带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分布式并网发电防孤岛保护领域，特别涉及一种带电压频率绝对值正 反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法及系统。
【背景技术】
[0002] 孤岛现象是指当电网失压时，光伏系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续 供电的状态，从而形成了一个不可控的供电网络。具体的讲，就是当电力公司的供电因故障 或停电检修而跳闸时（例如大电网停电），分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态 而将自身切离供电网络，形成由并网发电系统和当地负载组成的一个电力公司无法掌握的 自给供电孤岛。
[0003] -般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响， 包括：
[0004] 1)危害电力维修人员的生命安全；
[0005] 2)影响配电系统上的保护开关动作程序；
[0006] 3)孤岛区域所发生的供电电压与频率的不稳定性质会对用电设备带来破坏；
[0007] 4)当供电恢复时造成的电压相位不同步将会产生浪涌电流，可能会引起再次跳闸 或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏。
[0008] 由此可见，作为一个安全可靠的光伏逆变系统，必须能及时检测出孤岛效应并避 免所带来的危害。
[0009] 主动频率偏移法（Active Frequency Drift, AFD)是较为常用的主动式孤岛检测 方法，其基本原理是检测公共親合点（Point of Common Coupling, PPC)处电压的频率，并 加入固定的扰动，使之比上一周期PCC点出电压的频率略高（或略低），再作为逆变器输出 电流的参考频率。若逆变器输出电流半波已到达零点而电压未到达，则强制电流给定为零， 直到电压过零则再次触发下一个半波。图1是AFD法的工作原理，图中1]^为公共耦合点电 压，i为加入主动频移法扰动后的逆变器输出电流。定义截断系数cf:电流过零点超前（或 滞后）公共点电压过零点的时间间隔^与公共点电压周期Tv-半的比值，即：％ = 逆 % 变器输出电流的频率为f = fg+A f，其中Δ f = Cf · fg;电网正常运行时，PPC点电压受电 网电压的钳制，频率保持不变；电网失压后，逆变器输出电流的频率将根据上个周期内测得 的公共耦合点PCC的电流频率来改变，即：finv (k+1) = finv (k) + Δ f，因此PCC点的电压频率 受电流频率的影响发生偏离，频率偏移到一定的阈值后就可以判断出孤岛现象。国家标准 要求光伏并网逆变器输出电流的总谐波系数THD不得大于5%，因此根据文献的介绍，截断 系数的最大取值为cf= 0. 05,过大的截断系数会导致THD过大而影响电能质量，但过小的 截断系数会使防孤岛现象很难被检测出，因此有较大的检测盲区。
【发明内容】
[0010] 针对上述现有技术存在的问题和难点，本发明提出了一种带电压频率绝对值正反 馈的主动频率偏移防孤岛控制算法。
[0011] 本发明实施例带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法，包括如 下步骤：
[0012] S1:检测公共耦合点电压频率f和公共耦合点电流的幅值I，计算出逆变器输出电 流 i (ω t);
[0013] S2:判断公共耦合点电压频率f小于最大频率或者大于最小频率f_是否成 立，若成立执行步骤S5,不成立则执行步骤S3 ;
[0014] S3:每周期采用步骤S1所计算的逆变器输出电流i (on)给逆变器并网输出电流 添加扰动，并检测添加扰动后的公共耦合点电压频率f ;
[0015] S4:判断f'是否大于最大频率^，如果是则进入步骤S5,否则返回步骤S1 ;
[0016] S5:采取防孤岛动作。
[0017] 本发明所述的带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法中，步骤 S2中所述最小频率f_设定为49. 5Hz，所述最大频率设定为50. 5Hz。
[0018] 本发明所述的带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法中，步骤 S1中逆变器输出电流i (cot)以如下公式表述：
[0020] 其中，I为逆变器输出电流的幅值，f为公共耦合点电压频率，fg为并网电压频率，
k和X分别为待定系数，其中X多1 ;
[0021] -0· 1 < k < 0· 1，k 乒 0〇
[0022] 本发明还提供了一种带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制系统， 包括：
[0023] 电压频率检测模块，用于检测公共耦合点电压频率f ;
[0024] 电流检测模块，用于检测公共耦合点电流的幅值I ;
[0025] 计算模块，用于根据检测的公共耦合点电压频率f和公共耦合点电流的幅值I计 算出逆变器输出电流i(?t);
[0026] 第一判断模块，用于判断公共耦合点电压频率f小于最大频率或者大于最小 频率^_是否成立，若成立则采取防孤岛动作，不成立则启动添加扰动模块；
[0027] 添加扰动模块，用于每周期采用计算的逆变器输出电流i(cot)给逆变器并网输 出电流添加扰动，并检测添加扰动后的公共耦合点电压频率f ;
[0028] 第二判断模块，用于判断公共耦合点电压频率f'是否大于最大频率f_，如果是 则采取防孤岛动作，否则重新通过计算模块计算逆变器输出电流i ( ω t);
[0029] 防孤岛动作模块，用于执行防孤岛动作。
[0030] 本发明的有益效果：本发明以带电压频率正反馈的主动频移法为基础，减小了主 动频移法导致的较大的THD，保证了电能质量；在电压频率正反馈中加入绝对值能控制频 率扰动向着固定的方向，克服了主动频移法THD较大、检测盲区较大的问题，也克服了带电 压频率正反馈的主动频移法公共点电压频率震荡的问题，可以实现任何情况下孤岛现象都 能顺利检测的功能，具有工程实际意义。
【附图说明】
[0031] 图1为现有技术中的主动频移法（Active Frequency Drift, AFD)的工作原理图；
[0032] 图2为本发明实施例带电压频率绝对值正反馈的主动频移法流程图。
[0033] 图3为本发明实施例用于孤岛检测的带有本地负载的电路原理框图；
[0034] 图4为本发明实施例给定k = 0. 05和X = 2时公共点电压和公共点电流波形图；
[0035] 图5为本发明实施例给定k = 0. 05和X = 2时公共点电压频率变化波形图；
[0036] 图6为本发明实施例给定k = 0. 05和X = 2时逆变器输出电流的总谐波系数分 析。
[0037] 图7为本发明实施例带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制系统 的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图来对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0039] 为了减少电流扰动对电能质量带来的谐波干扰，而又不影响孤岛的检测特性，本 发明提出了带电压频率正反馈的主动频移法，不直接改变电流的频率而是改变部分电流的 幅值并引入电压频率正反馈，进而打破平衡检测出孤岛效应的发生。
[0040] 图2为本发明实施例带电压频率绝对值正反馈的主动频率偏移防孤岛控制算法 流程图，该算法包括以下步骤：
[0041] S1:检测公共耦合点电压频率f和公共耦合点电流的幅值I，计算出逆变器输出电 流 i (ω t);
[0042] S2:判断公共耦合点电压频率f小于最大频率或者大于最小频率f_是否成 立，若成立执行步骤S5,不成立则执行步骤S3 ;
[0043] S3:每周期用步骤S1所计算的逆变器输出电流函数i (cot)给逆变器并网输出电 流添加扰动，并检测公共耦合点电压频率f ;
[0044] S4:判断f'是否大于最大频率f_，如果是则进入步骤S5,否则返回步骤S1 ;
[0045] S5:采取防孤岛动作。
[0046] 本发明的一个实施例中，可定义逆变器输出电流函数为：
[0048] 其中：I为逆变器输出电流幅值，f为公共耦合点电压频率，fg为并网电压频率， = ?:，k和X为扰动系数，其中X彡1 ;-0· 1 < k < 0· 1，k乒0〇 續
[0049] 为了不影响电能质量，待定系数可设置为：k = 0. 05, X = 2 ;
[0050] 其检测数据设定如下：
[0051] GB/T15945-95中规定，对于电力系统允许的偏差，正常允许为正负0· 2Hz，对于小 容量系统可以放宽到0. 5Hz。微型光伏并网逆变器属于小容量系统，则公共耦合点电压的最 小频率设定为f_= 49. 5Hz，公共耦合点电压的最大频率设定为f_= 50. 5Hz。
[0052] 在引入电压频率正反馈后，电网正常工作时公共点电压受电网电压的钳制，频率 保持不变，即f = fg，此时只有kl引入的非常小量的电流扰动，对电能质量几乎没有影响；