一种光伏并网逆变器孤岛检测方法与流程

本发明涉及一种光伏并网逆变器，尤其涉及一种光伏并网逆变器孤岛检测方法。

背景技术：

随着地球环境污染的加剧和常规能源的逐渐枯竭，新能源的开发利用成为当前的研究热点。光伏发电(Photovoltaic, PV)作为其中一种重要的发电形式，仍存在三大主要难题：最大功率跟踪控制、并网技术和孤岛检测。孤岛效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，分布式发电(Distributed Generation, DG)系统未能检测出停电状态而脱离电网，仍然向周围负载提供电能，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛。DG 孤岛运行时可能会给用户设备带来安全隐患，同时非计划孤岛运行对检修人员的人身安全也会构成潜在威胁，快速有效地检测孤岛运行状态并采取合理的控制策略，有利于提高供电可靠性和分布式电源的利用效率。

目前，孤岛检测主要可分为基于通信的孤岛检测方法和基于本地信息的孤岛检测方法。基于通信的孤岛检测方法通过无线或有线通信传输断路器的状态信息，进而判断是否孤岛。本地孤岛检测方法可大致分为被动式孤岛检测和主动式孤岛检测。其中，被动式检测方法主要利用孤岛时分布式电源与电网公共连接点(Point of Common Coupling, PCC)的电压、相位、频率、谐波含量来检测孤岛，被动式检测法不需增加额外硬件电路，对负荷不会造成冲击，缺点是存在较大的检测盲区(Non-Detection)，与负荷功率匹配时，电压、频率维持在正常运行范围内，基于OUV 和OUF 的孤岛检测方法可能失效。主动式检测法则是在DG 并网运行时定期向公共连接点注入扰动信号来判断孤岛是否发生。电网正常运行时由于电网锁相环的平衡作用，该扰动不会被检测到，孤岛时逆变器的这些注入扰动将会累积，超出设定的范围时便会触发孤岛检测电路检测到孤岛发生。主动式孤岛检测法也主要是基于电压偏移、频率偏移和相位偏移原理，其优点是检测盲区小，缺点是在分布式电源并网运行时会给电网造成一定扰动。

技术实现要素：

为了克服主动式孤岛检测方法对电网扰动、抗干扰性、检测速度方面的难题，本发明提出一种光伏并网逆变器孤岛检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提出了一种通过并网逆变器注入负序电流并检测公共连接点电压不平衡度的快速孤岛检测方法。通过合理投切负序电流注入降低了对电网的干扰，不受电网不对称故障的影响且无检测盲区。

一种光伏并网逆变器孤岛检测方法包括孤岛检测、负序电流注入和电压谐波畸变率孤岛检测启动三个部分。

所述孤岛检测后通过逆变器将直流电转换为交流电并网，PV 并网时采取单位功率因数电流控制。

所述负序电流注入通过给定不同的正序电流和负序电流控制注入PCC正序、负序电流的大小。

所述电压谐波畸变率孤岛检测启动通过检测公共连接点电压的总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)来判断是否出现孤岛。

本发明的有益效果是：本发明提出一种基于电压谐波畸变率和电压不平衡度的负序电流注入式孤岛检测方法，其在电网正常运行情况下不注入负序电流，而在电网异常情况下注入负序电流，与其他主动式孤岛检测方法相比具有对电网扰动小、抗干扰性强、孤岛检测速度快的特点。在PV功率与负荷功率匹配、电网电压电网频率都在规定的正常运行范围内的不利情况下仍能快速、有效地检测出孤岛。该方法为孤岛时分布式电源能够快速退出运行，或使分布式电源由并网运行转入孤岛运行控制方式改变提供了参考。

附图说明

图1 孤岛检测原理图。

图2 负序电流注入原理。

图3 孤岛检测流程。

具体实施方案

将电压谐波畸变率作为“启动判据”，用于启动负序电流的注入，当VCC的THD小于给定定值时不注入负序电流；当电压THD 大于给定定值时注入负序电流，且通过检测PCC处电压不平衡度是否大于设置的定值判定孤岛状态。

图1中，R、Lf为逆变器交流侧滤波器的电阻和电感，Rs、Ls为主电网等效电阻和电感，负荷模型可以等效为RLC 并联。光伏逆变器输出的三相电流。光伏电池阵列发出的电能经DC/DC变换使变换后的直流电压满足并网要求，DC/DC 变换中采取基于电导增量法的最大功率跟踪控制策略。最后通过逆变器将直流电转换为交流电并网，PV并网时采取单位功率因数电流控制。

图2中，进行电流控制时给定的三相参考电流，逆变器的输出电流跟踪给定电流，通过给定不同的正序电流和负序电流，可以控制注入 PCC正序、负序电流的大小，C为给定正序电流幅值与给定负序电流幅值的比值。并网逆变器输出与电网在PCC相连，开关K的开合状态反映了孤岛的发生，公共连接点的三相电压，其中包括各次谐波分量，基波正序、负序和零序分量。通过测量光伏电池组件的输出电压和输出电流实时计算其输出功率，忽略逆变器功率损耗时交流侧的功率和直流侧功率相等。其中， AC U 为交流侧额定电压，给定电流波形有效值。

图3中，当发生不对称短路时，只在故障瞬间和故障切除瞬间电压谐波畸变率很高，经过很短的时间谐波畸变率会降到很低，即其衰减时间常数通常很小，因此方法中，采用当电压谐波畸变率达到设定的定值时，向逆变器控制电路电流给定值加入负序分量，当PCC电压不平衡度和总谐波畸变率超过各自孤岛检测定值的时间大于设定的延时定值即判孤岛发生，此延时既要保证电网扰动时不能误判为孤岛，保证孤岛检测的可靠性不发生误判。