一种基于相位扰动的分布式并网逆变器孤岛检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种孤岛检测系统。特别是涉及一种基于相位扰动的分布式并网逆变 器孤岛检测系统。
【背景技术】
[0002] 考虑到新型可再生能源清洁无污染及储量丰富等诸多强力优势，能源产业的结构 调整正在世界范围内广泛兴起。发展新型可再生替代能源，提高清洁电力供应，从长远考 虑，无论在技术提高、环境保护，还是在经济发展等方面都将会有实质性的促进意义。
[0003] 以太阳能、风能、生物质能等主导型可再生能源建立发展起来的分布式发电系统 旨在为用户提供优质、清洁、高效能的电力资源。分布式发电系统以其经济、高效等诸多优 势，业已在可再生电力能源产业中获得了新发展。分布式发电系统中的孤岛现象通常理解 为：当主电网因电气故障、检修或误操作等原因与分布式发电系统失联后，发电系统作为独 立电源将继续对本地负载供电，形成独立不可控的自给电力系统。按照孤岛检测标准UL 17417和IEEE Stdl547的相关规定，任何分布式并网发电系统必须具有孤岛检测功能，并 在规定时间内迅速完成检测，及时封锁逆变器。
[0004] 按照最新的划分标准，可将现有的孤岛检测方法大致分为主动式检测、被动式检 测和通信式检测三大类。被动式检测方法易于实现，同时不会侵害配电网的电能质量，但是 该方法中存在较大的孤岛检测盲区，从而严重影响了自身的检测精度；通信式检测方法虽 然拥有实时性强、稳定性高、对电能无侵害等突出优势，但是高成本所引起的低利润问题成 为自身无法被广泛使用的主要原因。与以上两种方法相比，主动式检测方法所具有的检测 精度高、可减小甚至消除检测盲区的优势更加适用于实际的工业应用。
[0005] 主动式检测方法通常采用对逆变器控制中的某个参量（如电流频率、电流相位、 电流幅值、电流谐波和电压等）施加扰动的措施，来观测公共耦合点（PCC)处的某些参量 变化，来判断是否发生孤岛。主动式检测方法的首要问题是扰动信号的选定。如果扰动信 号频率过高，则会放大本地负载品质因数的作用，导致孤岛难检；如果采用偶次谐波作为扰 动，又不得不面对偶次谐波难以消除的困扰。纵观与孤岛检测相关的大部分文献资料，很少 有学者结合电压同步技术提出相应的孤岛检测新方法。此类方法的关键在于如何保证施加 的扰动不会改变或影响同步提取信号中的电压过零点的位置。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种当分布式发电系统由并网运行转为孤岛 运行时，孤岛检测系统能够在尽可能短的时间内完成检测并及时封锁逆变器的基于相位扰 动的分布式并网逆变器孤岛检测系统。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种基于相位扰动的分布式并网逆变器孤岛检测系 统，用于控制单相分布式并网发电系统，包括有依次串联连接的：输入端分别连接直流母线 电压和设定的直流母线标准电压值的电压控制器、用于将电压控制器输出的并网电流的 基准幅值与单位化的并网基准电流相乘得到并网基准电流的乘法器、用于将乘法器输出的 并网基准电流与极性取负的实际的并网采样电流求和的加法器、电流控制器和对电流控制 器输出的信号进行脉冲宽度调制输出驱动单相分布式并网发电系统中的单相H桥逆变器 的四路触发脉冲信号的脉冲宽度调制发生器，还包括有，依次串联连接的：输入端连接单相 分布式并网发电系统公共耦合点的电压端，用于产生两相正交电压的正交信号发生器、用 于在正交信号发生器输出信号基础上获取电网相位角的同步锁相器、用于产生与并网电流 的基准幅值相乘的单位化的并网基准电流的相位扰动单元以及用于进行电压阈值判断的 基于跳跃Goertzel滤波器的阈值判断单元，其中，所述的相位扰动单元的输出连接乘法器 的输入端。
[0008] 所述的正交信号发生器包括有依次串接的第一加法器、第一放大器、第二加法器 以及第一积分器，其中，所述第一加法器的一个输入端作为正交信号发生器的输入端连接 单相分布式并网发电系统公共耦合点的电压端，第一积分器的输出分三路：第一路直接作 为正交信号发生器的第一输出端，第二路极性取负后与第一加法器的另一个输入端相连 接，第三路连接以及全通滤波器的输入端，所述全通滤波器的输出分两路：第一路直接作为 正交信号发生器的第二输出端，第二路极性取负后与第二加法器的另一个输入端相连接。
[0009] 所述的同步锁相器包括有：依次串接的第三加法器、第二放大器、第三乘法器、第 二积分器以及mod运算器，其中，所述mod运算器的输出端构成同步锁相器的输出端，用于 输出电网相位角，所述第三加法器的输入端分别连接第一乘法器和第二乘法器的输出端， 所述第一乘法器的一个输入端直接连接正交信号发生器的第一路输出端，第一乘法器的另 一个输入端通过第一二阶低通滤波器接连接正交信号发生器的第一路输出端，第二乘法器 的一个输入端直接连接正交信号发生器的第二路输出端，第二乘法器的另一个输入端通过 第二二阶低通滤波器接连接正交信号发生器的第二路输出端，所述第三乘法器的输入端还 连接电压补偿器的输出端，所述电压补偿器的输入端分别连接第一二阶低通滤波器的输出 端以及第二二阶低通滤波器的输出端。
[0010] 所述的相位扰动单元包括有依次串接的第三放大器、正弦运算器、第四放大器、第 四加法器和余弦运算器，其中，所述第三放大器的输入端和第四加法器的另一个输入端共 同连接同步锁相器的输出端，所述余弦运算器的输出端构成相位扰动单元的输出端连接所 述乘法器的一个输入端。
[0011] 所述的孤岛检测实现单元包括有依次连接的采样电路和跳跃Goertzel滤波器， 其中，所述的采样电路的输入端连接单相分布式并网发电系统公共耦合点的电压端，所述 跳跃Goertzel滤波器的输出电压作为单相分布式并网发电系统的检测电压，与已设定的 电压阈值进行对比，当输出电压大于等于设定的电压阈值时，脉冲宽度调制发生器不输出 四路触发脉冲信号，单相分布式并网发电系统中的单相H桥逆变器不工作，当输出电压小 于设定的电压阈值时，脉冲宽度调制发生器输出四路触发脉冲信号，单相分布式并网发电 系统中的单相H桥逆变器工作。
[0012] 所述的跳跃Goertzel滤波器包括有：依次串接的梳状滤波器、第五加法器、第五 放大器和第六加法器，其中，第五加法器的输出端又经过第一延迟单元后分成三路：第一 路通过第六放大器连接第五加法器的一个输入端，第二路通过第二延迟单元后再极性取 负连接第五加法器的另一个输入端，第三路直接极性取负后连接第六加法器的又一个输入 端，所述梳状滤波器的输入端连接采样电路的输出端，所述第六加法器的输出端构成跳跃 Goertzel滤波器的输出电压。
[0013] 所述的梳状滤波器包括有第七加法器，所述第七加法器的一个输入端直接连接采 样电路的输出端，第七加法器的另一个输入端通过第三延迟单元连接采样电路的输出端， 所述第七加法器的输出连接第五加法器的输入端。
[0014] 本发明的一种基于相位扰动的分布式并网逆变器孤岛检测系统，具备以下优势： 一个是孤岛检测的快速性，快速性的实现通常需要依托具有较少运算量的数据处理算法来 完成；另一个是应当保证方法自身的稳定性以及作为孤岛检测标准的可能性，同时该方法 也应该同时满足对电能质量合格率的要求，从而为分布式新能源并网发电系统的安全运行 提供重要的实际应用价值和理论指导意义。本发明具有如下技术效果：
[0015] (1)所采用的单相并网系统下的同步锁相器，能够快速实现从单相电网电压到两 相正交电压的构建，同时构建的两相正交电压之间由对各次谐波具有相同增益的全通滤波 器连接，因此含有相同的总谐波畸变率，这就消除两相正交电压中因谐波不平衡带来的锁 相精度问题。
[0016] (2)所采用的单相并网系统下的同步锁相器，能够快速准确地获取电网的相位信 息，同时该锁相器也具有对电网参数突变较强的鲁棒性和频率调整的快速性。
[0017] (3)所采用的相位扰动注入法，能够保证注入的相位扰动不会改变电网相位信息 中电压过零点的位置，这样就保证了分布式新能源并网发电系统在并网模式下能够以单位 功率因数运行。
[0018] (4)通过对相位扰动系数的合理选值，能够实现对并网电流总谐波畸变率变化的 可控性，从而可以有效控制该方案对电能质量的损害