一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种孤岛检测电路，尤其是涉及一种用于在主电网断电时对处于 孤岛状态的微电网进行检测并及时将其断开的电路，属于电力电子以及自动化控制技术领 域。
【背景技术】
[0002] 孤岛现象，是指微电网与主电网并网运行时，当主电网意外中断供电，微电网发电 系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将其自身切离主电网网络，从而形成的一个由微 电网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电现象(状态）。
[0003] 当系统处于孤岛状态时，由于主电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而可能损 坏配电设备和用户设备，干扰主电网的正常合闸，甚至可能威胁线路检修人员的人身安全。
[0004] 当微电网发电系统并网运行过程中，本地负载所消耗的视在功率来自主电网和微 电网发电系统，三者相互平衡，详见如下公式：
[0005] Pi + }Qi = ^ ?，
[0006] 其中：
[0007] 巧+j&为本地负载消耗的视在功率（巧为有功功率，込为无功功率；）；
[0008] 4 + 为主电网输出的视在功率(A为有功功率，为无功劫率;）；
[0009] 乓为微电网发电系统输出的视在功率(尽为有功功率，为无功功率;）；
[0010] 当电网发生故障时，电网停止向负载供电，即此刻巧= 0;
[0011] (1)若本地负载需要的有功功率、无功功率与微电网发电系统输出的有功功率、无 功功率不一致，那么，势必引起电能质量参数的变化，以频率来表征，见如下公式：
[0013] (2)若本地负载需要的有功功率、无功功率与微电网发电系统输出的有功功率、无 功功率相同，则耦合结点处的电压及其频率仍将维持在正常范围内；发电系统如果无法检 测到主电网失电等情况，系统将处于孤岛状态。现有孤岛检测技术主要有三种方法：
[0014] (1)基于通信的孤岛检测方法。
[0015] ⑵基于系统输出的检测方法，包含无源检测(被动)和有源检测(主动）。
[0016] (3)基于同步发电机的检测方法
[0017] 上述现有技术存在如下问题：
[0018] (1)微电网运行环境复杂，不同环境的孤岛状态指标差异较大。孤岛检测设置的阈 值不能适应所有的工况。若电网三相电压和负载不对称，各个检测指标存在检测误差。当系 统有多个发电系统时，注入的各干扰信号可能相互冲突，影响系统正常运行。
[0019] (2)微电网孤岛检测方法需要减少检测盲区，兼顾电能质量要求。
【发明内容】
[0020] 本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种对孤岛状态能够及时进行检测并 进行控制的用于微电网发电系统的孤岛检测电路，本实用新型能够在电网断开时对微电网 进行快速检测，并具有较强的抗干扰能力，不会因为强电磁干扰环境导致采样误差;将对电 网电能质量的负面影响降至最低。
[0021] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0022] -种用于微电网发电系统的孤岛检测电路，其特征在于:所述检测电路包含有从 主电网进行取样的采样电路，所述采样电路将采样信号经隔离电路、滤波电路、波形转换电 路和光耦隔离电路后输入DSP处理器，经DSP处理器处理后通过PWM驱动器发出的SVPWM信号 驱动IGBT逆变器，且微电网发电接入设备经直流斩波单元、储能单元、功率单元和EMI滤波 电路、断路器后连接至主电网上。
[0023] 本实用新型一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路，所述采样电路为电压采用 电路，电阻一端接入火线，另一端接入零线。
[0024] 本实用新型一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路，所述隔离电路包含有隔离 变压器PTA，采样电路的采样信号输入隔离变压器PTA的初级线圈，隔离变压器PTA的次级线 圈上串接有采样电阻R10,且隔离变压器PTA的次级线圈一端接地，另一端输出信号UAcap。
[0025] 本实用新型一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路，所述隔离变压器PTA的次 级线圈接地端接入的是系统模拟地。
[0026] 本实用新型一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路，所述波形转换电路包含有 运算放大器，运算放大器的反相输入端接地，运算放大器的正相输入端经传递电阻接入输 入信号，且传递电阻对地连接有滤波电容;所述运算放大器的输出端上对+5V高电平设置有 上拉电阻。
[0027]本实用新型一种用于微电网发电系统的孤岛检测电路的控制方法为，步骤1、通过 采样电路获取电网上一周期的无功电流量
[0028] 步骤2、对电网侧进行采样，获取当前电流、电压值，并利用傅里叶变换获取当前电 流、电压的均方根值Um、Im;并同时计算出其各自的谐波含量Uthd、I thd;此时定义总谐波含 量参数
；此时获得1]也(1、1让(1和1'也(1三组数值，定义1^1]让(1+1也(1+1'让(1 ;
[0029] 当k e [0，2%]时，m为低幅扰动，m的取值为
[0030] 当k e (2%，6%]时，m为中幅扰动，m的取值为
[0031] 当k>6%时，m为高幅扰动，m的取值为
[0032] 步骤3、计算当年周期的无功电流量+私;
[0033] 其中，A/为无功扰动电流分量，取值为i X 〇.S%，亦可根据实际电网情况选取 一最佳值;d为无功扰动方向定义，取值区间为{-1，0,1};
[0034] 步骤4、将无功电流值4 注入电网进行扰动调节；
[0035] 步骤5、进行步骤4扰动调节的同时，采样电路对电网上的频率变化进行采样，若超 出预设范围值，则通过断路器将微电网与电网断开。
[0036] 对于步骤3,在当前周期的无功电流量的计算过程中；
[0037] 步骤3.1:输入扰动标志位(如方波），并判断其是否为零；
[0038] 步骤3.2 :扰动标志位为零，则d=0，返回执行步骤3.1;若扰动标志位不为零，则执 行步骤3.3;
[0039] 步骤3.3:对步骤1中无功电流nf；:的方向进行判断，若为正，则d=_l;若为负，贝ljd= 1;
[0040] 步骤3.4:根据公式1111：_=^1^+<^^^&2获得当前扰动电流;然后返回步骤3.1。 [0041 ]同时，在步骤3.3与步骤3.4之间还设置有步骤3.3.1，此时对采样电路获取的当前 频率变化进行判断，若频率变化在误差允许范围之内，则说明电网正常供电，则由步骤 3.3.1跳转至步骤3.1;若频率变化超出误差允许范围，则进入步骤3.4开始进行扰动调节。
[0042] 进一步的，对于步骤4,无功电流扰动调节的过程为：由采样电路从电网上获取电 压Ua、Ub、Uc，电流ia、ib、ic参数，并经由abc三相静止坐标系转换为dq旋转坐标系，从而获 取id、iq和Ud、Uq参数；同时，从微电网的发电设备端获取功率参数经功率调节后与id经混 频器输入第一分数阶PU控制器;iq和由步骤三获取的当年周期的无功电流量经混频器输 入第二分数阶PU控制器，第一分数阶PU控制器和第二分数阶PIA控制器的传递函数为
;第一分数阶PU控制器和第二分数阶PU控制器的输出信号分别与 Ud和Uq进入混频器后输入PWM控制器，该PWM控制器输出PWM信号控制IGBT逆变器。
[0043] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0044] 本实用新型微电网发电系统运行过程中，通过向电网输入小幅度的无功电流扰动 ，若系统处于孤岛状态，系统频率将上升或下降到过欠频保护区域，从而实现快速检测和控 制，完成微电网系统在孤岛状态下的快速动作；
[0045]同时，本实用新型硬件电路信号经过三次转化，首先利用变压器将电网工频380V AC电压转换为工频12V AC低压正弦信号；其次，利用比较器将工频12V AC低压正弦信号转 化为5V DC方波信号；最后，方波信号经过光耦隔离送入DSP的捕获端口。多次转化，相对于 直接采样电网工频电压方案，其抗干扰能力更强。在供电电源电压有少量偏差的情况下，本 电路对电压波动也有较大抑制作用；
[0046] 另外，本实用新型硬件电路采用多级隔离电路。其中变压器、比较器、光耦、输入端 滤波电容均提供较强共模干扰抑制，适宜在高电磁噪声环境下应用。系统通过隔离将电源 地、模拟地、信号地检测时向电网注入略微畸变的电流，从而形成一个连续改变频率的趋 势;三者可以有效隔离，防止信号串扰，去除不确定噪音，保证频率检测稳定可靠。
[0047] 综上所述，本实用新型具有以下突出优点：
[0048] ①借助微电网发电系统智能处理单元DSP和硬件捕获方式，获取可靠的系统电能 频率，能够最大限度削弱杂散波，进行关键特征识别、综合利用并归纳偏置，利用多次隔离 分割，降低差模干扰，系统能够通过过零点电路，将正弦波转化为方波给DSP处理单元，保证 采样及捕获准确可靠和强的鲁棒性；
[0049] ②借助DSP处理器，可以灵活选取保护阈值，保证系统冗余。通过智能数据处理算 法，找出适合的保护阈值。重点对多特征判决及单判据偏置问题，进行关键特征识别、综合 利用并归纳偏置，充分考虑平稳工况、故障、剧烈波动等不同电网环境，保证安全可靠。
[0050] 本实用新型既能免疫电网正常运行过程中谐波分量，能够屏蔽电网的"虚波"，又 能在电网意外中断供电故障时快速抓