)。該方法可有效減少逆變器向電網(wǎng)輸出諧波，檢測時(shí)間短，計(jì)算方法簡單可以節(jié)省控制芯片的運(yùn)算資源。
文檔編號(hào)H02J3/01GK102262182SQ20111018871
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者任政, 錢照明, 陳敏, 高明智 申請人:浙江大學(xué)