[发明专利]一种改进的间歇性无功功率扰动孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到分布式发电系统和并网逆变器应用领域中的孤岛检测技术，尤其是一种无改进的间歇性无功功率扰动孤岛检测方法。

背景技术

由于化石能源等不可再生能源的快速消耗以及环境问题的日益严重，新能源分布式发电逐渐受到了广泛的关注。在新能源分布式发电中，风能、光伏，燃料电池等产生的电能，经过功率变换器变换成合格的电能并入电网。并网逆变器作为新能源和电网之间的接口，可以对电能进行变换并进行电能质量控制。通常分布式发电系统包括单相或三相并网逆变器，断路器，本地负载及公共电网。并网逆变器与本地负载经过断路器与公共电网连接，连接点为公共耦合点(PCC)。当外电网发生故障而断开时，并网逆变器和本地负载脱离电网形成局部带有发电装置的电网结构，称之为孤岛。孤岛产生的原因很多，主要包括电网故障、断路器损坏及自然灾害等导致的线路破坏。孤岛的发生一般是不可预知的，可能会带来分布式发电装置和本地负载因电压或频率失控造成的损坏，甚至对人身安全构成一定的威胁。所以，分布式发电系统必须采用一种有效的孤岛检测方法来检测孤岛的发生。

孤岛检测方法通常被分为三类：(1)无源孤岛检测方法；(2)有源孤岛检测方法；(3)外部通信孤岛检测方法。通常用非检测区（NDZ）来衡量孤岛检测方法的有效性，非检测区表示的是特定的孤岛检测方法在给定本地负载特性条件下不能检测出孤岛状态的区域。

无源孤岛检测方法通过检测公共耦合点的电压幅值、频率、相位和谐波等系统电量参数来判断孤岛的发生。过/欠电压法（OVP/UVP），超/欠频率法（OFP/UFP）是最常用的无源孤岛检测方法。过/欠电压法通过检测公共耦合点电压幅值是否超出电网电压允许范围来判定孤岛的发生，而超/欠频率法通过检测公共耦合点电压频率是否超出电网频率允许范围来判定孤岛的发生。GB/T 19939-2005(光伏系统并网技术要求)规定电网频率不能超出49.5Hz到50.5Hz的范围。无源孤岛检测方法实现简单，不影响并网电能质量，但是当逆变器输出有功和无功功率与负载消耗的有功和无功接近的时候，无源孤岛检测方法可能失效，落入非检测区。

有源孤岛检测方法是通过并网逆变器对公共耦合点引入扰动，促使孤岛发生后系统的电量参数(包括电压幅值、频率等)超出允许范围，从而判定孤岛的发生。有源孤岛检测方法包括频率偏离法（AFD），滑模频率偏移法（SMS），Sandia频率偏移法，无功功率扰动法（RPV）等。有源孤岛检测方法减小甚至消除非检测区，同时会对并网电能质量有一定的影响。传统的间歇性无功功率扰动方法是在一个扰动周期内引入恒定量的正无功扰动和负无功扰动，可以消除非检测区。但是传统的无功功率扰动方法会对并网逆变器输出的无功功率引入较大的扰动量，降低逆变器输出功率因数，存在着比较大的缺陷。

外部通信检测方法通过在电网和分布式发电装置之间建立通讯联系来检测孤岛的发生，但是过高的成本限制了外部通信检测方法的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种的主要目的在于提出一种改进的间歇性无功功率扰动孤岛检测方法。该方法通过在无功扰动周期的初始时刻检测公共耦合点电压频率，计算出本周期所需引入的最小无功扰动量，从而成功检测孤岛的发生。

一种改进的间歇性无功功率扰动孤岛检测系统包括孤岛测试主电路、频率检测模块、无功功率扰动控制环路、逆变器控制器、以及频率判定模块；孤岛测试主电路包括基于PWM调制的单相/三相并网逆变器、RLC负载、用于连接电网的断路器以及电网；频率检测模块用于每采样周期检测公共耦合点电压频率；逆变器控制器用于控制逆变器输出指定的无功功率量；频率判定模块用于判定孤岛是否发生；间歇性无功功率扰动控制环路包括无功功率扰动量计算模块和间歇性无功功率扰动信号模块。

该方法具体检测步骤包括：

步骤一，在每一个采样周期内，频率检测模块检测出公共耦合点的电压频率；

步骤二，在每个无功扰动周期T的初始时刻，无功功率扰动量计算模块根据此时频率检测模块所提供的频率值f，计算出本周期无功扰动时间内逆变器应该输出的无功扰动量Q，当f≤50Hz时，本周期输出无功扰动量为：

当f >50Hz时,输出无功扰动量为：