[发明专利]施加脉冲电流干扰的频率偏移孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是施加脉冲电流干扰的频率偏移孤岛检测方法，是对传统的频率偏移(AFD)法的改进，属于太阳能光伏发电技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，世界各国对能源的需求急剧增加，能源消耗和环境保护成为了经济可持续发展的两大瓶颈，开发和利用可再生能源已成为全世界的共识。太阳能作为一种新兴绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。从长远前景来看，光伏发电将是最具潜力的战略替代发电技术之一。太阳能光伏发电实现光能到电能的转换，电能可离网使用或并网输送，在传输、存储、使用等方面十分方便，极具优势。

光伏发电系统主要包括光伏电池、升压环节、逆变并网环节，其基本结构图如图1所示。逆变器并网运行存在着潜在危险——孤岛效应，即当电网由于电气故障或自然因素等原因中断供电时逆变器仍向电网传输电能，和本地负载形成一个公共电网系统无法控制的自给供电孤岛。孤岛现象的存在会危及到人身及设备的安全。因而，实际系统中逆变器并网必须要有完善的反孤岛保护措施，能快速准确地检测到电网发生故障，并及时切断逆变器的输出，以避免不必要的人员伤亡和财产损失。随着电力系统重合闸要求的不断提高，实际应用中对反孤岛保护的要求也越来越高。国际上已经先后制定针对孤岛效应防护的并网技术标准和具体的反孤岛测试电路，提出了不少孤岛效应检测的方法。

逆变器侧的孤岛检测方法，按是否人为施予扰动可分为被动(无源)检测和主动(有源)检测两种。被动式检测法监测公共耦合点电压的特征量，如幅值、频率、相位和谐波等，判断它们在电网故障前后是否发生变化，实现孤岛检测。此类方法的缺点是，当光伏系统输出功率与本地负载功率平衡时，孤岛效应很难检测到。具体方法有过/欠电压保护(OVP/UVP)检测、过/欠频率保护(OFP/UFP)检测、相位突变检测、电压谐波检测等。主动式检测法，通过控制逆变器的输出，在电网故障时使扰动快速累积并超出允许范围，从而触发反孤岛保护电路，实现孤岛检测。这类方法检测精度高，NDZ小，但会降低逆变器输出电能的质量。具体方法包括输出功率扰动法、输出电流/电压扰动法、主动频率偏移(AFD)法和滑动频率移相法等。

AFD法是目前研究较多的一种方法，该方法对逆变器输出电流I_inv加入零点时间t_z，其基本原理如图2所示。t_z与公共耦合点电压周期一半T_pcc/2的比值为斩波率cf，通过cf的施加，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跟踪变化。图2所示对应cf为正值的情况，T_pcc/2大于T_inv/2，I_inv的频率增大；反之，cf为负值时，T_pcc/2小于T_inv/2，I_inv的频率减小。当市电存在时，受电网频率的钳制，公共耦合点(Point of Common Coupling，PCC)电压U_pcc的频率稳定；当电网故障时，逆变器输出电流产生扰动，U_pcc频率不断变化。实时监测系统一旦检测到频率达到过/欠频保护(OFP/UFP)频率动作阈值，孤岛保护装置动作，切断逆变器的输出。

cf取值的大小和极性关系到逆变器输出电流的THD、检测的时间和盲区。图3所示为cf与逆变器输出电流谐波THD的关系。为满足逆变器并网谐波限制要求，cf大小应控制在±5％以内。图4所示为采用Q_f0×C_norm法描述AFD法的NDZ，其中Q_f0、C_norm定义如式(1)、(2)所示

Qf0=Rω0L---(1)]]>

C_norm＝CLω₀                       (2)