一種同時實現(xiàn)低電壓穿越和孤島檢測的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源分布式發(fā)電領域，具體涉及一種適用于分布式發(fā)電系統(tǒng)低電壓 穿越與孤島檢測的功率擾動方法。
【背景技術】
[0002] 隨著新能源并網(wǎng)發(fā)電技術的日臻完善以及環(huán)境問題的日益加劇，新能源并網(wǎng)發(fā)電 系統(tǒng)的數(shù)量迅速增長。為了確保電網(wǎng)的安全，世界各國都制定了許多嚴苛的并網(wǎng)規(guī)則，低電 壓穿越（LVRT)與孤島檢測是其中兩個主要的方面。低電壓穿越，是指在新能源發(fā)電系統(tǒng)并 網(wǎng)點電壓跌落的時候，新能源發(fā)電系統(tǒng)能夠保持并網(wǎng)，并向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持 電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常，從而"穿越"這個低電壓時間（區(qū)域）。需要注意的是，需要進 行低電壓穿越的新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特點為：并網(wǎng)電壓等級較高；直接并入公共電網(wǎng)； 容量較大。不同國家所提出的低電壓穿越要求不盡相同，目前在一些新能源發(fā)電占主導地 位的國家，如丹麥、中國等已經(jīng)相繼制定了新的電網(wǎng)運行準則，定量地給出了新能源發(fā)電系 統(tǒng)離網(wǎng)的條件。如附圖1所示為我國提出的光伏電站低電壓穿越標準（GB/T19964-2012)， 由圖可知只有當電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線后才允許新能源發(fā)電設備離網(wǎng)，同時當電壓處 于凹陷部分時，光伏電站應按電壓跌落深度提供相應的無功功率。此外，新的低電壓穿越規(guī) 范要求并網(wǎng)系統(tǒng)在30毫秒內發(fā)出無功以支持電網(wǎng)電壓的恢復，這就意味著低電壓檢測與 無功發(fā)出的時間之和需要在30毫秒之內，該要求是十分嚴苛的。所謂孤島效應，是指電網(wǎng) 供電端因故障或者停電檢修而脫離用戶端時，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（如光伏發(fā)電、風力發(fā) 電等）沒有能夠及時檢測出停電狀態(tài)，從而形成了由并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載組成的一 個自給供電的孤島。孤島檢測指的是，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要檢測出這種"孤島"狀態(tài)， 并迅速將發(fā)電設備停機。我國對新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測時間要求為在孤島狀態(tài)發(fā) 生后，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應在2秒內檢測出孤島狀態(tài)并將發(fā)電設備停機。
[0003] 現(xiàn)有技術中，為實現(xiàn)低電壓穿越和孤島檢測多采用檢測出口電壓幅值和頻率以進 行孤島檢測、通過逆變器實現(xiàn)低電壓穿越的方法，專利文獻《具有低電壓穿越和防孤島保護 功能的分布式電源系統(tǒng)及控制方法》（專利號為CN103887811A)就提出了上述方法的一種 方案：通過檢查電網(wǎng)斷路器的開關信號，以及用電壓互感器檢測的電壓信號V和三相鎖相 環(huán)電路檢測的頻率信號f，檢測與控制模塊接收檢測模塊傳來的電壓信號v和頻率信號f， 并進行閥值判斷，并通過PWM發(fā)生器產生PWM控制信號，如電壓和頻率任何一個值超過了預 先設定閥值5個周期，則發(fā)送跳閘信號控制第一斷路器跳閘，使得整個發(fā)電系統(tǒng)停止運行， 從而實現(xiàn)孤島判定和防孤島保護功能；而通過設置三相逆變器實現(xiàn)了低電壓穿越功能，從 而能夠實現(xiàn)低電壓穿越和孤島檢測功能共存。
[0004] 但上述方案對電網(wǎng)電壓幅值和頻率的檢測是被動式的孤島檢測方法，在新能源并 網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)容量與負載相匹配時，被動式檢測方法存在檢測盲區(qū)且檢測時間較長。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種適用于發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越與孤島檢測的功率擾動方 法，用以解決現(xiàn)有技術中實現(xiàn)低電壓穿越與孤島檢測時采用被動式檢測方法而存在檢測盲 區(qū)和檢測時間較長的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0007] -種同時實現(xiàn)低電壓穿越和孤島檢測的方法，依次包含如下步驟：
[0008] 步驟1:對發(fā)電系統(tǒng)出口處的電網(wǎng)電壓采樣，獲取電網(wǎng)電壓的瞬時幅值和瞬時頻 率?目息；
[0009] 步驟2:確定發(fā)電系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)；
[0010] 步驟3:在步驟2判斷出發(fā)電系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)，則根據(jù)電網(wǎng)瞬時電壓跌落的幅 度，發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出一定量的無功電流，實現(xiàn)低電壓穿越；
[0011] 步驟4 :所述步驟3中產生的無功電流對發(fā)電系統(tǒng)進行擾動，以進一步確定系統(tǒng)是 否處于孤島狀態(tài)，若處于孤島狀態(tài)，則系統(tǒng)停機；
[0012] 步驟5 :重復上述步驟，在電網(wǎng)故障時保證低電壓穿越和孤島檢測。
[0013] 進一步的，所述步驟1中獲得電網(wǎng)電壓幅值與頻率的方法是通過使用三相鎖相環(huán) 電路的方法獲得。
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟2中確定發(fā)電系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)的方法為：將獲得的電網(wǎng) 電壓瞬時幅值與正常幅值相對比，若二者相等，則發(fā)電系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，；反之則判定發(fā) 電系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)；
[0015] 優(yōu)選的，所述的正常幅值是一個范圍值，根據(jù)不同應用場合進行預先設定。
[0016] 進一步的，所述步驟3中發(fā)出的一定量無功電流按照如下規(guī)則進
[0017] iq= 1. 5* (0. 9-A/A〇)iN(A< 0. 8A〇)
[0018]iq= 0. 15iN (0. 8A〇^A<A〇)
[0019]行：iq= 0·li。（A0<=A)
[0020] 若瞬時電網(wǎng)電壓幅值大于電網(wǎng)電壓幅值正常值時，將新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出電 流（i。）的10%轉化為無功電流（iq)發(fā)出；若瞬時電網(wǎng)電壓幅值小于電網(wǎng)電壓幅值正常值， 同時大于等于電網(wǎng)電壓幅值正常值的80%，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出額定電流（iN)0. 15倍 的無功電流；若瞬時電網(wǎng)電壓幅值小于電網(wǎng)電壓幅值正常值的80%時，則按低電壓穿越標 準將無功電流大小設為1. 5* (0. 9-瞬時幅值/正常幅值）*額定電流。
[0021] 進一步的，所述步驟4中孤島狀態(tài)的判斷方法為：將瞬時頻率與設定頻率相比較， 若瞬時頻率不在頻率設定范圍內或系統(tǒng)頻率升高值大于頻率正常波動值，則認為系統(tǒng)處于 孤島狀態(tài)。
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟4中，頻率設定范圍是49. 5Ηζ-50· 5Hz。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用一種新的用于新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越 功能與孤島檢測功能的功率擾動方法，屬于孤島檢測的主動檢測方式，與實現(xiàn)低電壓穿越 功能與孤島檢測功能的傳統(tǒng)方法相比，本檢測方法只使用較為簡單的功率擾動方法即可同 時完成低電壓穿越與孤島檢測。同時，該方法實時性較好，可提高新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)低電 壓穿越與孤島檢測的檢測時間。此外，基于該檢測方法的結構實現(xiàn)較為簡單，只有一個三相 鎖相環(huán)與一套程序，實現(xiàn)較為簡單。
【附圖說明】
[0024] 圖1是低電壓穿越與孤島檢測流程圖；
[0025] 圖2是一種正負序解耦鎖相環(huán)電路；
[0026] 圖3是新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0028] 如附圖1所示，是低電壓穿越與孤島檢測流程圖。首先，對系統(tǒng)出□側的相電壓進 行采樣。然后由三相鎖相環(huán)根據(jù)采樣值計算系統(tǒng)出口側電壓的瞬時幅值與瞬時頻率。通過 三相鎖相環(huán)計算發(fā)電系統(tǒng)出口側電壓瞬時幅值與瞬時頻率的過程如下：
[0029] 如圖2所示，是一種正負序解耦鎖相環(huán)電路，基于雙二階廣義積分器的鎖相環(huán) (DS0GI-PLL)對電網(wǎng)電壓進行檢測，將三相電壓進行abc/αβ變換后，對電網(wǎng)電壓的αβ 分量V。與Ve進行正交化與解耦操作，得到電網(wǎng)電壓的正序αβ分量￥。+與￥{! +，進而可以 得到準確的正負序d軸與q軸分量，然后計算出三相正序電壓的幅值（Vd)、頻率（f)與相角 (Θ)信息。
[0030] 比較瞬時幅值與正常幅值，如果瞬時幅值（A)與正常幅值（A。）相等（瞬時幅值 與正常幅值的差的絕對值小于一個門檻值ε即認為二者是相等的），認為系統(tǒng)處于正常狀 態(tài)。如果瞬時幅值與正常幅值不相等（瞬時幅值與正常幅值的差的絕對值大于一個門檻值 ε)，則認為系統(tǒng)處于非正常狀態(tài)，即系統(tǒng)處于低電壓狀態(tài)或者孤島狀態(tài)。需要注意的是，需 要進行低電壓穿越問題的新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其輸出功率較大，一般大于負載所消耗功 率，即如果孤島發(fā)生后并網(wǎng)點電壓實時幅值不等于正常幅值。
[0031] 進一步確定系統(tǒng)出口側電壓的跌落深度后，進行相應的操作：發(fā)出一定量的無功 電流。一定量的無功電流按以下規(guī)則發(fā)出：若瞬時電網(wǎng)電壓幅值大于電網(wǎng)電壓幅值正常值 時，將新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出電流（〇的10%轉化為無功電流（iq)發(fā)出，該無功電流值 可以保證足夠的擾動力度，當新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)時，在任何條件下系統(tǒng)均 可以準確檢測出孤島狀態(tài)。若瞬時電網(wǎng)電壓幅值小于電網(wǎng)電壓幅值正常值，同時大于等于 電網(wǎng)電壓幅值正常值的80%，新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出額定電流（iN)0. 15倍的無功電流 (光伏電站低電壓穿越標準GB/T19964-2012規(guī)定