一种孤岛检测方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种孤岛检测方法和装置，通过同时检测一个检测周期内采集的逆变器并网点的电压相位突变情况和电压频率突变情况，当判断出电压相位突变值大于第一阈值且频率突变值大于第二阈值时，才确定发生孤岛，提高了抗干扰能力，减小了检测盲区，从而提高了孤岛检测准确性。
【专利说明】一种孤岛检测方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏并网发电系统的应用领域，更具体地说，涉及一种孤岛检测方法 和装置。
【背景技术】
[0002] 目前，光伏发电技术已经成为全球增长速度最快的高新技术产业之一。光伏并网 系统通过逆变器直接将直流电变换成交流电送至电网，需要有各种完善的保护措施，在实 际应用中，除了通常的电流、电压和频率检测保护外，还需要考虑一种特殊的故障状态，即 孤岛效应。
[0003] 其中，孤岛效应是指电网由于电气故障、人为或者自然等原因中断供电时，光伏并 网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，使该系统和周围的负载组成一个不受电力公 司掌控的自给供电孤岛的情况，具体到目前常用的太阳能并网系统中，若其处于孤岛运行 状态时会对整个配电系统设备以及用户端的设备造成非常不利的影响，因而，为了保证该 系统中并网逆变器的安全可靠运行，亟需快速且有效检测出孤岛以避免所带来的危害。
[0004] 为了避免孤岛运行状态所带来的危害，现有技术中常用的孤岛检测方法，是通过 检测电压的电气特性，包括电压幅值、频率、相位、谐波畸变率等，来分析并判断是否发生孤 岛效应，但是，这种方法存在较大检测盲区，且抗干扰能力差，很容易导致误动作，影响了孤 岛检测的准确性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供了一种孤岛检测方法和装置，解决了现有的孤岛检测方法 存在较大检测盲区，且抗干扰能力差，容易导致误动作，从而影响孤岛检测准确性的技术问 题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种孤岛检测方法，所述方法包括：
[0008] 实时采集逆变器并网点的电压信号和频率信号；
[0009] 根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内所述并网点的电压相 位突变值；
[0010] 对所述频率信号进行平滑滤波处理，并计算出每个采样周期内所述并网点的电压 频率突变值；
[0011] 当判断出所述电压相位突变值大于第一阈值且所述电压频率突变值大于第二阈 值时，确定发生孤岛。
[0012] 优选的，所述根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内所述并 网点的电压相位突变值包括：
[0013] 当所述电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位角，并根据所述电压 信号计算每个采样周期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角；
[0014] 计算所述标准给定相位角和所述反馈相位角之差，并根据所得差值确定每个采样 周期内所述并网点的电压相位突变值。
[0015] 优选的，所述根据所得差值确定每个采样周期内所述并网点的相位突变值具体包 括：
[0016] 对所得差值进行上下限处理，得到第一相位角；
[0017] 对所述第一相位角进行平均值滤波运算，将运算结果作为电压相位突变值。
[0018] 优选的，当得到所述第一相位角后，所述方法还包括：对所述第一相位角进行滑动 平均处理；
[0019] 判断所述滑动平均处理的结果是否大于第三阈值；
[0020] 如果是，则保持上一采样周期的角度步长不变，累加计算出当前采样周期的标准 给定相位角；
[0021] 如果否，则更新当前采样周期的角度步长，并依据所述当前采样周期的角度步长， 累加计算出当前采样周期的标准给定相位角。
[0022] 优选的，所述根据所述电压信号计算每个采样周期的与所述标准给定相位角同步 的反馈相位角具体包括：
[0023] 对所述电压信号进行clarke坐标变换，得到所述并网点电压在两相静止坐标系 的α轴分量和β轴分量；
[0024] 对所述并网点电压在两相静止坐标系的β轴分量和α轴分量之比进行反正切运 算，确定第二相位角；
[0025] 对所述第二相位角进行补偿校正，得到与所述标准给定相位角同步的反馈相位 角。
[0026] 优选的，所述对所述频率信号进行平滑滤波处理，并计算出频率突变值，包括；
[0027] 对采集的与当前频率信号相邻的第一预设数量的频率信号进行滑动平均处理，得 到与所述当前频率信号对应的滑动平均信号；
[0028] 计算所述当前频率信号和所述滑动平均信号之差，得到每个采样周期内所述并网 点的电压频率突变值。
[0029] 优选的，所述对计算所得所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值进行上下 限处理，得到第一相位角具体包括：
[0030] 判断所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值是否大于第四阈值；
[0031] 如果大于，则将计算出的所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值与所述第 四阈值之差作为第一相位角；
[0032] 如果小于，则将计算出的所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值与所述第 四阈值之和作为第一相位角。
[0033] 一种孤岛检测装置，所述装置包括：
[0034] 采集模块，用于实时采集逆变器并网点的电压信号和频率信号；
[0035] 第一计算模块，用于根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内 所述并网点的电压相位突变值；
[0036] 第二计算模块，用于对所述频率信号进行平滑滤波处理，并计算出每个采样周期 内所述并网点的电压频率突变值；
[0037] 第一判断模块，用于当判断出所述电压相位突变值大于第一阈值且所述电压频率 突变值大于第二阈值时，确定发生孤岛。
[0038] 优选的，所述第一计算模块包括：
[0039] 第三计算模块，用于当所述电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位 角，并根据所述电压信号计算每个采样周期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角；
[0040] 第四计算模块，用于计算所述标准给定相位角和所述反馈相位角之差，并根据所 得差值确定每个采样周期内所述并网点的电压相位突变值。
[0041] 优选的，所述第二计算模块包括：
[0042] 第一滑动平均处理模块，用于对采集的与当前频率信号相邻的第一预设数量的频 率信号进行滑动平均处理，得到与所述当前频率信号对应的滑动平均信号；
[0043] 第五计算模块，用于计算所述当前频率信号和所述滑动平均信号之差，得到每个 采样周期内所述并网点的电压频率突变值。
[0044] 从上述的技术方案可以看出，本发明通过同时检测一个检测周期内采集的逆变器 并网点的电压相位突变情况和电压频率突变情况，当判断出电压相位突变值大于第一阈值 且频率突变值大于第二阈值时，才确定发生孤岛，提高了抗干扰能力，减小了检测盲区，从 而提高了孤岛检测准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 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 提供的附图获得其他的附图。
[0046] 图1为本发明一种孤岛检测方法的流程图；
[0047] 图2为本发明另一种孤岛检测方法的流程图；
[0048] 图3为本发明又一种孤岛检测方法的流程图
[0049] 图4为本发明一种孤岛检测装置的结构示意图；
[0050] 图5为本发明另一种孤岛检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0051] 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做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。
[0052] 本发明通过同时检测一个检测周期内采集的逆变器并网点的电压相位突变情况 和电压频率突变情况，当判断出电压相位突变值大于第一阈值且频率突变值大于第二阈值 时，才确定发生孤岛，提高了抗干扰能力，减小了检测盲区，从而提高了孤岛检测准确性。
[0053] 实施例一：
[0054] 如图1所示，为本发明一种孤岛检测方法的流程图，该方法可包括以下步骤：
[0055] 步骤S110 :实时采集逆变器并网点的电压信号和频率信号。
[0056] 在实际应用中，可利用DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理）对太阳 能发电并网系统中的逆变器并网点的三相电压和频率进行实时采集。
[0057] 步骤S120 :根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内所述并网 点的电压相位突变值。
[0058] 本发明实施例中，步骤S120具体可以包括：
[0059] 步骤S121 :当采集的电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位角，并 根据该电压信号计算每个采样周期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角。
[0060] 步骤S122 :计算标准给定相位角和反馈相位角之差，并根据所得差值确定每个采 样周期内所述并网点的电压相位突变值。
[0061] 本发明实施例中，在得到标准给定相位角和反馈相位角的差值后，可先对其进行 上下限处理，得到第一相位角后，再对其进行平均值滤波运算，所得结果即为每个采样周期 内所述并网点的电压相位突变值。
[0062] 其中，需要说明的是，对于上述电压相位突变值的计算还可以采用现有的电压相 位突变检测方法确定，本发明对此并不作限定。
[0063] 步骤S130 :对采集的频率信号进行平滑滤波处理，并计算出每个采样周期内所述 并网点的频率突变值。
[0064] 步骤S140 :当判断出电压相位突变值大于第一阈值且电压频率突变值大于第二 阈值时，确定发生孤岛。
[0065] 即本实施例中，当判断出仅电压相位突变值大于第一阈值或电压频率突变值大于 第二阈值时，系统不会直接判定发生孤岛，将进入下一检测周期继续检测，直至电压相位突 变值大于第一阈值且电压频率突变值大于第二阈值时，系统才会确定发生孤岛，并据此进 行后续处理。
[0066] 优选的，当确定发生孤岛时，为了提醒工作人员，此时还可以进行报警，从而停止 向孤立的电网供电，该停机控制过程属于本领域公知常识，本发明在此将不再详述。
[0067] 由上述分析可知，本发明实施例通过同时检测一个检测周期内采集的逆变器并网 点的电压相位突变情况和电压频率突变情况，当判断出电压相位突变值大于第一阈值且频 率突变值大于第二阈值时，才确定发生孤岛，提高了抗干扰能力，减小了检测盲区，从而提 高了孤岛检测准确性。
[0068] 实施例二：
[0069] 如图2所示，在上述实施例一的基础上，对于逆变器并网点的电压相位角突变情 况的检测过程可以包括：
[0070] 步骤S201 :当采集的电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位角。
[0071] 步骤S202 :对采集的电压信号进行clarke坐标变换，得到并网点电压在两相静止 坐标系的α轴分量和β轴分量。
[0072] 若将采集的逆变器并网点的三相电压信号记为Va、Vb、Vc，对其进行clarke坐标 变换，即根据下述公式（1)进行α β转换，得到并网点电压在两相静止坐标系的α轴分量 Va和β轴分量Ve。
[0073]
【权利要求】
1. 一种孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括： 实时采集逆变器并网点的电压信号和频率信号； 根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内所述并网点的电压相位突 变值； 对所述频率信号进行平滑滤波处理，并计算出每个采样周期内所述并网点的电压频率 突变值； 当判断出所述电压相位突变值大于第一阈值且所述电压频率突变值大于第二阈值时， 确定发生孤岛。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一预设规则和所述电压信号， 计算出每个采样周期内所述并网点的电压相位突变值包括： 当所述电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位角，并根据所述电压信号 计算每个采样周期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角； 计算所述标准给定相位角和所述反馈相位角之差，并根据所得差值确定每个采样周期 内所述并网点的电压相位突变值。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所得差值确定每个采样周期内 所述并网点的电压相位突变值具体包括： 对所得差值进行上下限处理，得到第一相位角； 对所述第一相位角进行平均值滤波运算，将运算结果作为电压相位突变值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当得到所述第一相位角后，所述方法还包 括： 对所述第一相位角进行滑动平均处理； 判断所述滑动平均处理的结果是否大于第三阈值； 如果是，则保持上一采样周期的角度步长不变，累加计算出当前采样周期的标准给定 相位角； 如果否，则更新当前采样周期的角度步长，并依据所述当前采样周期的角度步长，累加 计算出当前采样周期的标准给定相位角。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压信号计算每个采样周 期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角具体包括： 对所述电压信号进行clarke坐标变换，得到所述并网点电压在两相静止坐标系的α 轴分量和β轴分量； 对所述并网点电压在两相静止坐标系的β轴分量和α轴分量之比进行反正切运算， 确定第二相位角； 对所述第二相位角进行补偿校正，得到与所述标准给定相位角同步的反馈相位角。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述频率信号进行平滑 滤波处理，并计算出频率突变值，包括； 对采集的与当前频率信号相邻的第一预设数量的频率信号进行滑动平均处理，得到与 所述当前频率信号对应的滑动平均信号； 计算所述当前频率信号和所述滑动平均信号之差，得到每个采样周期内所述并网点的 电压频率突变值。
7. 根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，所述对计算所得所述标准给定 相位角和所述反馈相位角的差值进行上下限处理，得到第一相位角具体包括： 判断所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值是否大于第四阈值； 如果大于，则将计算出的所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值与所述第四阈 值之差作为第一相位角； 如果小于，则将计算出的所述标准给定相位角和所述反馈相位角的差值与所述第四阈 值之和作为第一相位角。
8. -种孤岛检测装置，其特征在于，所述装置包括： 采集模块，用于实时采集逆变器并网点的电压信号和频率信号； 第一计算模块，用于根据第一预设规则和所述电压信号，计算出每个采样周期内所述 并网点的电压相位突变值； 第二计算模块，用于对所述频率信号进行平滑滤波处理，并计算出每个采样周期内所 述并网点的电压频率突变值； 第一判断模块，用于当判断出所述电压相位突变值大于第一阈值且所述电压频率突变 值大于第二阈值时，确定发生孤岛。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括： 第三计算模块，用于当所述电压信号为过零点上升沿信号时，获取标准给定相位角，并 根据所述电压信号计算每个采样周期与所述标准给定相位角同步的反馈相位角； 第四计算模块，用于计算所述标准给定相位角和所述反馈相位角之差，并根据所得差 值确定每个采样周期内所述并网点的电压相位突变值。
10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括： 第一滑动平均处理模块，用于对采集的与当前频率信号相邻的第一预设数量的频率信 号进行滑动平均处理，得到与所述当前频率信号对应的滑动平均信号； 第五计算模块，用于计算所述当前频率信号和所述滑动平均信号之差，得到每个采样 周期内所述并网点的电压频率突变值。
【文档编号】G01R31/00GK104090195SQ201410374569
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】耿后来, 邢军, 徐清清, 杨本和, 李浩源, 梅晓东 申请人:阳光电源股份有限公司