一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种光伏发电系统的孤岛保护方法，该方法是一种基于双矢量角的主动式孤岛保护技术，该技术采用扰动前和扰动后两个电压矢量角，提取其中的扰动分量，并融入Sandia孤岛保护技术；该方法不仅提高了光伏系统孤岛保护的性能，而且克服了传统相位扰动算法带来的有功功率波动的缺点，提高了正常运行时的逆变器输出功率性能。
【专利说明】-种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子和光伏发电逆变器控制领域，特别是涉及一种基于双矢量角 的并网光伏系统孤岛保护方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源的日益紧张和用户对供电可靠性的要求越来越高，分布式发电在电力系 统中起着越来越大的作用，太阳能光伏（photovoltaic，PV)发电系统是分布式发电中非常 重要的发电方式之一。太阳能发电系统将电能送上电网，称为并网系统。当电网供电因故 障事故或停电维修而跳闸时，各个用户端的光伏发电系统未能及时检测出停电状态从而将 自身切离市电网络，最终形成有光伏并网发电系统和其相连负载组成的一个自给供电的孤 岛发电系统。孤岛发电系统会带来以下危害：电网中的电压频率相位无法控制，可能对用 户设备带来损害；使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给相关人员（如电 网维修人员和用户）带来电击的危险；而当电网恢复后，又会由于相位或频率和电网不同步 带来很高的冲击电流，从而损害孤岛系统中的分布式发电装置，甚至导致电网重新跳闸。因 此，不管从安全性还是可靠性方面来考虑，光伏发电系统都应具备孤岛保护功能。而且现在 国内光伏系统都需要通过金太阳认证，其中对孤岛保护做出了强制要求。
[0003] 目前光伏逆变器孤岛保护方法一般分为两大类：第一类称为被动式孤岛保护策 略，如不正常的电压和频率、相位监视和谐波监视等；第二类称为主动式孤岛保护策略，如 频率偏移和输出功率扰动等。第一类方法比如过/欠压，过/欠频保护，通过检测并网点的 电压和频率是否异常来判断孤岛状态，比较简单，但是只有在电源一负载不匹配程度较大 时才能有效，在其他情况可能会导致孤岛检测失效。第二类方法如频率或者相位偏移，这类 主动式方法在控制信号中人为注入扰动成分，从而使得频率或者相位偏移，这类主动式方 法大大增强了系统的孤岛保护能力。
[0004] 主动式孤岛保护最为常用的方案是扰频法（AFD)，扰频法主要通过向并网点注入 频率变化的电流信号，使并网点发生频率的变化，从而形成正反馈过程，最终并网点电压的 频率超出正常的工作阈值进而触发保护，达到孤岛保护的目的。然而AFD的思想在三相并 网逆变器的实现上，又不同于单相的理论，需要通过无功功率扰动的角度分析。而且在实际 应用来中存在速度过慢和有功功率波动的缺点。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种新型的基于双矢量角的AFD孤岛保护方法，该技术采用扰动前 和扰动后两个电压矢量角，提取其中的扰动分量，并融入Sandia孤岛保护技术，该方法不 仅提高了孤岛保护的性能，而且克服了经典AFD算法带来的有功功率波动的缺点，提高了 正常运行时的逆变器输出功率性能。
[0006] 本发明技术方案如下： 一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，所述方法步骤包括：电网电压的矢 量定位的控制方法；双矢量角的孤岛保护方法。
[0007] 进一步的，所述电网电压的矢量定位的控制方法即用一个静止 坐标系下的矢量角度来表达三相电压/电流的相位信息，通过电网电压矢量角将三相 交流量转为同步旋转dq坐标系下的直流量，再通过电压反馈环和电流反馈环产生PWM调制 信号。
[0008] 进一步的，所述双矢量角的孤岛保护方法的步骤包括： a、 电网电压矢量角通过软件锁相环获得； b、 扰动角度的计算； c、 Sandia加速方法的实现； d、 双矢量角AFD保护方法的实现。
[0009] 进一步的，步骤b中设基准频率为Π ，扰动频率f2,向上扰动频率f2, f2>fl，门限 计算值由下式求得
【权利要求】
1. 一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，所述方法步骤包括：电网电压的 矢量定位的控制方法；双矢量角的孤岛保护方法。
2. 根据权利要求1所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特征在 于：所述电网电压的矢量定位的控制方法即用一个《多坐标系下的矢量角度来表达三相电 压/电流的相位信息，通过电网电压矢量角将三相交流量转为同步旋转dq坐标系下的直流 量，再通过电压反馈环和电流反馈环产生PWM调制信号。
3. 根据权利要求1所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特征在 于，所述双矢量角的孤岛保护方法的步骤包括： a、 电网电压矢量角通过软件锁相环获得； b、 扰动角度的计算； c、Sandia加速方法的实现； d、 双矢量角AFD保护方法的实现。
4. 根据权利要求3所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特征在 于：步骤b中设基准频率为Π，扰动频率f2,向上扰动频率f2>fl，门限计算值由下式求得：
设电网电压矢量角度为--,扰动角度为色，按下式求得
5. 根据根据权利要求3所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特 征在于：步骤c中的Sandia加速算法的实现按下式求得频率扰动量石， fd=fi + A(f-Jg)； 然后用频率扰动量力计算扰动频率/2，如下式：f^=fs ; 式中，"4为频率扰动量，Λ表示电网标准频率50Ηζ，Λ为频率扰动量基值，J为加速 因子，/为当前电压频率，/2为扰动频率。
6. 根据根据权利要求3所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特 征在于：步骤d计算出电网电压矢量角度β和扰动角度贫，使用电网电压矢量角度β,通过 dq变换，将三相电流转换为同步旋转dq坐标系下的电流有功分量Zli和电流无功分量; 同理，再使用扰动角度贫计算出扰动的^，从其中提取出扰动量，最终将此扰动量Δ& 加入进无功电流给定值& ;其中心^ 4 -Ifl。
7.根据权利要求6所述的一种基于双矢量角的并网光伏系统孤岛保护方法，其特征在 于：所述dq变换公式如下：
式中，/a、4、Ztr分别为a相、b相、c相三相电流。
【文档编号】H02J3/38GK104269830SQ201410542172
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】石方舟, 闵泽生, 陈建国, 蒋驰雷, 陈辉, 徐纯科 申请人:四川东方电气自动控制工程有限公司