一种基于有功电流扰动的正反馈孤岛检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三相并网发电系统的孤岛效应检测方法，具体是一种分布式并网 发电系统的主动正反馈式孤岛检测方法，属于三相并网逆变器的电网检测领域。
【背景技术】
[0002] 在由并网逆变器和电网构成的分布式发电系统中，逆变装置并网点附近的负载由 逆变装置和电网共同供电，当逆变装置输出功率与负载功率相匹配且负载的电网端因故障 停止供电时，逆变装置可能会继续向负载供电，从而形成电网之外的孤岛运行状态。孤岛状 态会使得一些被认为已经与电网断开的线路带电，这会给电网维修人员和用户的人身安全 带来威胁。
[0003] 目前，常用的孤岛检测方法有被动式孤岛检测法和主动式孤岛检测法两种，被动 式孤岛检测法常用的是检测并网点电压的幅值、频率、谐波，这三种方法都有较大的检测盲 区，只能作为辅助检测手段。主动式孤岛检测法常用的是主动频移法和无功功率扰动法，主 动频移法会对逆变装置输出电流的谐波造成影响，在功率较大的三相并网逆变器中一般较 少使用，无功功率扰动法则在高品质因数下有检测盲区，无法完全检出不同品质因数下的 孤岛效应。因此，一种既能快速准确地检测出孤岛的发生又能避免对输出电流谐波产生影 响的孤岛检测方法对于分布式发电装置来说是一项非常重要的研究课题。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种对逆变装置输出电流谐波影响 小，且无检测盲区的孤岛检测方法，通过发生孤岛时逆变装置输出的有功电流对并网点电 压的影响，从而实现对是否发生孤岛效应的判断。
[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:一种基于有功电流扰动的正反馈 孤岛检测方法，所述检测方法的步骤包括： a) 在每个采样周期读取一次并网点线电压，将读取的线电压从三相静止坐标系变换到 两相静止坐标系上，然后再将两相静止坐标系上的分量变换到电网电压矢量定向的两 相同步旋转坐标系上，利用软件锁相技术，获得电网电压同步矢量角0、电网电压在同步坐 标系上的D轴分量和Q轴分量权彳； b) 对D轴分量作低通滤波，根据逆变装置的允许工作电压范围，对低通滤波后的 设定上下限得到将未做任何处理的^^除以^^，即可得到逆变装置在同步旋转坐标系 下的D轴有功电流控制系数巧』； c) 将有功电流控制系数乘以有功电流给定会经过ΡΙ控制、电压前馈和空间 矢量脉宽调制模块控制逆变装置的输出功率A; d )在孤岛状态下，逆变装置的输出功率/?的变化会影响负载电压w g的变化，而负载 电压的变化会导致电网电压在同步坐标系上的D轴分量Κ?的变化，通过对的处理得到 的有功电流控制系数仏则会通过有功电流给定V反过来影响逆变装置的输出功率巧，如 此反复，形成对负载电压的正反馈影响，直到;^的电压幅值和频率超过限值而停机。
[0006] 进一步的，所述三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换公式为：
〒述两相静止坐标系上的分量变换到电网电 压矢量定向的两相同步旋转坐标系的变换公式为：
，其中，〃辦和为并网点线电压，和为电 网电压在两相静止坐标系上的.轴分量和#轴分量，沒.为电网电压矢量角，:心和％为电网电 压在电网电压矢量定向的两相同步旋转坐标系上的D轴分量和Q轴分量。
[0007] 进一步的，所述低通滤波后的Κ?的上下限是根据逆变装置正常允许运行电压范围 设定的，其上限是由逆变装置的允许并网电压上限确定的，一般为〗，其下限是 由逆变装置的允许并网电压下限确定的，一般为其中？:·ν为额定电压。
[0008] 本发明与现有技术相比的有益效果是： 对逆变装置有功电流的扰动控制，既可保证逆变装置在正常运行时对输出电流的谐波 畸变率没有影响，又可保证在发生孤岛时，该孤岛检测方法没有检测盲区，大大提高了孤岛 检测范围，同时由于有正反馈的存在，其检测速度也能轻易满足规范要求，此外，由于逆变 装置的正常运行范围在规范中已经确定，因此，对于确定低通滤波后的上下限也非常简 单。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明所提及的孤岛发生时有功电流给定与输出电压之间的正反馈关系 图。
[0010] 图2为本发明所提及的基于有功电流扰动的正反馈孤岛检测方法的程序执行流程 图。
[0011] 图3为本发明所提及的控制系统框图。
【具体实施方式】
[0012] 以下结合附图对本发明的一种基于有功电流扰动的正反馈孤岛检测方法作进一 步描述。
[0013] 如图1所示，图1显示了具备上述孤岛检测算法的逆变装置在孤岛发生时有功电流 给定与输出电压之间的正反馈关系图。通过逆变装置输出电流在同步旋转坐标系下的D轴 分量对并网点电压的影响，从而实现对是否发生孤岛效应的判断，由公式（1) 巧=3(^ + 1^)/2可知，只要锁相准确，:?几乎为零，输出功率/?基本受％和《影响，而心 由于受电网控制不容易改变，因此，只有^可以有较大的自由度来改变為；由公式（2 ) 艿=把/^可知，在负载电阻一定的情况下，负载电阻消耗的功率与电压的平方呈正比，而在 孤岛状态下，负载电阻消耗的功率直接来自苟，因此,?可以在孤岛状态下，影响负载电阻 两端的电压幅值。由于没有电网电压的钳制，在电阻电压发生变化后，会进一步影响Κ?，因 此，在孤岛状态下，Wd，会与4同时影响辱，而苟会反过来进一步影响负载电阻的电压，如此 反复，对输出电压产生正反馈控制，直到逆变装置输出电压幅值和频率超过限值而封波脱 网。
[0014] 如图2所示，逆变装置主控系统在每个中断周期读取电网电压的幅值和频率，然后 判断幅值和频率是否在要求范围内，如果超出范围，逆变装置会及时封波脱网，并向上位机 上报故障信息，如果电网电压幅值和频率没有问题，则逆变装置主控系统会对根据电网电 压进行锁相处理，得到电网电压的、％和攻。锁相完成后，需要对^^进行低通滤波处理和 限幅处理得到心，用未作处理的心除以处理后的.，即可得到有功电流控制系数％，用 有功电流控制系数乘以有功电流给定值。即可完成该孤岛检测方法的一次程序执行。
[0015] 如图3所示，在本发明的控制系统框图中，除了由光伏电池、储能电池或燃料电池 等组成的直流电源、逆变装置、负载、电网等必备的硬件系统外，本发明所采用的主动式正 反馈孤岛检测方法共包括以下四个部分:并网点电压矢量角计算、输出电流在同步旋转坐 标系下的D轴控制系数计算、并网电流控制和并网点过/欠压、过/欠频保护。
[0016] 并网点电压矢量角计算是通过软件锁相实现的，逆变装置主控系统在每个采样周 期读取一次并网点线电压，取得三个线电压之后，通过三相静止坐标系到两相 静止坐标系的变换公式(3)和两相静止坐标系到电网电压