专利名称：一种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏新能源领域，具体而言，涉及ー种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法。
背景技术：
当公共电网发生故障时，分布式电源与电网脱离，独立向本地负载供电，这种运行状态称为孤岛。孤岛的发生一般是不可预知的，需要及时检测并启动保护，否则后果十分严重。因此，IEEE Std. 929-2000标准中规定并网逆变器必须具有孤岛检测及孤岛保护功能。 一旦电网停止供电，并网逆变器必须在2s内检测到孤岛状态并停止向周围负载供电。目前光伏逆变器反孤岛方法大多数采用主动频率偏移法(ActiveFrequency Drift，AFD)。主动频率偏移法采用施加电流频率扰动来检测孤岛的发生。而频率扰动量的大小与主动频率偏移法的检测速度成正比，却与光伏并网发电系统的并网电流总谐波含量成反比，即频率扰动量取值越大，则检测时间越短，但是较大的频率扰动量会増加并网电流的谐波含量。因此孤岛的检测时间和并网电流总谐波含量是评价检测方法优劣的重要指标。主动频率偏移法逐渐暴露出其缺点。继而提出了带正反馈的主动频率偏移法 (Active Frequency Drift with Positive Feedback, AFDPF)。为更好的描述AFDPF，先介绍ー下AFD。AFD通过偏移公共点处的频率作为逆变器输出电流的參考频率来进行孤岛检测，该偏移量为固定值。其示意图如图I所示。调整输出电流的频率，使其比电压频率略高，若电流半波已完成而电压未过零，则强制电流给定为零，直到电压过零点到来，电流才开始下ー个半波。当电网断电后，公共点的频率受到电流频率的影响而偏离原值，超过正常范围即可检测出孤岛。图I为现有技术中主动频率偏移孤岛检测方法示意图；图I中，Vp。。为公共耦合点电压，并网运行时即为电网电压；TV是对应的周期；i为逆变器输出电流；tz为电流截断时间。带正反馈的主动移频孤岛检测法(AFDPF)在AFD的频率偏移的基础上引入正反馈，加速公共点电压频率偏移正常值，使得检测盲区进ー步减小。频率扰动量Cf表达式如下cf = cf0+k (f-f J其中Cftl为初始扰动量，k为反馈増益，f和fg分别为公共点电压频率与电网额定频率。AFDPF方法的缺点在于a、初始偏移方向単一。负载性质不同，当电网发生故障时，频率的变化方向可能与扰动信号方向相反，这会导致频率的误差累积较慢，从而延长孤岛检测时间。特殊情况下，负载对频率的平衡作用会抵消频率扰动的作用，导致孤岛效应的漏判。b、在电网正常情况下，电网频率波动(但未超过频率保护范围时)，f_fg不等于0，会导致频率扰动量増大，影响并网电流的波形质量。
发明内容
本发明提供一种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法，用以提高电网检测孤岛能力的速度和精度。。为达到上述目的，本发明提供了一种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法，其包括以下步骤检测电网公共点的当前频率，将当前频率与上次频率进行比较，获取电网公共点频率变化A f ；按照如下公式计算频率扰动量Cf cf = cf' 0+kAf,其中，cf'0 = sign ( A f) *cf0,当 Af >0 时，sign (Af) = I,当 Af <0 时， sign(Af) = -I, cf0为初始扰动量，k为反馈增益；判断频率扰动量Cf是否超出频率阈值范围，若判断结果为是，则电网出现孤岛。进ー步地，按照以下方法确定符号函数Sign(Af)以多个周期为ー组，记录电网公共点电压频率变化的方向，S卩Af的正负号，若 Af >0,电网公共点频率变化则记录为一次上升趋势，若Af <0，则记录为一次下降趋势， 然后比较该多个周期内上升趋势与下降趋势的次数，若上升趋势的次数大于下降趋势的次数，则该多个周期公共点电压频率判为上升趋势，sign (Af) = 1，反之则sign(Af) =-I0进ー步地，按照以下方法确定符号函数Sign(Af)若Af > cf0,贝U sign(Af) =1，若 Af < -cf0,贝U sign(Af) = -I,若 Af G [-cf0, cfj,则sign(Af)与上次计算值保持一致。上述实施例的检测方法考虑了不同的负载特性，能够根据负载特性迅速定位扰动方向，加快了检测速度；而且采用两次测量的公共点电压频率偏差作为正反馈，消除了由于电网自身波动引起的扰动量増大的问题，不会对电网性能指标造成影响。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为现有技术中主动频率偏移孤岛检测方法示意图；图2为本发明一实施例的改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图2为本发明一实施例的改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法流程图。如图2 所示，本实施例提供了一种改进型AFDPF方法，该方法包括以下步骤
检测电网公共点的当前频率，将当前频率与上次频率进行比较，获取电网公共点频率变化A f ；按照如下公式计算频率扰动量Cf cf = cf' 0+kAf,其中，cf'0 = sign ( A f) *cf0,当 Af > 0 时，sign(Af) = I,当 Af < 0 时， sign(Af) = -I, cf0为初始扰动量，k为反馈增益；判断频率扰动量Cf是否超出频率阈值范围，若判断结果为是，则电网出现孤岛。在本实施例中，控制环将当前频率与上次频率的差值Af引入正反馈，Af取有符号数，符号代表了频率偏移的方向。若本地负载呈感性，则其谐振频率大于电网频率，因此电网断电瞬间，系统频率一般会向频率増大的方向变化，此时Af >0，cf' ^ >0，频率扰动量Cf为正，加速将系统频率拉出频率上限；若本地负载呈容性，则其谐振频率小于电网频率，因此电网断电瞬间，系统频率一般会向频率减小的方向变化，此时Af <0，cf' ^<0， 频扰动量Cf为负，加速将系统频率拉出频率下限。当电网正常时，A f近似于零，频率扰动量cf等于初始扰动量Cf。，由于引入了正反馈，Cftl取值可以很小，对电网电流影响可以忽略。可见，上述实施例的检测方法考虑了不同的负载特性，能够根据负载特性迅速定位扰动方向，加快了检测速度；而且采用两次测量的公共点电压频率偏差作为正反馈，消除了由于电网自身波动引起的扰动量増大的问题，不会对电网性能指标造成影响。但由于电路噪声和检测误差的存在，毎次检测的公共点电压频率不会严格一致， 为避免扰动方向频繁变化，可采用以下两种方法(I)以10个周期为ー组，记录公共点电压频率变化的方向，S卩Af的正负号，若 A f > 0，则记录为一次上升趋势，若Af < 0则记录为一次下降趋势，然后比较10个周期内上升趋势与下降趋势的次数，若上升趋势的次数大于下降趋势的次数，则判为此10个周期公共点电压频率为上升趋势，sign (Af) = I,反之则sign(Af) =-1。本方法通过比较多个周期内的变化趋势，不会由于电网跳变和干扰而发生误判。(2)若 Af > cf0,则 sign(Af) = I ;若 A f < -cf0,则 sign (Af) = -I ;若 AfG [-cfQ, cfj,则sign (Af)与上次计算值保持一致,如sign ( A f)的上次计算值为-I, 则Sign(Af)的当前计算值也为-I。本方法通过设置阈值的方式避免了扰动方向的频繁变化。如图2所示,频率误差Af■经过P环节后，与初始扰动量cf' J目加,得到本次频率总扰动量，然后经过限幅输出。当电网正常吋，公共点电压频率波动很小，Af近似于零，正反馈量为零，对并网电流质量没有影响。在孤岛发生吋，频率发生偏移，若频率正向偏移，则 Af > 0, cf/。>0，再将Af引入正反馈，此时扰动量为cfQ+k A f，等效于加大正向扰动， 扰动量越来越大，公共点电压频率偏移也越来越大，形成正向偏移正反馈系统，直至频率超标，达到孤岛保护的目的。同理若频率负向偏移，则Af <0，Cf' ^<0，再将Af 引入正反馈，此时扰动量为-cfo-kl Af I，等效于加大负向扰动，扰动量越来越大，公共点电压频率偏移也越来越大，形成负向偏移正反馈系统，直至频率超标，达到孤岛保护的目的。同时对频率扰动量Cf进行限幅，防止电网跳变及干扰引起的误动作。综上所述，本发明的上述实施例实现了以下有益效果
采用本发明的上述方法，当电网正常吋，并网电流与公共点电压保持同相，功率因数大于0. 99，频率扰动量对并网电流波形质量没有影响。采用并联RLC负载模拟本地负载， 通过调整的RLC的值，来改变负载特性。测试证明，在各种不同负载特性下，当孤岛发生吋， 系统均能在2s内保护。同时考虑到了实际应用中的影响因素，具有可实施性强、可靠性高、 检测速度快的特点。本领域普通技术人员可以理解附图只是ー个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。本领域普通技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的ー个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为ー个模块，也可以进ー步拆分成多个子模块。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管參照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法，其特征在于，包括以下步骤检测电网公共点的当前频率，将所述当前频率与上次频率进行比较，获取电网公共点频率变化A f ；按照如下公式计算频率扰动量Cf cf = cf' 0+kAf,其中，cf' 0 = sign ( A f) *cf0,当 Af >0 时,sign (A f) =1，当 Af <0 时,sign (A f) =-I，cf0为初始扰动量，k为反馈增益；判断所述频率扰动量Cf是否超出频率阈值范围，若判断结果为是，则电网出现孤岛。
2.根据权利要求I所述的正反馈主动频移偏移孤岛检测方法，其特征在于，按照以下方法确定符号函数sign(Af)以多个周期为ー组，记录电网公共点电压频率变化的方向，即Af的正负号，若Af > 0，电网公共点频率变化则记录为一次上升趋势，若Af < 0，则记录为一次下降趋势，然后比较该多个周期内上升趋势与下降趋势的次数，若上升趋势的次数大于下降趋势的次数， 则该多个周期公共点电压频率判为上升趋势，sign(Af) = I,反之则sign(Af) = -I。
3.根据权利要求I所述的正反馈主动频移偏移孤岛检测方法，其特征在于，按照以下方法确定符号函数sign(Af)若 Af > cf。，则 sign(Af) = 1，若 Af < -cf。，则 sign (Af) = -I,若 Af G [_cf0, cf。]，则sign(Af)与上次计算值保持一致。
全文摘要
本发明公开了一种改进型正反馈主动频率偏移孤岛检测法，其包括以下步骤检测电网公共点的当前频率，将当前频率与上次频率进行比较，获取电网公共点频率变化Δf；按照如下公式计算频率扰动量cfcf＝cf′0+kΔf，其中，cf′0＝sign(Δf)*cf0，当Δf≥0时，sign(Δf)＝1，当Δf＜0时，sign(Δf)＝-1，cf0为初始扰动量，k为反馈增益；判断频率扰动量cf是否超出频率阈值范围，若判断结果为是，则电网出现孤岛。
文档编号G01R31/08GK102608496SQ20121006942
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者唐挺, 梁京哲, 韦安 申请人:北京昆兰新能源技术有限公司