一种基于锁相环的分布式发电系统的孤岛检测方法与流程

本发明涉及分布式发电技术领域，特别涉及一种基于锁相环的分布式发电系统的孤岛检测方法。

背景技术：

随着经济的发展，人们对能源的需求也在不断增长，而现有使用的能源已经非常短缺，因此利用新能源进行发电已经成为当前各国研究的重点。

过去几年，由于分布式发电系统(dg，distributedgenerationsystem)利用本地可再生能源进行发电，具有经济高效，供电可靠，清洁环保的特点，因而成为了电力系统研究和发展的热点。

现有技术的分布式发电系统的结构如图1所示，该系统包括直流分布式电源(一般为光伏系统)、逆变器(包括控制器)、本地负载和大电网。其中，逆变器用于将直流电源发出的电能你变成正弦电流并入电网并给本地负载供电，逆变器的控制器中包含了锁相环，用来控制输出电流的频率，以及其他控制输出电流大小的控制器。

虽然分布式发电在绿色能源的大主题下，能够做出卓越的贡献，但是其也面对着很大的挑战。其中孤岛效应指的是当包含dg的系统发生故障或维修等因素时，大电网断开或者停止工作，而并网设备没有有效地检测出停电状态并脱离电网，仍然向周围的负载供电，从而形成了一个自给自足的电力孤岛，非计划的孤岛将会对设备、对维修人员造成很大的伤害。现有的孤岛检测大体上可以分为被动检测法和主动检测法。

被动检测法是通过检测逆变器输出端电压、频率或相位的变化，被动检测法不会影响电能质量，但是检测盲区大。

主动检测法则是通过周期性地加入扰动信号，再检测逆变器输出端电压、频率或相位的变化，主动法的检测盲区小，但是会给电能质量造成一定影响。

技术实现要素：

本发明提供一种基于锁相环的分布式发电系统的孤岛检测方法，减少孤岛检测的盲区，提高电能质量。

一种基于锁相环的分布式发电系统的孤岛检测方法，包括以下步骤：

步骤1：锁相环集成在所述分布式发电系统的逆变器中，通过锁相环检测分布式发电系统中公共点电压的频率；

步骤2：判断锁相环输出频率与大电网频率是否匹配，是则判定不确定发生孤岛；否则判定为发生孤岛；

步骤3：根据上述步骤得到的结果，判断所述分布式发电系统发生孤岛效应情况。

匹配是指与电网频率误差小于一个阈值，大小可根据系统设置，一般取1％，即0.5hz。

由锁相环在本发明中的作用可知，若锁相环的输出频率偏离大电网频率，那么可以肯定已经发生了孤岛，可以直接执行下一步命令，直接切换到孤岛模式运行。

若锁相环的输出频率和大电网频率相匹配，则还无法确定没有发生孤岛，需要使用虚拟阻抗技术进行进一步检测。优选的，在步骤2中，当判定为不确定发生孤岛时，进行进一步判定，包括以下步骤：

2-1、虚拟阻抗模块集成在所述分布式发电系统的本地负载，通过改变虚拟阻抗模块中控制器的参数来改变等效电容的大小，从而改变本地负载的谐振频率；

2-2、再次判断锁相环输出频率与大电网频率是否匹配，是则判定没有发生孤岛；否则判定为发生孤岛。

优选的，所述虚拟阻抗模块以控制器代替本地负载中的阻抗，使用控制器可以直接模拟并改变负载的阻抗，而不需要使用实物去切换。

优选的，所述虚拟阻抗模块所使用的控制器的反馈信号为公共点电压，使用微分器作为反馈控制器。反馈控制效果与并联一电容等效。

虚拟阻抗模块的控制器具体为微分器，而其等效的阻抗具体为电容。虚拟阻抗所等效的电容并联于本地负载中，主要用来改变本地负载的谐振频率。

当改变虚拟阻抗的大小之后，若锁相环输出频率没有发生变化，则判定没有发生孤岛效应；若锁相环输出频率发生改变，则判定发生了孤岛效应。

优选的，所述分布式发电系统中的逆变器使用电流反馈控制。使得逆变器近似为电流源。所述分布式发电系统使用直流源和逆变器作为交流电源，使用电流反馈控制使得交流源呈现电流源功能。

当锁相环的输出频率与大电网频率相匹配时，开始调整虚拟阻抗模块中的控制器参数，改变等效阻抗的大小，以改变本地负载的谐振频率。

优选的，步骤1中，所述锁相环对本地负载和大电网相连处的公共点的电压信号进行采集，并根据输入的参考信号对电路频率进行控制。

优选的，所述锁相环所连接的本地负载为rlc并联负载。

虚拟阻抗模块周期性地调整控制器参数，使得等效电容大小周期性变化。

本发明利用锁相环检测线路频率，若处于正常并网情况，线路频率将基本稳定在50hz，若发生了孤岛，则线路频率则会发生波动。

本发明还提供了一种利用虚拟阻抗代替实际阻抗的装置，用于代替实际阻抗对本地负载的谐振频率进行改变，当发生孤岛时，锁相环输出会跟踪本地负载谐振频率变化；当正常并网时，锁相环输出会稳定在大电网频率。

三相同步锁相环的鉴相器通过abc/dq坐标变换得到电网相位θg和锁相环输出相位θc的相位差(vq＝vgsin(θg-θc))，再输入积分器进行处理。锁相环集成在逆变器中，输入为公共点电压，输出控制逆变器。

虚拟阻抗模块的反馈控制电路可等效为与r0相并联的电容kd。虚拟阻抗模块集成在本地负载中，效果等同于本地负载。

本发明的有益效果：

本发明的基于锁相环的分布式发电系统的孤岛检测方法通过引入锁相环技术，提供了一种新的孤岛检测方法，减少了检测盲区，也保证了孤岛检测的效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的三相同步锁相环的框图。

图3是本发明的虚拟阻抗的原型部分示意图。

图4是本发明的虚拟阻抗接入后并联等效电容示意图。

图5是本发明中锁相环发生孤岛效应后的频率输出示意图。

图6是本发明中锁相环发生孤岛效应后的频率输出示意图。

图7是本发明的孤岛检测方法初步判断是否发生孤岛效应的流程示意图。

图8是本发明的通过虚拟阻抗技术进一步判断是否发生孤岛效应的示意流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，本发明方法中的锁相环工作过程如下：鉴相器通过abc/dq坐标变换得到电网相位θg和锁相环输出相位θc的相位差(vq＝vgsin(θg-θc))，再输入积分器进行处理。锁相环集成在图1的dc-ac逆变器中，输入为公共点电压，输出控制逆变器。本发明的分布式发电系统的锁相环有如下作用，当系统正常并网时，锁相环输出跟随大电网频率，从而保持公共点电压频率不变；当系统成为孤岛时，锁相环输出将会向本地负载的谐振频率逼近，使得公共点电压频率最终稳定于本地负载的谐振频率处。

图3为本发明方法中虚拟阻抗原型部分，图4为接入后并联等效电容示意图，即图3中的反馈控制电路可等效为图4中与r0相并联的电容kd。虚拟阻抗集成在本地负载中，效果等同于本地负载。

图5和图6是本发明方法中锁相环的频率输出示意图，如图中所示，系统由正常并网状态突变为孤岛状态，而锁相环输出频率则从50hz突变为本地负载的谐振频率，图5中本地负载的谐振频率小于50hz，而图6中本地负载的谐振频率则大于50hz。发生孤岛之后，锁相环的输出频率会跳变到本地负载的谐振频率处，本发明正是利用锁相环的这种特性来对孤岛状态进行检测。

图7和图8是本实施例的孤岛检测方法初步判断是否发生孤岛的流程示意图。

初步判断孤岛检测方法包括以下步骤：

步骤1，通过锁相环技术检测公共点电压的频率；

步骤2，判断锁相环输出频率与大电网频率是否匹配，是则继续使用虚拟阻抗技术进行检测；否则直接判定发生孤岛；

步骤3，根据上述步骤得到的结果，判断系统是否发生孤岛效应。

由上述锁相环技术在此发明中的作用可知，若锁相环的输出频率偏离大电网频率，那么可以肯定已经发生了孤岛，可以直接执行下一步命令；若锁相环的输出频率和大电网频率相匹配，则还无法断定没有发生孤岛，需要使用虚拟阻抗技术进行下一步检测。

图8是本实施例使用虚拟阻抗配合进行孤岛检测的流程示意图，具体步骤包括：

步骤2-1，通过改变虚拟阻抗模块中控制器的参数来改变等效电容的大小，并以此来改变本地负载的谐振频率；

步骤2-2，再次判断锁相环输出频率与大电网频率是否匹配，是则判定没有发生孤岛；否则判定发生了孤岛；

步骤2-3，根据上述步骤得到的结果，返回到上一步。

由于可能存在本地负载谐振频率本身就与大电网频率相匹配的小概率事件，因此引入虚拟阻抗，动态地改变本地负载的谐振频率表而不用直接接入电容或电感；根据上述锁相环技术的介绍，可知若发生了孤岛效应，锁相环输出会使得线路频率趋向于本地负载谐振频率，因此若加入虚拟阻抗之后，锁相环的输出频率不再与大电网频率匹配，则可以肯定发生了孤岛；相反地，若锁相环的输出频率依然保持与大电网频率想匹配，那么可以肯定没有发生孤岛效应。

本实施例通过引入虚拟阻抗技术，与锁相环技术相配合，提供了一种新的孤岛检测方法，减少了检测盲区，也保证了孤岛检测的效率。