专利名称：间歇性双边无功功率扰动孤岛检测方法
技术领域：
本发明涉及到分布式发电系统和并网逆变器应用领域中的孤岛检测技术，尤其是间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法。
背景技术：
在新能源分布式发电中，风能、光伏等产生的电能，经过电力电子变换后并入电网。并网逆变器作为新能源和电网之间的接口，可以对电能进行变换并进行电能质量控制。 通常并网逆变系统包括基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相并网逆变器，用于逆变器与电网之间实现电气隔离的变压器，用于逆变器并网控制的继电器，本地负载，电网和用于产生逆变桥驱动信号、驱动封锁信号和并网继电器控制信号的并网逆变控制器，并网逆变器的输出经过隔离变压器后由并网继电器与电网连接，并网继电器与电网之间的连接点称为公共耦合点PCC。当外电网发生故障时，并网逆变器会脱离电网，形成局部带有发电装置和本地负载的电网结构，从而形成孤岛。孤岛的发生一般是不可预测的，并且会带来如下危害
(1)脱离电网后，分布式发电装置可能会因为电压或频率失控而损坏；
(2)本地的用电设备可能因为孤岛中的电压或者是频率超出安全范围而损毁；
(3)对人身安全构成一定的威胁；
(4)孤岛时，如果本地负载的容量过大，分布式电源因过载而损坏；
(5)当电网重合闸时，由于孤岛时分布式电源的电压幅值、频率和相位与电网的电压幅值、频率和相位不一致，导致合间失败。孤岛的发生一般是不可预测的，并且可能会损毁分布式发电装置，损坏本地的用电设备，同时对人身安全构成一定的威胁。所以，必须迅速检测出孤岛，并采取相应的措施。常用的孤岛检测方法主要有三类(1)被动孤岛检测方法；(2)主动的孤岛检测方法；C3)外部通信检测方法。被动的检测方法通过检测公共耦合点的电压幅值、频率、相位和谐波等来判断是否发生孤岛。主要包括过/欠电压法，超/欠频率法，电压相位跳变法和电压谐波测量法等， 实现简单，不会影响并网电能质量，但是检测效率低，非检测区较大。主动的检测方法是对并网逆变器的输出引入扰动，促使孤岛发生前后公共耦合点电量参数(包括电压幅值、频率和相位)超出允许范围，从而确定孤岛发生。这类检测方法能够提高检测效率，减小非检测区，但会对并网电能质量有一定的影响。传统的恒定无功功率扰动孤岛检测方法属于一种主动的检测方法，它对逆变器的输出无功功率引入恒定扰动，促使孤岛发生时公共耦合点电压的频率超出允许范围，从而达到检测出孤岛的目的。但是传统的恒定无功功率扰动方法需要对并网逆变器的输出无功功率引入较大的扰动量，会影响逆变器输出功率因数，存在着比较大的缺陷。外部通信检测方法是在电网和分布式发电装置之间建立通讯联系来检测孤岛。但是该类方法实现难度较大，代价比较高。

发明内容
本发明的主要目的在于提出一种间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，能够消除孤岛检测的非检测区，满足孤岛检测的时间要求，并且对并网功率因数的影响很小。本发明的间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，并网逆变系统包括基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相并网逆变器，用于逆变器与电网之间实现电气隔离的变压器，用于逆变器并网控制的继电器，本地负载，电网和用于产生逆变桥驱动信号、驱动封锁信号和并网继电器控制信号的并网逆变控制器，并网逆变器的输出经过隔离变压器后由并网继电器与电网连接，并网继电器与电网之间的连接点为公共耦合点，其特征是并网逆变系统还包括公共耦合点电压采样模块，锁相环，频率判断模块，孤岛保护模块，无功功率控制调节器和间歇性双边无功功率扰动信号，间歇性双边无功功率扰动信号发出周期性的扰动信号给无功功率控制调节器，每个扰动周期包括正扰动信号、负扰动信号和零扰动信号，无功功率控制调节器的输出信号经并网逆变控制器输给并网逆变器，控制并网逆变器跟踪间歇性双边无功功率扰动信号输出周期性扰动的无功功率，每个扰动周期包括正无功功率、负无功功率和零无功功率，公共耦合点电压由公共耦合点电压采样模块采样后输入锁相环，锁相环输出公共耦合点电压的频率，由频率判断模块对公共耦合点电压的频率值进行判断，如果频率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，并且持续10个工频周期，则认定此时电网与并网逆变器脱开，发生孤岛，孤岛保护模块关闭并网逆变器，并断开并网继电器。与现有的技术相比，本发明具有如下创新点
(1)本发明提出的间歇性双边无功功率扰动引入了正、负双边无功功率扰动，与仅进行正无功扰动或负无功扰动相比，扰动的幅值较小，并网功率因数较高。(2)本发明提出的间歇性双边无功功率扰动引入的正、负无功功率扰动后有一段时间并网逆变器输出无功功率为零，在这段间歇时间内，并网逆变器的输出功率因数为1， 可以有效的减小该孤岛检测方法对功率因数的影响。本发明适用于太阳能、风力、燃料电池发电等新能源并网发电系统，能够有效的检测出并网逆变器的孤岛运行状态，满足孤岛检测的时间要求，并且对并网功率因数的影响很小。


图1间歇性双边无功功率扰动孤岛检测系统构成示意图； 图2间歇性双边无功功率扰动孤岛检测方法实施流程图3 —种间歇性双边无功功率扰动信号；
图4采用间歇性双边无功功率扰动孤岛检测方法时并网实验波形，图中CHl 公共耦合点电压50V/div ；CH2 并网电流ΙΟΑ/div ；CH3 逆变器输出无功功率400VA/div ；CH4 频率变化 0. 5Hz/div ；时间500ms/div。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。参照图1，采用间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法的并网逆变系统包括基
4于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相并网逆变器1，用于逆变器与电网之间实现电气隔离的变压器2，用于逆变器并网控制的继电器3，本地负载4，电网5和用于产生逆变桥驱动信号、驱动封锁信号和并网继电器控制信号的并网逆变控制器10，公共耦合点电压采样模块6，锁相环7，频率判断模块8，孤岛保护模块9，无功功率控制调节器11和间歇性双边无功功率扰动信号12，并网逆变器1的输出经过隔离变压器2后由并网继电器3与电网5连接，并网继电器3与电网5之间的连接点为公共耦合点PCC，间歇性双边无功功率扰动信号12发出周期性的扰动信号给无功功率控制调节器11，每个扰动周期包括正扰动信号、负扰动信号和零扰动信号，无功功率控制调节器11的输出信号经并网逆变控制器10输给并网逆变器1，控制并网逆变器1跟踪间歇性双边无功功率扰动信号12输出周期性扰动的无功功率，每个扰动周期包括正无功功率、负无功功率和零无功功率，公共耦合点PCC电压由公共耦合点电压采样模块6采样后输入锁相环7，锁相环7输出公共耦合点电压的频率，由频率判断模块8对公共耦合点电压的频率值进行判断，如果频率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，并且持续10个工频周期，则认定此时电网与并网逆变器脱开，发生孤岛，孤岛保护模块9关闭并网逆变器1，并断开并网继电器3。本发明方法工作流程图参照图2，原理如下
首先，由数字信号处理器TMS2808产生间歇性双边无功功率扰动信号，作为无功功率控制调节器的参考值，该扰动信号包括正扰动信号、负扰动信号和零扰动信号。无功功率控制调节器的输出，经过并网逆变控制器，控制并网逆变器跟踪间歇性双边无功功率扰动信号输出周期变化的无功功率，在一个扰动周期内，输出无功功率为三种不同情况的组合，分别为正无功功率、负无功功率、零无功功率，并且三种情况的顺序可以任意组合，由此并网逆变器运行于间歇性双边无功功率扰动状态。然后，采样公共耦合点的电压，经过锁相环计算得到公共耦合点电压的频率，由频率判断模块进行孤岛状态判定。具体的判定方法为锁相环得到公共耦合点电压的频率，如果该频率大于50. 5Hz或者小于49. 5Hz，认为发生一次异常现象，而如果在连续的10个工频周期内均出现异常现象，则认定发生孤岛，孤岛保护模块通过并网逆变控制器关闭并网逆变器，断开并网继电器，完成间歇性双边无功功率扰动孤岛检测。并网逆变器输出无功功率是周期性变化的，并且在一个扰动周期内，输出无功功率为三种不同情况的组合，分别为正无功功率、负无功功率、零无功功率，根据不同的组合次序，可以得到两种不同的间歇性无功功率扰动形式，如图3(a)和图3(b)所示，对应的逆
变器输出无功功率为 Q(t)的表达式
权利要求
1.一种间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，并网逆变系统包括基于高频开关的脉冲宽度调制控制的单相或三相并网逆变器(1)，用于逆变器与电网之间实现电气隔离的变压器(2)，用于逆变器并网控制的继电器(3)，本地负载(4)，电网(5)和用于产生逆变桥驱动信号、驱动封锁信号和并网继电器控制信号的并网逆变控制器(10)，并网逆变器(1) 的输出经过隔离变压器(2)后由并网继电器(3)与电网(5)连接，并网继电器(3)与电网 (5)之间的连接点为公共耦合点(PCC)，其特征是并网逆变系统还包括公共耦合点电压采样模块(6)，锁相环(7)，频率判断模块(8)，孤岛保护模块(9)，无功功率控制调节器(11)和间歇性双边无功功率扰动信号(12)，间歇性双边无功功率扰动信号(12)发出周期性的扰动信号给无功功率控制调节器(11)，每个扰动周期包括正扰动信号、负扰动信号和零扰动信号，无功功率控制调节器(11)的输出信号经并网逆变控制器(10)输给并网逆变器(1)， 控制并网逆变器(1)跟踪间歇性双边无功功率扰动信号(12)输出周期性扰动的无功功率， 每个扰动周期包括正无功功率、负无功功率和零无功功率，公共耦合点(PCC)电压由公共耦合点电压采样模块(6)采样后输入锁相环(7)，锁相环(7)输出公共耦合点电压的频率， 由频率判断模块(8)对公共耦合点电压的频率值进行判断，如果频率大于50. 5Hz或者小于 49. 5Hz，并且持续10个工频周期，则认定此时电网与并网逆变器脱开，发生孤岛，孤岛保护模块(9)关闭并网逆变器(1)，并断开并网继电器(3)。
2.根据权利要求1所述的间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于公共耦合点电压采样模块(6)是电压采样传感器。
3.根据权利要求1所述的间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，其特征在于锁相环(7)是集成锁相环芯片CD4046B。
全文摘要
本发明公开了采用间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法，对并网逆变器的输出无功功率引入间歇性双边无功功率扰动，使得孤岛发生后公共耦合点电压的频率超出允许范围，达到孤岛检测的目的。本发明能够及时有效的检测出孤岛现象，对并网功率因数的影响较小。
文档编号G01R31/00GK102156233SQ20111006765
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者张俊, 徐德鸿, 沈国桥 申请人:浙江大学