一种三相并网逆变器防孤岛效应的检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相并网逆变器防孤岛效应的检测方法，通过设定无功电流与电网侧电压的频率之间的关系特性曲线，在电流内环给定值上叠加无功电流扰动作为新的内环无功电流给定值，具有电能质量影响小、孤岛检测时间快、扰动方向自适应、扰动方程斜率自适应的性能。在具体的配置中，扰动规则计算模块计算出相应的扰动量，再叠加到无功电流内环给定值上，从而实现了三相并网逆变器基于电网侧反馈电流和电网侧电压频率特性曲线的孤岛检测，这样保证了并网逆变器符合逆变器国家标准并网要求。
【专利说明】—种三相并网逆变器防孤岛效应的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于逆变器【技术领域】，更为具体地讲，涉及一种三相并网逆变器防孤岛效应的检测方法。
【背景技术】
[0002]孤岛效应是指逆变器并网运行时，由于维修或设备故障造成的有意或无意的主电网掉电，逆变器运行使电网停电区域的部分线路仍维持带电状态并给停电区域的负载继续供电，形成由分布式电源独立供电的孤岛。这种情况下逆变器如果不能及时停机仍持续向负载供电会产生以下严重的后果:
[0003](I)、孤岛发生后与逆变系统相连的线路仍然带电，对检修人员造成危险，降低电网的安全性；
[0004](2)、公共点电压幅值和频率不受电网控制，如果电压幅值和频率超出允许的范围，可能会对用户的设备造成损坏；
[0005](3)、当电网供电恢复时如果电网电压与公共点电压的相位不同步，合闸时会造成线路短路，严重时引起电网的崩溃。
[0006]因此，不管是从安全性，还是可靠性方面考虑，并网逆变器都应具备防止孤岛产生的能力。鉴于这些原因，国家制定了相应规范，要求并网的分布式发电系统具有防孤岛效应保护功能，必须及时检测出孤岛，并将并网逆变器与公共电网断开。基于逆变器侧的防孤岛效应保护方法分为被动式和主动式，被动式方法通常通过检测逆变器交流输出端的电压信息(如电压幅值、频率、电压电流相位差)来判断孤岛是否发生。但当逆变器输出功率和负载消耗功率匹配时，孤岛发生后电网侧的电压信息变化很小，无法达到被动保护阈值，被动式孤岛检测失去保护作用，因此为了可靠地检测出孤岛是否发生，必须采用主动式方法。主动式方法通过有意地向电网注入扰动，通过检测逆变器并网点的电压幅值、频率等变量变化来判断孤岛是否发生。常用的主动式防孤岛效应检测方法有:主动移频法(AFD)、主动移相法(SMS)、谐波注入法(HJ)，功率扰动法等。目前已有的主动式防孤岛效应检测方法存在以下主要的问题:1)大部分的主动式防孤岛效应检测方法(如主动频移法、电压偏移法、谐波注入法)需要不断的向电网注入干扰信号，影响了逆变器电能质量；2)加入的扰动多为固定扰动，不能根据目标量的变化量自动调节扰动大小；3) —些主动式防孤岛方法在多逆变器并联时会因为扰动方向不一致产生稀释效应，扰动相互抵消导致孤岛检测失效；4) 一些主动式防孤岛效应检测方法在单相逆变器中有很好的检测效果，但并不适用于三相逆变器的防孤岛检测。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三相并网逆变器防孤岛效应的检测方法，通过在无功电流内环给定值上叠加无功电流扰动，实现三相并网逆变器的防孤岛效应检测，具有电能质量影响小、孤岛检测时间快、扰动方向自适应、扰动方程斜率自适应的优点。
[0008]为实现上述发明目的，本发明一种三相并网逆变器的防孤岛效应检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009](I)、采集电网侧的电压、电流信号和直流侧电压信号；通过并网逆变器中控制器的高精度外部AD采样芯片采集电网侧的电压、电流信号和直流侧的电压信号，并将采集的电网侧电压、电流信号和直流侧电压信号传输到数字信号处理器DSP中；
[0010](2)、数字信号处理器DSP将接收到的电压、电流信号用于控制算法运算；
[0011](2.1)、将电网三相电压Va、Vb和V。通过双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)模块进行clark、park变换得到同步旋转坐标系下电网侧电压值Vd、Vq,以及电网侧电压的频率f和相角Θ ;同时通过clark、park变换，将采集的电网侧电流ia、ib和i。从abc三相静止坐标系变换到dq同步旋转坐标系得到电网侧反馈电流值i,和id ；
[0012]将计算得到的电网侧电压值Vd、Vq,以及三相并网逆变器的功率给定指令信号P*
和Q*输入到功率外环控制模块，分别计算出无功电流内环给定值ζ和ζ ;
[0013]将计算得到的电网侧电压的频率f送入到扰动规则计算模块，通过扰动规则计算模块计算出无功电流扰动量i’，，而电网侧电压的相角Θ送入到dq同步旋转坐标系，用于下一控制周期的坐标变换；
[0014](2.2)、根据DDSRF-PLL模块得到的电网侧电压频率f判断孤岛效应是否发生；
[0015]a)、如果电网侧电压的频率f不在三相并网逆变器并网标准规定的正常频率范围内，判断为孤岛效应发生，则停止三相并网逆变器的运行；
[0016]b)、如果电网侧电压的频率f在三相并网逆变器并网标准规定的正常频率范围内，则将扰动规则计算模块计算出的无功电流扰动量i’q叠加到无功电流内环给定值~上作为新的无功电流内环给定值，进入步骤(2.3)；
[0017](2.3)、将无功电流内环给定值与得到的电网侧电流的反馈值、作差，以及新的
无功电流内环给定值和电网侧反馈电流值i,作差后同时输入到内环电流控制模块，通过反park变换后得到指令电压Va、Ve ；
[0018](2.4)、将步骤(2.3)中得到的指令电压Va、Ve和直流稳压电容侧电压Vd。共同送入到SVPWM空间矢量PWM调制模块，产生6路脉宽调制PWM信号来控制逆变单元中功率开关管的开通与关断；待当前控制周期结束后返回步骤(1)。
[0019]进一步地，本发明还提供一种扰动规则计算模块计算无功电流扰动量i’q的方法为:
[0020]当孤岛效应发生后，负载的有功、无功功率完全由逆变器提供，则逆变器输出功率可由下式表示:
【权利要求】
1.一种三相并网逆变器的防孤岛效应检测方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、采集电网侧的电压、电流信号和直流侧电压信号；通过并网逆变器中控制器的高精度外部AD采样芯片采集电网侧的电压、电流信号和直流侧的电压、电流信号，并将采集的电网侧电压、电流信号和直流侧电压信号传输到数字信号处理器DSP中； (2)、数字信号处理器DSP将接收到的电压、电流信号用于控制算法运算； (2.1)、将电网三相电压Va、Vb和V。通过双同步坐标系解耦锁相环(DDSRF-PLL)模块进行clark、park变换得到同步旋转坐标系下电网侧电压值Vd、Vq,以及电网侧电压的频率f和相角Θ ;同时通过clark、park变换,将采集的电网侧电流ia、ib和i。从abc三相静止坐标系变换到dq同步旋转坐标系得到电网侧反馈电流值iq和id ； 将计算得到的电网侧电压值Vd、Vq,以及三相并网逆变器的功率给定指令信号P*和Q*输入到功率外环控制模块，分别计算出无功电流内环给定值 <和 将计算得到的电网侧电压的频率f送入到扰动规则计算模块，通过扰动规则计算模块计算出无功电流扰动量i’，，而电网侧电压的相角Θ送入到dq同步旋转坐标系，用于下一控制周期的坐标变换； (2.2)、根据DDSRF-PLL模块得到的电网侧电压频率f判断孤岛效应是否发生； a)、如果电网侧电压的频率f不在三相并网逆变器并网标准规定的正常频率范围内，判断为孤岛效应发 生，则停止三相并网逆变器的运行； b)、如果电网侧电压的频率f在三相并网逆变器并网标准规定的正常频率范围内，则将扰动规则计算模块计算出的无功电流扰动量i’ q叠加到无功电流内环给定值ζ上作为新的无功电流内环给定值，进入步骤(2.3)； (2.3)、将无功电流内环给定值<与得到的电网侧电流的反馈值、作差，以及新的无功电流内环给定值和电网侧反馈电流值i,作差后同时输入到内环电流控制模块，通过反park变换后得到指令电压Va、Ve ； (2.4)、将步骤(2.3)中得到的指令电压Va、Ve和直流稳压电容侧电压Vd。共同送入到SVPWM空间矢量PWM调制模块，产生6路脉宽调制PWM信号来控制逆变单元中功率开关管的开通与关断；待当前控制周期结束后返回步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的三相并网逆变器放的孤岛效应检测方法，其特征在于，所述的扰动规则计算模块计算无功电流扰动量i’ q的方法为: 当孤岛效应发生后,负载的有功、无功功率完全由逆变器提供,则逆变器输出功率可由下式表示:
3.根据权利要求1或2所述的三相并网逆变器的防孤岛效应检测方法，其特征在于，所述的电网侧电压Vq = O时，锁相环锁定的电网侧电压频率f和相角Θ与电网同步。
【文档编号】G01R31/00GK103954863SQ201410175872
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】李凯, 邹见效, 郑宏, 徐红兵, 谢强 申请人:电子科技大学