三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于并网逆变器控制方法技术领域，具体涉及一种三相光伏并网逆变器的 正弦低频相位扰动的孤岛检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着太阳能发电技术的飞速发展，越来越多的光伏系统并联到公共电网上，当电 网正常时，由光伏系统与公共电网共同给负载供电；电网断开后，仅由光伏系统给负载供 电，因此对电网的安全与稳定运行提出了更高的要求，进而必须要解决的问题就是并网逆 变器的孤岛检测。
[0003] 孤岛效应可能会对电路检修人员和用电设备造成严重危害，所以研宄孤岛检测具 有重要的意义。目前，孤岛检测的方法主要有被动式检测法和主动式检测法两大类。被动 式检测法主要有：过/欠电压与过/欠频率检测方法、电压相位突变检测方法和电压谐波检 测法等。它的特点是检测方法实现简单，不需加扰动，但存在较大的检测盲区。主动式检测 法主要有：主动频率偏移法、滑模频率偏移法和频率正反馈扰动法等。它的特点是在逆变器 的并网输出电流中引入了扰动量，以及在特定条件下也存在检测盲区。伴随着国内外多个 大型光伏并网电站的建立以及电力电子学科的不断发展，研宄三相光伏并网逆变器的孤岛 检测方法也具有很大的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测 方法，该方法具有无检测盲区及并网电流畸变小的特点。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检 测方法，具体按照以下步骤实施：
[0006] 步骤1、确定三相光伏并网系统的理想并网电压％、叫和U
[0007] 步骤2、根据步骤1得到的三相并网电压，经过坐标变换得到d、q轴电压叫和u ,， 系统基于电网电压定向时，同步旋转坐标系的d轴与电网电压矢量E重合；
[0008] 步骤3、当逆变器单位功率因数并网时，基于电网电压定向的并网逆变器输出电流 矢量1:与电网电压矢量E重合；当给逆变器输出电流施加一个按正弦规律变化的低频相位 扰动△ Θ时，带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I相对于电网电压E以△ Θ前后摆 动，从而确定带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I ;
[0009] 步骤4、根据步骤3得到的带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I，确定并网逆 变器输出电流指令i/和i/;
[0010] 步骤5、实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f ;
[0011] 步骤6、结合步骤4获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数 Q的取值，确定孤岛检测的判断规则；
[0012] 步骤7、根据步骤5得到的电压频率f，并结合经步骤6得到的孤岛检测的判断规 贝1J，进行孤岛效应判定。
[0013] 本发明的特点还在于，
[0014] 步骤1中并网电压uA、UjPu。具体按照以下算法实施：
【主权项】
1. 三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其特征在于，具体按照 以下步骤实施： 步骤1、确定三相光伏并网系统的理想并网电压UA、叫和U 步骤2、根据步骤1得到的三相并网电压，经过坐标变换得到d、q轴电压叫和u ,，系统 基于电网电压定向时，同步旋转坐标系的d轴与电网电压矢量E重合； 步骤3、当逆变器单位功率因数并网时，基于电网电压定向的并网逆变器输出电流矢量 1占电网电压矢量E重合；当给逆变器输出电流施加一个按正弦规律变化的低频相位扰动 △ Θ时，带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I相对于电网电压E以△ Θ前后摆动，从 而确定带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I ; 步骤4、根据步骤3得到的带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I，确定并网逆变器 输出电流指令i/和i Λ 步骤5、实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f ; 步骤6、结合步骤4获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数Q的 取值，确定孤岛检测的判断规则； 步骤7、根据步骤5得到的电压频率f，并结合经步骤6得到的孤岛检测的判断规则，进 行孤岛效应判定。
2. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤1中并网电压uA、叫和u。具体按照以下算法实施：
其中，Um是并网电压的峰值，为市电频率。
3. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤2具体为：将步骤1得到的并网电压u A、％和u。经过Clarke变换得到 α、β轴电压uα和u ρ，具体按照以下算法实施：
再将得到的u α和u e进行Park变换得到d、q轴电压u ,和u ,，具体按照以下算法实施：
；? 中，= arctan -.....L。 '、 iiU
4. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤3具体为：当逆变器输出电流中不加扰动时，基于电网电压定向的并网 逆变器输出电流矢量1:与电网电压矢量E重合，电流矢量I 1具体按照以下算法实施：
其中，Im是并网电流指令的峰值，f i为市电频率； 当给逆变器输出电流施加一个以正弦规律变化的低频相位扰动△ Θ时，把相角扰动 的频率f2和扰动的最大相移角θ π这两个正弦低频相位扰动的参数添加到得到的并网电流 矢量^中，此时令：Δ Θ = 0mSin2 3Tf2t，得到带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I，具 体按照以下算法实施：
其中，Im是并网电流指令的峰值，为市电频率，f2是相角扰动的频率，Θ m是扰动的最 大相移角；2 π f\t+ Θ π f2t为相角表达式。
5. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤4具体为： 步骤4. 1、确定相角扰动频率f2和最大相位扰动角Θ m的值，相角扰动频率f2= Mlz， 最大相移角θ >"= π /15 ; 步骤4. 2、将步骤4. 1得到的相角扰动频率f2= 5Hz，最大相移角Θ m= π /15代入经 步骤3得到的带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I表达式中，得到下式：
步骤4. 3、把步骤4. 2得到的带相位扰动的并网逆变器输出电流矢量I投影到d、q轴， 得到逆变器输出电流指令i/和i (:值，具体按照以下算法实施：
其中，Im是并网电流指令的峰值。
6. 如权利要求5所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法， 其特征在于，所述步骤4. 1具体按照以下步骤实施： 步骤4. 1. 1、对经步骤3得到的并网电流表达式中的相角表达式2 π fj+ Θ msin2 π f2t 求导，得到电流的瞬时角频率表达式，具体按照以下算法实施：
步骤4. 1. 2、根据步骤4. I. 1得到的电流的瞬时角频率表达式，得到电流瞬时频率发生 周期性的偏移，电流的最大频率偏移量具体按照以下算法实施： Aflmax= 9 mf2 步骤4. I. 3、断网后，光伏并网系统和电网的公共连接点的电压频率随着电流频率的变 化而变化，若检测到电压频率的频率偏移量超出国家规定的-0. 5Hz~+0. 5Hz的阈值范围， 就判断发生了孤岛现象； 步骤4. 1. 4、设置逆变器输出电流的最大频率偏移量为国家标准规定的频率偏移量的 两倍，即0mf2= 1Hz，此时在Aflmax= Θ mf2彡IHz的区域即为孤岛现象发生后能可靠的检 测到孤岛效应发生的区域； 步骤4. 1. 5、在保证能检测出孤岛效应的前提下，综合考虑功率因数、电流谐波畸变率， 确定相角扰动的频率4为5Hz，最大相移角Θ ji/15。
7. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤5具体按照以下方法实施： 利用电压传感器实时采样检测光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压，以电压的 向上过零点时刻或向下过零点时刻为时间计算节点，利用控制芯片STM32F103ZET6内的定 时器实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处电压的周期T，进而对周期T求倒数得 到光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f，具体算法如下： T = 一个完整的工频周期内定时器的计数值/fT / =丄 T 其中，fT是定时器的频率。
8. 如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤6具体按照以下方法实施： 根据步骤4确定的并网逆变器输出电流指令，若孤岛效应发生，光伏并网系统和电网 的公共连接点处的电压频率会出现连续多次超过50. 5Hz或者低于49. 5Hz的现象； 针对本地负载是谐振在50Hz品质因数Q为2. 5的RLC并联负载，仿真确定了 Θ ^^在 不同参数组合下负载电压频率，即光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率在相角 扰动的频率f2半周期内连续超过50. 5Hz或者低于49. 5Hz的次数N有如下关系，具体关系 如下； θ^= π/25, f2= 2 时，N = O; θ^= π/25, f2= 5 时，N= 2; θ^= π/25, f2= 10 时，N = 2; 9m= Ji/18，f2=2 时，N = 0; 9111=：11/18，;1；'2=5时』=4; 9m=Ji/18，f2=l(^t，N=2; 9m= Ji/15，f2=2 时，N = 0; 9m= Ji/15，f2=5 时，N = 4; 9m=Ji/15，f2=l(^t，N=2; 9111=：11/1〇，；|；'2=2时』=6; 9111=：11/1〇，；|；'2=5时』=4; 9m=Ji/l〇，f2=l(^t，N=2; 综合上述规律，采取如下孤岛检测的判断规则： 当N多3时，若检测到连续N-I个超频周期时，认为发生了孤岛效应； 当N < 2时，若连续在相角扰动频率f2的两个或更多半周期内均检测到至少一个超频 周期，认为发生了孤岛效应。
9.如权利要求1所述的三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，其 特征在于，所述步骤7具体按照以下方法实施： 步骤7. 1、根据步骤6确定的判断规则，设定一个变量num来记录光伏并网系统和电网 的公共连接点处电压频率f连续超频的次数，num的初始值设为O ; 步骤7. 2、判断经步骤5得到的电压频率f是否超出频率阈值范围49. 5Hz~50. 5Hz ; 若超出频率阈值范围，则num值加1，否则将num清零； 再根据步骤6确定的判断规则： 在N彡3的情况下，若出现num = 2即认为发生了孤岛效应；在N彡2的情况下，在f2 的每半个周期内都有num = 1出现，即认为发生了孤岛效应。
【专利摘要】本发明公开了三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，给带相位扰动的逆变器输出电流矢量I和电网电压矢量E之间施加一个以正弦规律变化的低频相位扰动Δθ来检测孤岛现象，当正常并网时，检测到的公共连接点电压为电网电压；当电网断开以后，公共连接点的电压由逆变器输出电流和本地负载共同决定，电压频率会随着逆变器输出电流频率变化而变化，从而超出频率所规定的范围，检测出孤岛现象。本发明三相光伏并网逆变器的正弦低频相位扰动的孤岛检测方法，无需增加硬件，与传统的主动式检测方法相比具有无检测盲区的优点，因为施加的扰动是周期性变化的，与传统的固定扰动频率检测法相比具有并网电流畸变小的优点。
【IPC分类】G01R31-00
【公开号】CN104635077
【申请号】CN201510012746
【发明人】陈增禄, 高洁, 管瑞欣, 王宁, 孟新新
【申请人】西安工程大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月9日