CN104950202A - 一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，该检测方法首先采集电网电压，经过锁相环得到频率f，再通过带通滤波器得到Δf，然后将Δf乘以增益，结果通过限幅器得到无功电流扰动量Δi，最后将扰动量加到无功电流给定上去。电网断电时，当逆变器检测到的频率增大时，正反馈作用会使逆变器q轴电流给定增加，这样会增大逆变器输出的无功功率。根据负载的无功-频率特性，频率会进一步增大。增大的频率进一步增加逆变器的无功功率，最终频率会超出正常工作范围，配合被动孤岛检测方法，最终可以检测出孤岛状态。本发明没有检测盲区；由于不存在人为引入的电流扰动，对电能质量的影响也较小。

Description

一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法及***

技术领域

    本发明涉及到并网逆变器领域的孤岛检测技术，具体涉及一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法及***。

背景技术

随着全球环境的日益恶化，新能源发电技术受到人们越来越多的关注，并网逆变器做为可再生能源与电网之间能量交换的装置也得到了广泛的应用。在可再生能源、并网逆变器和电网组成的分布式发电***或微网***中，由并网逆变器和电网共同向负载供电。当电网发生故障断开时，负载由并网逆变器单独供电，***将会脱离电网继续运行，形成孤岛。孤岛效应使电压及其频率失去控制，孤岛***中的电压和频率将会发生较大的波动，从而对电网和用户设备造成损坏；孤岛效应使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，这会给电网维修人员和用户带来电击的危险。因此，并网逆变器必须具备一种可靠有效的孤岛检测方法。

目前，常用的孤岛检测方法分为被动式孤岛检测法和主动式孤岛检测法。

被动式孤岛检测法常用的是检测电压幅值和频率，当电压幅值或频率越过设定的保护阈值时可以检测出孤岛状态。但是当逆变器提供的有功和无功功率与负载需求的只有轻微失配甚至完全匹配时，电压幅值与频率偏移量难以越过设定的保护阈值，孤岛检测就会失败，有较大的检测盲区。

        主动式孤岛检测法常用的是主动频率偏移法，原理是并网逆变器通过向电网注入稍微有点失真的电流，以使得逆变器输出端电压的频率在断网后形成一个连续向上或向下改变的趋势，最终频率偏移超过设定阈值，则孤岛状态被检测出来。主动频率偏移法所加扰动使电流波形畸变，会影响并网逆变器的输出电能质量；另外对于向上移频法，如果负载呈阻容性，则可能造成孤岛检测失败。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种对逆变器输出电能质量影响小，且无检测盲区的孤岛检测方法和***。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，在每个采样周期读取并网点电压；

步骤2，将并网点电压经过锁相环得到频率f；

步骤3，判断并网点电压频率f是否大于过频或小于欠频保护阈值，如果是，则检测出孤岛状态，停机，断开与电网的连接；如果没有，进入步骤4；

步骤4，将并网点电压频率经过带通滤波器得到通带带宽Δf，将通带带宽Δf乘以比例增益系数，得到的值通过限幅得到无功电流扰动量Δi，将无功电流扰动量Δi加在无功电流给定上；

步骤5，根据负载的无功-频率特性：

                                                 ，

电网断电时，逆变器检测到的频率增大，正反馈作用会使逆变器q轴电流给定增加，这样会增大逆变器输出的无功功率，从而频率会进一步增大，增大的频率进一步增加逆变器的无功功率，最终频率会超出正常工作范围，配合被动孤岛检测方法，最终检测出孤岛状态。

作为上述方案的进一步改进，所述步骤2中的锁相环为同步参考坐标系锁相环。

进一步，所述过频保护阈值为50.2Hz，欠频保护阈值为47.2Hz。

一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测***，包括并网逆变器、负载和电网，其特征在于还包括：

电流、电压采集单元，分别用于采集并网逆变器的输出三相电流（i_a、i_b、i_c）和并网点三相电压（u_a、u_b、u_c）；

电流、电压abc—dq相坐标变换器，分别用于将三相电流、电压（i_a、i_b、i_c）、（u_a、u_b、u_c）转换成旋转电流、电压（i_d、i_q）、（u_d和u_q）;

锁相环PLL，与电压abc—dq相坐标变换器相连，用于计算锁相角q和频率f，其中锁相角qq用来参与电流、电压abc—dq相坐标变换器之间的坐标变换；

带通滤波器，与锁相环PLL相连，用于计算通带带宽Δf；

增益模块，用于将通带带宽Δf乘以增益放大；

限幅器，与增益模块相连，用于将乘以增益后的Δf值经过限幅得到无功电流扰动量Δi；

d轴比例积分调节器，用于将实际电流d轴分量i_d与d轴电流给定量i_d ^*进行比较后的误差值进行积分变换，得到d轴控制量；

q轴比例积分调节器，用于将实际电流q轴分量i_q与q轴电流给定量i_q ^*加上无功电流扰动量Δi的值进行比较后的误差值进行积分变换，得到q轴控制量；

dq-αβ坐标变换器，用于将d轴、q轴控制量转换成αβ轴下的控制量；

SVPWM调制器，用于将αβ轴下的控制量通过SVPWM调制算法得到PWM波控制逆变器各桥臂的通断。

作为上述方案的进一步改进，所述锁相环为同步参考坐标系锁相环。

本发明的有益效果是：本发明的基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法没有检测盲区；由于不存在人为引入的电流扰动，对电能质量的影响也较小，采用在电网正常时，由于并网点电压频率的波动很小，逆变器对并网电流只施加很小的无功电流扰动，对并网逆变器的功率因数没有影响，对并网电流谐波的影响也很小；本发明不受负载性质的影响，能够检测出高品质因数***下的孤岛状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：

图1是本发明实施例的控制***框图；

图2是本发明实施例的控制流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思及技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参照图2，一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，包括以下步骤：

步骤1，在每个采样周期读取并网点电压ua、ub、uc；

步骤2，将并网点电压经过同步参考坐标系锁相环得到频率f；

步骤3，判断并网点电压频率f是否大于50.2Hz，或小于47.2Hz，如果是，则检测出孤岛状态，停机，断开与电网的连接；如果不是，则进入步骤4；

步骤4，给并网电流施加扰动，将并网点电压频率f经过一个二阶带通滤波器得到Δf，带通滤波器可以滤除f中的高频噪声和直流分量，高频噪声会影响电能质量，而直流分量会影响稳态下的给定值；将Δf乘以一个增益，增益的大小影响孤岛检测速度的快慢，增益越大，孤岛检测速度越快，但过大的增益会影响***在电网电压正常情况下运行的稳定性；Δf乘以增益后的值通过限幅得到无功电流扰动量Δi，将无功电流扰动量Δi加在无功电流给定上。

步骤5，根据负载的无功-频率特性：

，判断是否发生孤岛状态。电网断开时，当逆变器检测到的频率增大时，正反馈作用会使逆变器q轴电流给定增加，这样会增大逆变器输出的无功功率。根据上式中负载的无功-频率特性，并网点电压频率会进一步增大以平衡无功。增大的频率进一步增加逆变器的无功功率，最终频率会超出正常工作范围，触发过频率保护，孤岛状态被检测出来。当频率减小时有同样的正反馈机理。

参照图1，一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测***，包括并网逆变器、负载和电网，还包括：

电流、电压采集单元，分别用于采集并网逆变器的输出三相电流（i_a、i_b、i_c）和并网点三相电压（u_a、u_b、u_c）；

电流、电压abc—dq相坐标变换器，分别用于将三相电流、电压（i_a、i_b、i_c）、（u_a、u_b、u_c）转换成旋转电流、电压（i_d、i_q）、（u_d和u_q）;

同步参考坐标系锁相环PLL，与电压abc—dq相坐标变换器相连，用于计算锁相角q和频率f，其中锁相角qq用来参与电流、电压abc—dq相坐标变换器之间的坐标变换；

带通滤波器，与锁相环PLL相连，用于计算通带带宽Δf；

增益模块，用于将通带带宽Δf乘以增益放大；

限幅器，与增益模块相连，用于将乘以增益后的Δf值经过限幅得到无功电流扰动量Δi；

d轴比例积分调节器，用于将实际电流d轴分量i_d与d轴电流给定量i_d ^*进行比较后的误差值进行积分变换，得到d轴控制量；

q轴比例积分调节器，用于将实际电流q轴分量i_q与q轴电流给定量i_q ^*加上无功电流扰动量Δi的值进行比较后的误差值进行积分变换，得到q轴控制量；

dq-αβ坐标变换器，用于将d轴、q轴控制量转换成αβ轴下的控制量；

SVPWM调制器，用于将αβ轴下的控制量通过SVPWM调制算法得到PWM波控制逆变器各桥臂的通断。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，在每个采样周期读取并网点电压；

步骤2，将并网点电压经过锁相环得到频率f；

步骤3，判断并网点电压频率f是否大于过频或小于欠频保护阈值，如果是，则检测出孤岛状态，停机，断开与电网的连接；如果没有，进入步骤4；

步骤4，将并网点电压频率经过带通滤波器得到通带带宽Δf，将通带带宽Δf乘以比例增益系数，得到的值通过限幅得到无功电流扰动量Δi，将无功电流扰动量Δi加在无功电流给定上；

步骤5，根据负载的无功-频率特性：

                                                 ，

电网断电时，逆变器检测到的频率增大，正反馈作用会使逆变器q轴电流给定增加，这样会增大逆变器输出的无功功率，从而频率会进一步增大，增大的频率进一步增加逆变器的无功功率，最终频率会超出正常工作范围，配合被动孤岛检测方法，最终检测出孤岛状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤2中的锁相环为同步参考坐标系锁相环。

3.根据权利要求1所述的一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，其特征在于：所述过频保护阈值为50.2Hz，欠频保护阈值为47.2Hz。

4.一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测***，包括并网逆变器、负载和电网，其特征在于还包括：

电流、电压采集单元，分别用于采集并网逆变器的输出三相电流（i_a、i_b、i_c）和并网点三相电压（u_a、u_b、u_c）；

电流、电压abc—dq相坐标变换器，分别用于将三相电流、电压（i_a、i_b、i_c）、（u_a、u_b、u_c）转换成旋转电流、电压（i_d、i_q）、（u_d和u_q）;

锁相环PLL，与电压abc—dq相坐标变换器相连，用于计算锁相角q和频率f，其中锁相角qq用来参与电流、电压abc—dq相坐标变换器之间的坐标变换；

带通滤波器，与锁相环PLL相连，用于计算通带带宽Δf；

增益模块，用于将通带带宽Δf乘以增益放大；

限幅器，与增益模块相连，用于将乘以增益后的Δf值经过限幅得到无功电流扰动量Δi；

d轴比例积分调节器，用于将实际电流d轴分量i_d与d轴电流给定量i_d ^*进行比较后的误差值进行积分变换，得到d轴控制量；

q轴比例积分调节器，用于将实际电流q轴分量i_q与q轴电流给定量i_q ^*加上无功电流扰动量Δi的值进行比较后的误差值进行积分变换，得到q轴控制量；

dq-αβ坐标变换器，用于将d轴、q轴控制量转换成αβ轴下的控制量；

SVPWM调制器，用于将αβ轴下的控制量通过SVPWM调制算法得到PWM波控制逆变器各桥臂的通断。

5.根据权利要求4所述的一种基于无功-频率正反馈的孤岛检测方法，其特征在于：所述锁相环为同步参考坐标系锁相环。