[发明专利]一种低输出电流谐波含量的主动移频式孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网孤岛检测方法，属于新能源发电并网技术领域。

背景技术

随着经济的发展，化石能源日益紧张，环境污染不断加剧，世界各国都在寻求、开发和利用可再生的洁净能源。新能源如太阳能、风能等以其资源丰富、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。分布式发电是对新能源的一种重要应用。分布式发电规模的不断扩大，带来了巨大的经济效益，但同时分布式发电系统的孤岛效应也存在着很大的安全隐患。

当电网停止供电后，分布式发电系统作为孤立电源继续向当地负载供电的现象被称为孤岛效应。孤岛会对电气设备及故障检修人员等造成巨大的损害，因此光伏并网逆变器必须具有快速有效地检测出孤岛的能力。

孤岛检测方法通常分为被动式孤岛检测法和主动式孤岛检测法。

被动式孤岛检测法就是仅仅通过检测公共点的电压幅值、电压频率和谐波等系统参数的变化，来达到孤岛检测的目的。当这些系统参数变化得超出设定的界限值时，逆变器就能检测出孤岛，并停止运行。被动式孤岛检测法中具有代表性的方法是：过/欠压法、过/欠频法、相位突变法和电压谐波检测法等。由于被动式孤岛检测法只是对公共点的系统参数进行检测，而没有对电网注入扰动，因而被动式孤岛检测法不会降低电能质量。但是，当逆变器输出功率与本地负载需要的功率相匹配时，被动式孤岛检测法就不能有效地检测出孤岛，因此被动式孤岛检测法具有较大的检测盲区。

主动式孤岛检测法就是对逆变器的输出电流注入小的扰动，如幅值扰动、频率扰动、相角扰动等。当电网正常供电时，由于大电网的钳制作用，这些小的扰动不足以对电网产生影响。然而，当电网停止供电时，注入的扰动电流就会驱使公共点的系统参数(如频率，电压幅值和相角)快速地超过界限值，则逆变器检测出孤岛，并停止运行。主动式孤岛检测法的检测精度高，检测盲区小，但会降低逆变器输出电能的质量。主动式孤岛检测法中具有代表性的是：输出功率扰动法、输出电流/电压扰动法、主动移频法和滑动频率移相法等。

主动移频法是主动式孤岛检测法中比较实用的检测方法，该方法的孤岛检测效率高，已得到了广泛应用。传统AFD法(Active Frequency Drift：频率偏移检测法)通过在逆变器输出电流的参考波形上每个周期加入一个死区t_Z，如图1所示。t_Z与公共点电压周期一半的比值为斩波率cf。通过施加cf，可以实现参考电流频率的变化，从而控制逆变器输出电流频率的变化。当电网与逆变器连接正常工作时，受电网频率的钳制，公共点的频率稳定为电网频率；当电网断开或故障时，由于逆变器输出电流的扰动，公共点处的电压频率持续增加或减少直到超过频/欠频保护频率的动作阈值，孤岛保护装置动作，使逆变器停止工作。

针对图1所示的传统AFD法的电流参考波形，该电流波形产生的THD(THD：total harmonic distortion，总谐波畸变率)与斩波率cf正相关(THD≈cf)。增大cf时，孤岛检测速度快、检测盲区(NDZ：non-detection zone，检测盲区)小，但THD也会增加较多，因此，NDZ和THD对cf取值来说是相互矛盾的。

发明内容

发明目的：提出了一种低输出电流谐波含量的主动移频式孤岛检测方法，使主动移频式孤岛检测法具有较快的检测速度，较小的NDZ，较低的THD。

技术方案：

一种低输出电流谐波含量的主动移频式孤岛检测方法，包括如下步骤：

步骤1)：通过锁相环采样公共耦合点处的电压频率值和电压相角值，并传输至计算机系统；

步骤2)：所述计算机系统通过采样到的公共耦合点处的电压频率值和电压相角值形成电流相位相对于公共点处的电压相位前移θ或滞后θ的电流波形作为逆变器输出电流参考波形；

步骤3)：实时监测公共点的电压频率，一旦发生孤岛现象，公共点处的电压频率会在所述逆变器输出参考电流波形的干扰下向上超出设定的阈值，这时通过PID控制器调节PWM发生器输出信号使逆变器脱离电网。

其中，所述步骤2)中，当参考电流相位相对于公共点处的电压相位前移θ时，逆变器输出电流的参考波形数学式如下：