[发明专利]光伏并网逆变器孤岛检测方法

说明书

技术领域

发明涉及光伏并网逆变器，具体涉及一种主动式孤岛检测方法，该方法可以提高孤岛检测的速度，并且具有对电网影响小的优点。

背景技术

21世纪，能源问题成为全世界共同关注的十大问题之首，太阳能作为一种重要的可再生能源越来越受到人们的关注，太阳能光伏并网发电也成为重要的发电方式之一。随着光伏发电的不断发展，并网发电模式更加体现出它重要的价值。但是这种发电模式存在的孤岛效应对电网、逆变器以及人生安全都造成极大的威胁。所谓孤岛效应即逆变器及其供电的局部电网的负载从主电网中脱离，并且脱离后并网逆变器给局部电网中的负载持续供电。这样会导致严重的后果：1)局部电网中的频率幅值不可控会给用电设备造成损害；2)局部电网中的线路仍然带电可能会威胁维修人员的生命安全；3)负载和逆变器电源容量不匹配时可能会损坏逆变器；4)非同相合闸时，可能会引起再次跳闸，或者损坏逆变器电源和与其链接的设备。因此光伏并网逆变器都必须具有很强的孤岛检测功能。随着数字控制的发展，孤岛检测的方法也随之多样化。孤岛检测主要分两大类：

一、被动检测，即通过监测逆变器输出端与电网耦合点的电压参数(幅值、频率、谐波)，并调节逆变器在满足孤岛效应条件时脱离电网。这类方法只是检测并不会向电网输入杂波，所以逆变器输出的电能质量较高。可分为以下几种方法：

(1)一般逆变器会装有过压保护(OVR)、欠压保护(UVR)、过频保护(OFR)、欠频保护(UFR)四种保护电路，一旦电压频率变动越限，即启动保护，将并网系统切离电网。

(2)电压谐波检测法：电流控制型逆变器参考电压为市电电压。当市电断电时，并网逆变器上会产生失真的电压波形，而该波形作为输出电流的参考波形，则输出电流中将含有大量谐波成分。

(3)相位偏移检测：电网断电以后，逆变器电压及电流的相差由负载决定，如果所带负载非纯阻性而造成一定相角，则孤岛可以被检测出来。

(4)关键电量变化率检测：孤岛发生以后，由于系统的不稳定，功率、频率等电量都比较敏感，其变化率将增大，可以通过检测输出功率变化率dP/dt，输出频率变化率df/dt，频率对输出功率的偏导等变量值是否超出限值来判断孤岛的产生。

二、主动检测，即对逆变器输出电流引入变化或扰动，促使系统处于孤岛状态时公共耦合点电压参数偏离正常值，并在超出设定范围时，停止逆变器并网运行的一类方法。此类方法比前述的无源检测方法性能提高，但是由于扰动的引进，逆变器的输出电能质量也受到了不同程度的影响。根据原理不同常用的有以下两种方法：

(1)主动频率偏移AFD(active frequency drift)：主动频率偏移法通过在逆变器输出电流的参考值上每周期加入一个死区时间t_z，如图4所示。也即输出电流的参考值的频率有一个偏移δf，则v＝sin(2π)(f+δf)(t-T₁)，其中T₁是检测到两次电网电压过零点的时间间隔，以便在每个周期与电网同步。在电网侧的输出电压和电流就有相位差ω/(tz*2)。孤岛产生后，为了达到负载RLC电路的谐振频率以及相角差，逆变器的输出频率持续增加或减少直至超越过/欠频的额定值。

采用AFD方法的电压电流波形图如图1所示。

此方法适用于绝大多数的RLC负载，但是当主动频移造成的相位差恰好与孤岛时负载RLC电路的相位差相等时，该检测方法失效。

(2)滑动频率偏移SMS(slip-mode frequency shift)：SMS检测法是基于相位的偏移扰动，即将输出电流的参考电压相位平移θ，v＝sin[(2πf)(t-T₁+k₂)]，其中k₂＝θ/360该相角是频率的正弦函数式：θ＝θ_msin{π(f-fr)/[2(f_m-f_r)]}因此，逆变器的SMS相频特性曲线如下图。图中斜线为负载相频特性曲线。因为在一定负载条件下，输出电流电压的相差与频率成正比。由图可知，当并网运行时，逆变器输出频率为50Hz，输出电流电压相位差为0。当电网断电后，如果频率有微小的增大/减小，输出电流跟随给定电压相角偏移则按SMS曲线增大/减小，而负载特性决定了相角与频率只能成比例增加/减少。因此，只有在A、B两点系统才达到新的平衡。在此过程中，如频率的变化已经超出OFR/UFR额定值范围，那么孤岛将被检测到。

上述逆变器SMS相频曲线和负载相频曲线如图2所示。

发明内容