一种三相逆变器及其孤岛检测方法与流程

1.本技术涉及逆变器孤岛检测技术领域，特别涉及一种三相逆变器及其孤岛检测方法。


背景技术：

2.在如图1所示的光伏并网发电系统中，若电网侧出现掉电情况且逆变器负载与其输出相匹配，则逆变器处于正常发电状态，这一现象被称为孤岛效应。光伏并网发电系统出现孤岛效应，将对敏感性负载、维修人员的人身安全均存在一定的威胁。为此，逆变器在运行过程中，需要对光伏并网发电系统中是否存在孤岛效应进行检测。
3.常用的孤岛效应检测方法有负序电流扰动法、无功功率扰动法等，其中常用的无功功率扰动法，是根据频率偏移，注入无功功率使频率偏移的更大，注入的无功越多频率的偏移也就越大，通过形成的这一正反馈，触发过频或者欠频保护，进而实现对于孤岛效应的检测。但是，由于其注入的无功功率是基于三相电压的锁相环获得的，所以当出现单相孤岛效应时，三相逆变器在孤岛瞬间并不会捕捉到频率变化，所以不会注入无功引起频率变化而保护，因此会存在检测失效现象；也即，对于三相逆变器的单相孤岛效应检测问题亟待解决。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种三相逆变器及其孤岛检测方法，以实现对于三相逆变器的单相孤岛效应检测。
5.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.本技术第一方面提供了一种三相逆变器的孤岛检测方法，包括：
7.获取三相逆变器的交流侧各相频率；
8.采用所述各相频率中的任一相频率，作为扰动频率；
9.以所述扰动频率进行无功功率扰动；
10.判断是否发生孤岛效应。
11.可选的，判断是否发生孤岛效应，包括：
12.根据扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率，判断是否触发过频保护或者欠频保护；
13.若触发所述过频保护或者所述欠频保护，则判定发生孤岛效应。
14.可选的，根据扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率，判断是否触发过频保护或者欠频保护，包括：
15.判断所述各相当前频率中的最大值是否触发所述过频保护；
16.以及，
17.判断所述各相当前频率中的最小值是否触发所述欠频保护。
18.可选的，判断是否发生孤岛效应，包括：
19.判断扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率两两之间的差值是否超过预设阈值；
20.若任一差值超过所述预设阈值，则判定发生孤岛效应。
21.可选的，所述预设阈值为0.2hz。
22.可选的，判断是否发生孤岛效应，包括：
23.分别判断扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率是否连续向同一方向发生变化；
24.若任一相当前频率连续向同一方向发生变化，则判定发生孤岛效应。
25.可选的，判断是否发生孤岛效应，包括以下至少两种：
26.根据扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率，判断是否触发过频保护或者欠频保护；若触发所述过频保护或者所述欠频保护，则判定发生孤岛效应；
27.判断扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率两两之间的差值是否超过预设阈值；若任一差值超过所述预设阈值，则判定发生孤岛效应；
28.以及，
29.分别判断扰动后所述三相逆变器的交流侧各相当前频率是否连续向同一方向发生变化；若任一相当前频率连续向同一方向发生变化，则判定发生孤岛效应。
30.可选的，采用所述各相频率中的任一相频率，作为扰动频率，包括：
31.确定所述各相频率中与额定频率之间偏差最大的一相频率，作为所述扰动频率。
32.可选的，获取三相逆变器的交流侧各相频率，包括：
33.对所述三相逆变器的交流侧各相分别通过锁相环或者锁频环，得到对应相的频率；
34.或者，
35.基于硬件进行频率捕获，得到所述各相频率。
36.本技术第二方面提供了一种三相逆变器，其包括：三相逆变电路和控制器；
37.所述三相逆变电路受控于所述控制器；
38.所述控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的三相逆变器的孤岛检测方法。
39.本技术提供的三相逆变器的孤岛检测方法，其通过获取三相逆变器的交流侧各相频率，采用各相频率中的任一相频率，作为扰动频率；再以扰动频率进行无功功率扰动，进而可以根据扰动后三相逆变器的交流侧各相当前频率，判断是否发生孤岛效应。也即，本技术通过对三相逆变器的交流侧各相分别单独进行频率计算，确保可以捕获到包括单相孤岛在内的孤岛瞬间的频率变化，进行无功扰动后将可以触发保护，进而实现对于孤岛效应的检测。
附图说明
40.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。
41.图1为现有技术提供的光伏并网发电系统的结构示意图；
42.图2为本技术实施例提供的三相逆变器的孤岛检测方法的流程图；
43.图3为本技术实施例提供的三相逆变器的孤岛检测方法的一种具体流程图；
44.图4为本技术实施例提供的三相逆变器的孤岛检测方法的另外一种具体流程图；
45.图5为本技术实施例提供的三相逆变器的结构示意图；
46.图6为本技术实施例提供的三相逆变器的另一应用场景示意图。
具体实施方式
47.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。
48.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
49.本技术提供一种三相逆变器的孤岛检测方法，以实现对于三相逆变器的单相孤岛效应检测。
50.如图2所示，该三相逆变器的孤岛检测方法，包括：
51.s101、获取三相逆变器的交流侧各相频率。
52.该步骤s101具体可以是图3中所示的s201或s202，视其具体应用环境择一而用即可，均在本技术的保护范围内。其中：
53.s201、对三相逆变器的交流侧各相分别通过软件算法，得到对应相的频率。
54.该软件算法具体可以是单相锁相环，也可以是单相锁频环，能够得到该相的频率即可，均在本技术的保护范围内。
55.s202、基于硬件进行频率捕获，得到各相频率。
56.该硬件具体可以是指dsp(digital signal processing，数字信号处理器)的ecap口，此处仅为一种示例，并不仅限于此。
57.也即，实际应用中，该步骤s101具体可以是：利用软件算法或者硬件，获得三相逆变器的交流侧u、v、w三相的各相频率，并依次记为fu、fv、fw；然后执行步骤s102。
58.s102、采用各相频率中的任一相频率，作为扰动频率。
59.区别于现有技术中基于三相锁相环得到的频率，本实施例采用步骤s101得到的三相频率fu、fv、fw中的任一相频率，作为扰动频率；若出现三相或单相的孤岛效应，该三相逆变器交流侧的各相频率都会出现相应的变化，此时，以其任一相频率作为扰动频率，都能够通过无功功率扰动使各相频率偏移的更大，进而形成正反馈，触发过频或者欠频保护。
60.s103、以扰动频率进行无功功率扰动。
61.该无功功率扰动的具体执行过程可以参见现有技术，此处不再赘述。
62.s104、判断是否发生孤岛效应。
63.若出现三相或单相的孤岛效应，则通过步骤s103的无功功率扰动过程，会使得三
相逆变器的交流侧各相频率均产生更大的偏移；形成正反馈之后，若引起三相逆变器的过欠频保护，即可确定发生了孤岛效应，进而实现对于孤岛效应的检测。
64.实际应用中，该过欠频保护可以与现有技术中的过欠频保护相同，即采用基于三相电压的锁相环或者锁频环得到的频率进行过欠频保护；或者，也可以采用下述实施例中所提供的判据，此处不做限定，均在本技术的保护范围内。
65.本实施例提供的该三相逆变器的孤岛检测方法，通过对三相逆变器的交流侧各相分别单独进行频率计算，确保可以捕获到包括单相孤岛在内的孤岛瞬间的频率变化，进行无功扰动后将可以触发保护，进而实现对于孤岛效应的检测，避免了现有技术中三相逆变器对于单相孤岛检测失效的问题。
66.在上一实施例的基础之上，优选的，该三相逆变器的孤岛检测方法，其步骤s102，具体可以是图3中所示的：确定各相频率中与额定频率之间偏差最大的一相频率，作为扰动频率。
67.若各相的额定频率为fo，则该步骤s102是，通过计算|f
i-fo|，i∈(u，v，w)，获取步骤s101中的三相频率fu、fv、fw中偏离额定频率fo最大的一相频率，并将其作为扰动频率f
x
；进而通过步骤s103以该扰动频率f
x
进行无功功率扰动，会形成更快速的正反馈，以更快速的触发过欠频保护。
68.另外，该三相逆变器的孤岛检测方法，其步骤s104可以采用比现有技术中更为优选的实现形式，比如下述三种实现形式：
69.(1)该步骤s104可以包括图4中所示的：
70.s301、根据扰动后三相逆变器的交流侧各相当前频率，判断是否触发过频保护或者欠频保护。
71.该步骤s301具体可以是：判断各相当前频率中的最大值是否触发过频保护，以及，各相当前频率中的最小值是否触发欠频保护。
72.即，对三个单相锁相环或单相锁频环计算出来的当前频率(仍以fu、fv、fw表示)，对其中的最大值max(fu、fv、fw)进行过频保护，而对其中的最小值min(fu、fv、fw)进行欠频保护；相比于现有技术中采用基于三相电压的锁相环或者锁频环得到的频率进行过欠频保护的方案，本方案能够更快的触发过欠频保护，进而更快的实现孤岛检测。
73.若触发过频保护或者欠频保护，则判定发生孤岛效应。
74.(2)该步骤s104也可以采用另一种实现形式，比如图4中所示的：
75.s302、判断扰动后三相逆变器的交流侧各相当前频率两两之间的差值是否超过预设阈值。
76.该各相当前频率两两之间的差值，也即同一时刻的相间频率差|fm-fn|，其中m、n∈(u，v，w)且m≠n；判断其是否超过预设阈值ferr，该预设阈值ferr具体可以是0.2hz，但并不仅限于此，该预设阈值ferr越小则保护越快，实际应用中可以根据国家标准确定具体的保护时间，进而选择合适的预设阈值ferr取值。若任一差值超过该预设阈值ferr，则判定发生孤岛效应。
77.正常情况下，三相逆变器交流侧三相电压的频率都是一样的，但单相孤岛时可能不一样；所以，步骤s302利用这一特征，既可以实现孤岛保护，也可以更快的保护，满足标准要求。
78.(3)该步骤s104还可以采用图4中所示的：
79.s303、分别判断扰动后三相逆变器的交流侧各相当前频率是否连续向同一方向发生变化。
80.每次执行步骤s103之后，三相逆变器都可以通过相应的单相锁相环或单相锁频环，重新计算交流侧各相的当前频率；并根据多次的计算结果，确定每一相的当前频率是否一直在向一个方向连续变化；若任一相当前频率连续向同一方向发生变化，则可以及时判定发生孤岛效应，而不必等到触发过欠频保护或者相间频率差超过预设阈值。
81.值得说明的是，该步骤s104可以包括步骤s301、s302及s303中的任意一种；实际应用中，该步骤s104可以包括步骤s301、s302及s303中的至少两种，图4中以其同时包括三者为例进行展示，此时，发生其中任意一种时，即可判定存在孤岛效应，进而进行孤岛保护；视其具体应用环境而定即可，均在本技术的保护范围内。
82.本实施例提供的该三相逆变器的孤岛检测方法，可以通过软件算法或者基于硬件ecap口频率捕获依次计算三相逆变器的交流侧u、v、w各相频率；并进一步获得偏离额定频率fo最大的相频率；以偏离额定功率fo最大的相频率为扰动频率f
x
，进行无功功率扰动；最后，以无功功率扰动结果结合过欠频保护、相间频率差及频率变化方向等判据，判断是否发生单相孤岛效应，解决了现有常规无功功率扰动法在三相逆变器中存在的单相孤岛检测失效的问题。
83.本技术另一实施例还提供了另外一种三相逆变器，其如图5所示，包括：三相逆变电路101和控制器102；其中：
84.该三相逆变电路101受控于控制器102；实际应用中，该控制器102具体是通过相应的传感器获取该三相逆变电路101直流侧、交流侧的电压、电流，并通过合适的驱动电路实现对于该三相逆变电路101中各开关管的通断控制；具体结构及原理可以参见现有技术，此处不再赘述。
85.与现有技术不同的是，该控制器102用于执行如上述任一实施例所述的三相逆变器的孤岛检测方法；该孤岛检测方法的执行过程和原理参见上述实施例即可，此处也不再赘述。
86.该三相逆变器，通过对三相逆变器的交流侧各相分别单独进行频率计算，确保可以捕获到包括单相孤岛在内的孤岛瞬间的频率变化，进行无功扰动后将可以触发保护，进而实现对于孤岛效应的检测，避免了现有技术中三相逆变器对于单相孤岛检测失效的问题。
87.而且，为了更快速的检测出孤岛效应，可以采用上述实施例中所述的与额定频率之间偏差最大的一相频率作为扰动频率，也可以用扰动后的当前频率中的最大值进行过频保护、最小值进行欠频保护，还可以用相间频率差超过预设阈值来作为孤岛效应检测判据之一，也可以用当前频率连续向同一方向发生变化来作为孤岛效应检测判据之一。
88.值得说明的是，该三相逆变器可以是图1中所示的pv阵列后级的逆变器，也可以是图6中所示的直流侧还连接有储能系统的三相光储逆变器，均在本技术的保护范围内；其交流侧通过变压器连接电网，其交流侧可以带负载运行，进而通过上述孤岛检测方法，可以实现对于包括单相孤岛在内的孤岛检测。
89.本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说
明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
90.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
91.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。