一种基于mppt的孤岛检测方法
【专利摘要】本发明属于光伏发电与分布式发电逆变器控制技术领域，涉及一种基于MPPT的孤岛检测方法，本发明通过对MPPT的扰动，影响并网点的电压幅值，根据并网点的电压幅值判定是否发生孤岛，以及通过增大Boost升压电路的占空比D对MPPT进行扰动，达到减小光伏输出电压和功率的目的。离网时光伏输出功率的减小，会引起并网点电压的减小，当并网点电压偏离正常范围时就可以判定为孤岛状态。本发明充分考虑了本地负载与分布式光伏发电系统的有功匹配情况，参数设置更加合理，消除了检测盲区，扰动周期设置更加合理，减小了功率损耗、降低了对电能质量的影响。
【专利说明】
一种基于MPPT的孤岛检测方法
技术领域
[0001] 本发明属于分布式发电逆变器控制技术领域，涉及一种基于MPPT的孤岛检测方 法。
【背景技术】
[0002] 随着化石燃料的枯竭，可再生清洁能源越来越受重视。太阳能作为一种清洁可再 生能源，得到了快速发展。随着光伏发电技术的进步，越来越多的分布式光伏发电系统被投 入使用。分布式光伏发电系统大量接入电网，也带来了一些新的问题，关键问题之一就是如 何检测孤岛效应。孤岛效应是指公共电网断电后，部分线路和负载由于分布式发电 (Distributed Power Generation，DG)的存在而继续维持带电状态，形成电力公司无法控 制的局部供电网络。
[0003] 孤岛检测方法包括被动法和主动法两种。被动检测方法原理简单，只需要对相关 的参数进行检测，不会影响逆变器输出电能质量，但被动式检测方法阈值很难整定，检测盲 区比较大。常见的主动式检测方法有滑模频率偏移法、主动频率偏移法、有功/无功功率扰 动法等。主动检测方法能够减小或消除检测盲区，但需要对逆变器输出参数进行扰动，导致 电能质量下降和功率损耗。
[0004] 滑模频移法和主动频移法应用比较广泛，但是这两种方法都会引入额外的谐波， 其检测盲区受负载的品质因数影响较大。有功功率扰动法不会引入额外的谐波，且检测盲 区不受品质因数的影响，但现有文献多是基于逆变器输出电流进行扰动，会造成逆变器输 出功率与光伏输出功率之间的不平衡，导致直流母线电压的波动。2011年6月.重庆大学.文 献"光伏并网发电系统中孤岛检测方法研究"提出的基于MPPT的有功扰动算法，有效弥补了 这一不足，但由于其扰动参数设计不合理，存在检测盲区，功率损耗大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于MPPT的新型孤岛 检测算法，本发明的检测方法无检测盲区，功率损耗小，为了实现上述目的，本发明采用的 技术方案如下：
[0006] -种基于MPPT的新型孤岛检测方法，其特征在于:包括以下步骤：
[0007]步骤1:实时采集分布式光伏发电并网发电系统公共耦合点的电压信号，并且对周 期数进行计数，通过其电压幅值Upcc和频率f判定是否为孤岛状态、通过周期的个数判定是 否对MPPT进行扰动；
[0008] 步骤2:在第50n-l周期若0.88UN彡UPCC<U N，则对MPPT进行扰动，使得Ppv=O . 76Pm;
[0009] 步骤3:在第50n-l周期若UN<UPC<1. 1UN，则对MPPT进行扰动，使得PPV=0.63Pm;
[0010] 步骤4:扰动之后通过判_
7.2%，判定孤岛是否发生。
[0011] 优选地，在所述步骤1的每个工频周期，判断并网点电压幅值Upcc是否在满足 0. 88Un彡UpcK I. IUn，其中，Un表示电网额定电压有效值，并网点电压频率是否满足0.5Hz< f-fs|，其中fs表示工频频率，即并网点电压频率是否满足49.5Hz<f<50.5Hz，如果并网点 电压幅值和频率有任何一个不满足就可以判定为孤岛发生。
[0012] 优选地，所述步骤2，每隔IS对MPPT进行两个工频周期的扰动，通过对MPPT的扰动 可使光伏发电并网系统偏离最大工作点，孤岛状态下光伏输出功率的变化会导致并网点电 压幅值的变化，孤岛状态下并网点电压U pcc满足：
[0013]
[0014] 其中，Ppv是光伏输出功率，R为本地负载电阻，当Ppv减小时，并网点电压会减小，因 此通过减小光伏输出功率，可以使并网点电压幅值偏离正常范围。
[0015] 由于每次扰动都会造成功率损耗，所以扰动周期越长越好，同时孤岛运行的时间 越短越好。IEEE Std. 92-2000规定，当孤岛发生后并网点的电压满足0.88Un彡Upcc彡I. IUn 时，最长检测时间为2s。为了尽量减小扰动带来的功率损失，同时为了确保由于偶然因素导 致第一次检测失败，在2s之内还能进行第二次检测，本文每隔Is即50个共频周期，对MPPT进 行一次扰动，扰动时间为两个工频周期。
[0016] 由于基于MPPT的功率扰动只能减小光伏输出功率，因此最难检测的情况为孤岛发 生后并网点电压为Upccq=I. 1UN。如果每次扰动都按照最难检测的情况进行扰动，会造成功 率损耗较大。为了减少扰动造成的功率损耗，本发明分别对〇.88Un彡Urao彡U N、UN<UPCC0彡 1. IUn两种情况进行扰动。
[0017] 当光伏输出电压由最大工作点处的电压减小时，光伏输出电流基本不变，光伏输 出功率与光伏输出电压成线性关系。当光伏输出电压Upv在0到U m范围时，P-U曲线可以近似 看做一条过原点的直线，即Ppv = k*UPV( k为P-U曲线的斜率），所以本发明通过减小光伏输出 电压，实现输出功率的减小。直流母线电压是稳定值，所以通过增大Boost升压电路的占空 比D，可以减小光伏输出电压。
[0018] 优选地，所述步骤2在第50n-l周期，若并网点电压幅值Upcc满足0.88Un彡U pcKUn， 则通过对Boost升压电路的占空比D的扰动，实现对MPPT进行扰动，使得Ppv = O . 76Pm，占空比 D满足：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] 孤岛发生后负载功率Piciad满足：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中0.88<m<l扰动之后负载功率Piciad满足：
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 其中，Um为最大功率点的电压幅值，Ut为直流母线电压，其中Dd1分别为Boost升压 电路扰动前、后占控比，Upv为光伏输出电压，P m为最大功率点处的光伏输出功率，Ppv为光伏 输出功率，U5Qn为第50η周期并网点电压有效值。
[0037] 优选地，所述步骤3第50η-1周期，若并网点电压幅值Upcc满足UN<U PCC<1. 1UN，则通
过对Boost升压电路的占空比D的扰动，实现对MPPT进行扰动，使得Ppv = O . 63Pm，占空比D满 足：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[00511其中1<η彡1.1，扰动之后负载功率Piciad满足：
[0052] Pioad = Ppv = 0.63Pm；
[0053] 若第50n-l周期已经发生孤岛，则：
[0054]
[0055] 共τ，U273i兀纫厄Booster压电峨的 iiiCL。
[0056] 优选地，在0.88Un彡UpcKUn和0.88Un彡Upcc彡I. IUn两种情况下进行扰动，负载两 端的电压会偏离正常范围时，进而检测出孤岛状态。在第50η周期的并网点电压满足：
[0057]
[0058] 优选地，所述步骤4如果在第50n_l周期之前已经发生孤岛，负载为纯阻性负载时 忽略控制延时，负载两端的电压变化与扰动同步，则：
[0059]
[0060]
[0061] U50n-l~U50n-2 | /U50n-2 = 13%;
[0062] 其中U5Qn-!、U5Qn-2为第50n-l、50n-2周周期的并网点电压有效值。
[0063]优选地，所述步骤4正常情况下电压波动不超过2.5%，即相邻两个波峰的值相差 不能超过2.5%，若一个周波内每个峰值都比上一个峰值减小2.5%，则其有效值比上个周 期减小7.2%，则正常情况下：
[0068] 在实际情况下负载比较复杂，一般为非线性负载，且存在控制延时，负载两端的电
[0064]
[0065]
[0066]
[0067] 压变化相对于扰动滞后，所丨
作为辅助判据。
[0069] 综上所述，本发明由于采用了以上技术方案，本发明具有以下显著效果：
[0070] 本发明克服了频率偏移法存在引入额外的谐波的缺点，克服了现有有功扰动造成 直流母线电压波动的缺点，克服了现有的基于MPPT的孤岛检测存在检测盲区、损耗功率大 的缺陷。本发明消除了检测盲区;采用自适应扰动减小了功率损耗、降低了对电能质量的影 响。
【附图说明】
[0071] 为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现 有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
[0072]图1是孤岛效应的等效电路。
[0073]图2是光伏电池板输出的特性曲线。
[0074]图3是一种基于MPPT的孤岛检测方法的检测流程图。
[0075] 图4是正常情况下孤岛检测时扰动信号、电网电压及输出电流仿真波形比较图。
[0076] 图5为纯阻性负载时并网点电压波形图。
[0077] 图6为纯阻性负载时孤岛检测的局部放大图。
[0078] 图7是本发明R = Rm时并网点电压的波形图。
[0079] 图8是本发明R = Rm时的孤岛发生时的局部放大图。
[0080] 图9是本发明R = Rm条件下扰动时Upcc与Un的比值变化波形图。
[0081]图10是本发明R = Rm条件下孤岛检测扰动时局部放大图。
[0082]图11是本发明R=l. 21Rm时并网点电压的波形图。
[0083]图12是本发明R=l. 21Rm时的孤岛发生时的局部放大图。
[0084] 图13是本发明R=I .21Rm条件下扰动时Upcc与Un的比值变化波形图。
[0085] 图14是本发明R=I. 21心条件下孤岛检测扰动时局部放大图。
[0086]图15是本发明的孤岛检测实验原理图，
[0087]图16是本发明的孤岛检测主电路控制电路原理图。
[0088] 图17为R = Rm时孤岛检测扰动信号、电网电压及输出电流实验波形。
[0089] 图18为R= 1.21Rm时孤岛检测扰动信号、电网电压及输出电流实验波形。
【具体实施方式】
[0090] 下面将结合本发明实例中的附图，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。基于发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0091 ]如图1，如下图1所不为并网发电系统孤岛效应的等效电路图。图中Ui为光伏输出 电压，PPV、QPV为光伏输有功功率、无功功率，节点a为并网点，R、L、C为等效负载，PLc^QL-为 负载有功功率、无功功率，S为断路器，ΔΡ、AQ为分别为节点a送入电网输的有功功率、无功 功率，U g为电网电压。
[0092]当逆变器并网运行时，由于电网的钳位作用，并网点电压Upcc为电网电压Ug。当电 网断电，即图1中断路器S断开时，并网点电压Upcc由逆变器输出功率P和负载电阻R共同决 定，其有效值为：~ = P )，所以光伏输出的功率大小直接影响并网点电压。 当光伏发电系统处于孤岛状态时，只要输出功率扰动合适，就能使Upcc的幅值超出正常范 围，进而检测出孤岛状态。光伏并网逆变器一般工作在最大功率点处，所以对MPPT进行适当 扰动，可以引起光伏发电系统有功功率输出的扰动，使Upcc偏离正常范围，检测出孤岛状态。 [0093]按系统结构分类，光伏并网发电系统可分为单级式和两级式。单级式光伏并网发 电系统逆变器的控制策略，需要同时考虑实现最大功率跟踪(MPPT)和并网的功能，控制不 够灵活且对控制器的要求高，由于光伏阵列输出电压即为逆变器直流母线电压，要求光伏 阵列输出电压幅值满足要求，需要串联电池板较多。两级式光伏并网发电系统，其光伏阵列 输出电能经过两级功率变换器实现直流到交流的变换，先由DC/DC变换器实现直流-直流变 换，并通过最大功率跟踪控制，实现光伏阵列最大功率输出，再由DC/AC逆变器实现直流-交 流变换。两级功率变换器可以独立控制，便于控制器的设计，光伏阵列无需通过较多串联来 提高电压幅值，这样光伏阵列的串并联扩容更易实现。
[0094]由于分布式光伏发电系统电池板串联的数量较少，难以达到电网电压的2万倍，需 要先升压才能进行DC/AC变化，所以分布式光伏发电系统多采用两级式结构。两级式光伏并 网发电系统，前级DC/DC变换电路多采用Boost升压电路，主要功能是提升光伏阵列输出电 压，实现最大功率跟踪功能(MPPT)。本算法通过对Boost升压电路的占空比D进行周期性的 扰动，实现对MPPT的周期性扰动即逆变器输出功率的周期性扰动，在电网断电时影响并网 点的电压，使其超出过/欠电压保护阈值，从而检测出孤岛状态。
[0095]如下图2所不为光伏电池板输出特性曲线图。图2中横坐标Upv为光伏电池板输出电 压，两个纵坐标IP V、P P V分别为光伏电池板输出电流、功率，I s。为光伏电池板短路电流，I m为 最大功率点电流，Um为最大功率点电压，Pm为最大功率点功率，U。。为光伏电池板开路电压。 由图2可以看出光伏输出电压Upv由IU咸小时，光伏输出电流Ipv基本不变，光伏输出功率与光 伏输出电压成线性关系，当光伏输出电压Upv在0到1^范围时，P-U曲线可以近似看做一条过 原点的直线，即Ppv = k*UPV(k为P-U曲线的斜率）。所以本文采取增大Boost升压电路的占空 比D对MPPT进行扰动，进而减小光伏输出电压Upv和输出功率Ppv以实现输出功率的减小，BP 当7-1|:卩6>(, =[/·/·_其中D、为Boost升压电路占空比，Ut为直流母线电压，直流母线电压是稳 I - L) ; 定值，所以通过增大Boos t升压电路的占空比D，可以减小光伏输出电压。
[0096] IEEE Std. 92-2000规定，当孤岛发生后并网点的电压满足0.88Un彡Upcc彡I. IUn时， 最长检测时间为2s。为了尽量减小扰动带来的功率损失，同时为了确保由于偶然因素导致 第一次检测失败，在2s之内还能进行第二次检测，本发明每隔Is对MPPT进行一次扰动，扰动 时间为两个工频周期。根据IEEE Std.92-2000的规定，本发明取正常电压的范围为0.88UN 彡U彡I. IUnOJn表示电网额定电压有效值），频率范围为49.5Hz彡f彡50.5Hz，发生孤岛后公 共点电压为U_，频率为f。
[0097]由于基于MPPT的功率扰动只能减小光伏输出功率，因此最难检测的情况为孤岛发 生后并网点电压为Upccq=I. 1UN。如果每次扰动都按照最难检测的情况进行扰动，会造成功 率损耗较大。为了减少扰动造成的功率损耗，本文分〇. 88UN<Upa$UN、UN<Upa< I. IUn两种 情况进行扰动，算法的具体过程如下：
[0098] 步骤1:若0.88Un>Upcc或Upcc>1.1Un或0.5Hz< |f-fs|，则直接根据过欠压和过欠频 确定为孤岛状态。
[0099] 步骤2:若0.88Un彡UpcKUn，则必须加入扰动才能检测出孤岛状态，在第50n-l周期 开始对MPPT进行两个工频周期的扰动，使得Ppv = 0.76Pm，计算过程如下：
[0100] (1)；
[0101] :(.2);
[0102]
[0103] 其中D、D1分别为Boost扰动前、后的占空比，Um为最大功率点处的电压，Upv为光伏 电池板输出电压，Ut为直流母线电压。由式(1)、（2)、（3)得：
[0108]孤岛发生后负载功率Pkiad如式(7)所示：
[0104]
[0105]
[0106]
[0107] (6)；
[0109]
[0110] (68);
[0111]
[0112] 扰动之后负载功率Plciad如式（10)所示：
[0113] Pioad = Ppv = 0.76Pm (10)；
[0114] 假设第50n-l周期已经发生孤岛，由式(6)、（7)、（8)、（9)、（10)可得：
[0115]
(11);
[0116] 其中U5Qn为第50η周期并网点电压有效值，R为负载电阻。由式（11)可得，经过扰动 可以使并网点电压偏离正常范围，检测出孤岛状态。
[0117] 步骤3:若UN<UPCCQ<1.1U N，也需加入扰动才能检测出孤岛状态，在第50η-1周期开 始对MPPT进行两个工频周期的扰动，使得Ppv = O. 63Pm，计算过程如下：
[0118] Cl 2 ):
[0119] :(13);
[0120] Vpv = 0.63Vm (14)；
[0121] 其中D2为Boost扰动后的占空比。由式(12)、（13)、（14)得：
[0122] D2 = 0.63D+0.37 (15)；
[0123] PPV = k*Vpv=0.63Pm (16)；
[0124] 参照式(6)-10)可得：
[0125]
(17);
[0126] 由式（17)可得，通过扰动可以使并网点电压偏离正常范围，检测出孤岛状态。两种 情况下的扰动都能检测出孤岛状态，所以本文提出的算法不存在检测盲区。
[0127] 步骤4:GB/T 12325-2008标准规定220V电压等级电压波动不超过2.5%，即相邻两 个峰值相差不超过2.5%。并网时考虑最恶劣的情况，即一个周波内每个峰值都比上一个峰 值减小2.5%，则其有效值与上个周期相比，减小量小于7.2%，计算公式如式（18)、（19)所 示：
[0128]
[0129]
[0130]如果在第50n-l周期之前已经发生孤岛，负载为阻性负载时忽略控制延时，负载两 端的电压变化与扰动同步，则：
[0131]
[0132]
[0133]
[0134] 其中U5Qn-i、U5Qn-2为第50n-l、50n-2周周期的并网点电压有效值。
[0135] 所以经过一个工频周期扰动之后，即使0.88Un彡U5Qn-!彡I.IUn，只要满足他^- U50n-21 /U5Qn-2 > 7.2 %仍然可判断为孤岛状态，可效减少了检测出孤岛的时间。但由于负载 情况复杂，以及控制延时的存在，负载两端的电压变化会滞后于扰动，所以I I / U50n-2>7.2%只是辅助判据，在纯阻负载情况下会起作用，当负载为RLC负载时，多数情况需 要通过判据0.1. 1UN，判定是否为孤岛状态。
[0136] 对本发明的进一步改进算法，对输出功率的影响很小时，如式（23)、（24)所示， 0.881KUpcx<Un和0.88lKUpcx< I. IUn两种情况下加入扰动后光伏输出功率，分别为加入 扰动前的99 %、98.5 %，损失的功率分别为1 %、1.5 %。
[0137] PPV = 0.96Pm+0.04X0. .76Pm=0.99Pm (23)；
[0138] Ppv = 0.96Pm+0.04 X 0.63Pm=0.985Pm (24)；
[0139] 本发明中，结合图5至图16,采用Matlab/Simulink对基于MPPT的孤岛检测算法在 三相并网逆变器上进行了仿真验证。如图15和图16所示，仿真参数设置为：电网相电压峰值 为31IV，频率为50Hz;直流母线电压为780V;逆变器输出电流峰值为3.6A;滤波电路LCL参数 为L i = 3.8mH、Cf = 4.7yF、Ls = 1.0 mH;开关管频率为IOKHz。为了更具代表性，本文分别对 1^〇)=加，8卩1? = 1^(1^为负载功率与光伏输出功率相等时，负载电阻）、1^〇) = 1.11]#卩1?= I . 21Rm，两种情况进行了仿真。同时为了验证判据I U5Qn-1-U5Qn-2 I /U5Qn-2 > 7.2 %的作用，对纯 阻性负载R = Rm也进行了仿真。根据IEEE Std.92-2000的推荐RLC负载谐振频率为50Hz、品 质因数0〗=2.5，两种情况对应的乩(：负载参数分别为1? = 86.5〇丄=92以？、1^=110.1111!1，1?= 104.7 Ω、C = 76yF、L = 133.3mH。扰动周期为Is，每个周期对MPPT连续扰动两个工频周期，负 载的脱网时刻都为0.6s。平衡电网条件下三相电流、电压变化相同，因此本文的仿真和实验 波形，只取了a相的电压、电流波形图。
[0140]如图4所示，为正常情况下孤岛检测输出的对比图，时扰动信号（图4中的图4-1)、 电网电压（图4中的图4-2)和输出电流（图4中的图4-3)仿真波形。从图4可以看出，正常情况 下扰动时，Boost电路的占空比D增大，导致光伏输出电压减小，并网点电压不变，逆变器输 出电流减小，导致逆变器输出功率减小。通过对Boost电路的占空比D的扰动，实现了对逆变 器输出功率的扰动，和理论分析相符。
[0141] 在本发明中，图5是R = Rm时并网点电压波形，由图5可以看出，当负载为纯阻性负 载时0.6s脱网，由于负载功率与光伏输出功率匹配，并网点电压幅值基本没有变化，因此能 够保持孤岛状态运行。图6为纯阻性负载时孤岛检测的局部放大图，由图6可以看出，0.96s 孤岛检测开始，仅一个工频周期就检测出了孤岛状态，说明判据I I /U5Qn-2彡 7.2%发挥了作用。
[0142] 如图7所示，是R = Rm时仿真结果时并网点电压波形图，图8是1?=1条件下孤岛发生 时局部放大的波形图；图为9是孤岛发生时U pcc与Un比值变化的波形图（是从0秒开始的整个 检测过程图），从图8、图9可以看出由于R = IUIP负载功率与有功功率相等时，孤岛发生后并 网点电压幅值没有明显变化。同时由于RLC负载谐振频率为50Hz，电压频率也没有超出正常 范围。孤岛发生后并网点电压和频率都在正常范围内，系统处于孤岛运行状态，对MPPT进行 扰动才能检测出孤岛状态。图10是R=IV倩况下对MPPT进行扰动时并网点电压局部放大的 波形图，从图9和图10可以看出在0.96s施加扰动之后，并网点电压开始减小，在0.985s检测 出孤岛状态，从检测开始到检测出孤岛状态仅用时25ms。
[0143] 如图11所示，是R= 1.21RJ寸并网点电压波形图，图12是R= 1.21RJ寸的孤岛发生时 的局部放大图，图13是R= 1.2IRm条件下孤岛发生时Upcc与Un的比值变化波形图，从图12、图 13可以看出，由于R=l. 21Rm，孤岛发生后并网点电压幅值增大UPPC~1.1UN，仍在正常范围 内。由于负载谐振荡率为50Hz，电压频率没有超出正常范围。孤岛发生后并网点电压和频率 都在正常范围内，系统处于孤岛运行状态，对MPPT进行扰动才能检测出孤岛状态。图14是在 R = 1.21 Rm情况下对M P P T进行扰动时并网点电压局部放大的波形图，从图14可以看出在 0.96s施加扰动之后，并网点电压开始减小，在0.99s检测出孤岛状态，从检测开始到检测出 孤岛状态也仅用时30ms。
[0144] 如图15所示，本发明基于三相并网逆变器对提出的孤岛检测算法进行了实验验 证，搭建了图15所示的孤岛检测实验平台原理图，其主电路和控制原理图如图16所示。在本 发明中，三相光伏并网逆变系统为两级式结构，前级直流变换单元(DC-DC)采用Boost升压 电路，其主要功能是稳定三相逆变器直流侧的电压，并实现光伏阵列的最大功率点跟踪 (MPPT)。并网控制系统采用准PR控制，逆变器输出侧滤波器采用RLC滤波器。具体实验参数 为：电网相电压峰值为100V，频率为50Hz，逆变器输出峰值电流为7.5A。电源采用深圳市菊 水皇家科技有限公司的AGP1000系列光伏模拟电源，控制芯片采用TI公司DSP控制芯片 TMS320F28335，三相并联RLC负载采用chroma63802电子负载。负载品质因数Qf = 2.5，谐振 频率为50Hz，负载电阻分为两种情况R = R^Upc〇) = Un、R= 1.21RdPUpc〇)= 1. 1UN。
[0145] 在本发明中，孤岛检测算法的实验波形如图17和图18所示，其中13为逆变器a相输 出电流。由于Boost的电路的开关频率很高，占空比D的变化无法和电流电压波形放在同一 个时间尺度下，所以本文用扰动信号代表对占空比D的扰动。从图17可以看出在孤岛发生到 扰动开始这段时间内，由于R=R m逆变器输出的电流没有明显的变化，在负载电阻不变的情 况下，并网点电压Upcc(U pcc = IaR)也不会有明显的变化。从图18可以看出在孤岛发生到扰动 开始这段时间内，由于R=I.211逆变器输出的电流增大，在负载电阻不变的情况下，并网 点电压IW也增大。从图17、图18可以看出，在R = Rm、R=1.21Rm两种情况下，本发明都能迅速 的检测出孤岛状态。实验结果与理论分析和仿真相符，验证了本发明的有效性。
[0146] 本发明通过Boost升压电路的占空比D进行周期性的扰动，实现逆变器输出功率的 周期性扰动，在电网断电时影响并网点的电压，使其超出过/欠电压保护阈值，进而检测出 孤岛状态。根据IEEE Std. 92-2000推荐的RLC负载1? = 1时，只需25ms就能检测出孤岛状 态;负载R = 1.21Rm时，只需30ms就能检测出孤岛状态。本发明克服了主动移频、移相法存在 引入额外的谐波、降低输出功率因数的缺陷，克服了有功电流扰动法存在直流母线电压波 动的缺陷。与现有的基于MPPT的孤岛检测算法相比，本发明参数设置更合理，消除了检测盲 区；自适应扰动减小了损耗功。仿真和实验验证了本发明所提孤岛检测算法的有效性和优 越性。
[0147] 以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神 和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:包括W下步骤： 步骤1:实时采集分布式光伏发电并网发电系统公共禪合点的电压信号，并且对周期数 进行计数，通过其电压幅值化CC和频率f判定是否为孤岛状态、通过周期的个数判定是否对 MPPT进行扰动； 步骤2:在第50n-l周期若0.88Un《Upcc《Un，则对MPPT进行扰动，使得光伏输出功率时V = 0.76Pm，其中，Pm为最大功率点处的光伏输出功率； 步骤3:在第5化-1周期若1. IUn,则对MPPT进行扰动，使得Ppv = O . 63Pm，其中， Un示电网额定电压有效值； 步骤4:扰动之后通过判袁，判定孤岛是否发生。2. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:在所述步骤1的 每个工频周期，判断并网点电压幅值化CC是否在满足0.88Un《化1. IUn，并网点电压频率 是否满足0.5化< I f-f SI，其中，f S表示工频频率，如果并网点电压幅值和频率有任何一个不 满足就可W判定为孤岛状态。3. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:所述步骤2,每隔 Is对MPPT进行两个工频周期的扰动，通过对MPPT的扰动可使光伏发电并网系统偏离最大工 作点，孤岛状态下光伏输出功率的变化会导致并网点电压幅值的变化，孤岛状态下并网点 电压化(X满足：其中，Ppv是光伏输出功率，R为本地负载电阻。4. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:所述步骤2在第 SOn-I周期，若并网点电压幅值Upcc满足0.88Un《Upcc《Un，则通过对Boost升压电路的占空比 D的扰动，实现对MPPT进行扰动，使得时V = O. 76Pm，占空比D满足： 扰动后的占控比化满足：Upv=0.76Um; 则： Di = O.7 抓+0.24; Ppv=k*Upv = 0.76Pm ； 若第50n-l周期已经发生孤岛，则： 其中，Um为最大功率点的电比I阳但，共中U、化分別刃B 0 0 S t开比电路扰动前、后占控比， 化V为光伏输出电压，Pm为最大功率点处的光伏输出功率，时V为光伏输出功率，化血为第5化周 期并网点电压有效值，k为曲线斜率。5. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤3第 50n-l周期，若并网点电压幅值Upcc满足Un<Upcc《I. IUn，则通过对Boost升压电路的占空比D 的扰动，实现对MPPT进行扰动，使得时V = O. 63Pm，占空比D满足： 扰动后的占控比化满足：Upv=0.63Um; 则 D2 = 0.63D+0.37; Ppv=k*Upv = 0.6 3Pm ； 若第50n-l已经发生孤烏.面11.其中，〇2为扰动后Boost升比电路的占至化，k刃团线斜準。6. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:在0.88Un《Upcc《 Un和0.88Un《化1. IUn两种情况下进行扰动，负载两端的电压会偏离正常范围时，进而检 测出孤岛状态。7. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:所述步骤4如果 在第50n-l周期之前已经发生孤岛，负载为阻性负载时忽略控制延时，负载两端的电压变化 与扰动同步，则： U已血-1-U50n-2 I /U50n-2 二 13 ;其中化On-I、化on-2为第50n-l、50n-2周周期的并网点电压有效值。8. 根据权利要求1所述的一种基于MPPT的孤岛检测方法，其特征在于:所述步骤4正常 情况下电压波动不超过2.5%，即相邻两个波峰的值相差不能超过2.5%，若一个周波内每 个峰值都比上一个峰值减小2.5%，则其有效值比上个周期减小7.2%，则正常情况下：U已血-1-U50n-2 I /U50n-2 二 7.2 % ; 所W，当时即可判定孤岛发生。 U'铺円-2
【文档编号】H02J3/38GK105914777SQ201610234471
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】肖静, 高立克, 杨艺云, 张阁, 肖园园, 司传涛, 梁朔, 周杨珺, 郭敏
【申请人】广西电网有限责任公司电力科学研究院