[发明专利]一种电流前馈扰动孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网技术领域，尤其涉及一种电流前馈扰动孤岛检测方法。

背景技术

所谓孤岛效应是指当配电网因停电检修或者系统故障与分布式电源跳脱，而太阳能等分布式发电系统未能检测到这一故障，而继续向周围的负载供电，形成了一个孤岛，这个孤岛脱离了电力公司的掌控。这样的一个孤岛由于脱离了供电公司的掌控，不能够被检测人员及时的检测到，这样就对检测人员的人身安全造成了极大的危险。同时孤岛发电系统发出的电压的频率以及相位等都无法进行控制，这样的电压可能会对用户的设备以及配电网造成极大的危害。由此可见，如果孤岛效应没有被及时的检测到，所造成的后果是无法估计的。那么，如果能及时的发现孤岛的运行，这将具有十分重大的意义。光伏序列发出的电由逆变器逆变，并且通过合闸开关和电网并网。当合闸开关处于闭合状态时，光伏系统并网运行；当合闸开关断开时，系统就处于孤岛运行的状态。孤岛运行会影响系统的正常运行，同时会威胁到工作人员的人身安全。具体情况如下：电力公司的检修人员的人身安全将要受到威胁；发电系统上的保护开关的正常工作将会受到影响；孤岛发生区里的供电质量将会下降；孤岛消除以后，并网时会造成相位不同步；由此可见，对孤岛检测方法的研究可以将孤岛运行产生的危害降到最低，这些工作具有十分重要的现实意义。被动式检测方法和主动式检测方法是孤岛检测方法中两个很重要的方法。被动检测方法，利用配电网与分布式电源分离后，检测仪器检测到逆变器输出的电压的频率以及相位都发生了变化，这就表明系统处于孤岛运行状态。这就是被动检测方法。这种检测方法存在较大的检测盲区，这是这种检测方法最大的一个缺点。被动检测方法主要包括这些方法：谐波电压检测方法；频率变化法；电压相位突然变化的方法；过/欠电压等等。谐波电压检测法，由于电网正常工作时，电能质量一般较好，这是因为通过逆变器的电流的少量谐波也会通过公共连接点流入电网，而电网的阻抗很小，这样电网的电压的畸波率就很低。同时，在和大电网并网运行的时候，电能的质量也会受大电网自愈功能的影响。因此，电压的畸波率总是低于阈值。当电网因为检修或者系统故障而停电的时候，分布式电源附近的逆变器以及其他的用电设备的阻抗都会比较大，同时由于没有大电网的自愈功能，公共连接点的电压就是发生畸变，使得电压的畸变率超过阈值，从而就可以被孤岛检测系统检测到。这种方法即使在功率匹配的情况下也能有效的检测到孤岛效应，同时在系统连接多处变压器和逆变器的时候，它的有效率也不会受到影响。然而电压谐波检测法也存在检测阈值参数的设计问题。如果阈值设计得较低，就有可能会导致误跳闸的情况。但是如果把阈值设计得较高的话，就不能够保证孤岛检测的有效性。因此这种方法不能够广泛使用。欠/过压以及欠/过频率检测法，这种检测方法是针对孤岛发生以后，电压的幅值以及频率会发生变化而提出的一种检测方法。这种方法的原理是这样的：当电网因为检修或者系统故障而停电的时候，如果逆变器输出的功率不能够满足负载的要求即(△P≠0)时，公共连接点的电压的幅值以及频率就会发生偏离，一旦超出了规定的正常范围，就会被检测系统检测到，系统就会马上跳闸。但是这种检测方法存在较大的检测盲区。就是当逆变器输出的功率能够满足负载的要求即(△P＝0)时或者△P很小的时候，孤岛运行时公共连接点的电压的幅值以及频率就不会发生很大的变化，这样就不能够被检测系统检测到。这种检测方法对设备的要求很简单，而且成本低廉，但是存在较大的非检测区域，这就限制了这种检测方法的应用和发展。主动检测方法就是通过控制逆变器的输出，扰动其输出的功率、电压以及频率，如果系统运行正常，由于大电网的自愈功能，公共连接点的功率、电压以及频率就不会超出正常范围。但是如果系统处于孤岛运行的状态，公共连接点的功率、电压以及频率就会受到扰动的影响，超出正常阈值，这样就会被检测系统检测到。主动检测方法主要包括有功功率输出检测法，无功功率输出检测方法，主动频率检测法等等。主动检测法检测效果比较好，检测时间短，同时没有较大的检测盲区，但是主动检测法的算法比较复杂，而且由于扰动还降低了系统的电能质量。有功功率扰动法在太阳能并网系统中，如果大电网处于正常工作的状态，由于电力系统的自愈能力，即使不断的扰动并网系统的输出功率，公共连接点的电压也会被钳制，与电网电压一致。但是一旦大电网出现故障而断电，电力系统就失去了自愈能力，扰动其并网系统的输出功率，公共连接点的电压就会发生变化，持续这一扰动，电压的变化就会积累，当电压超出了孤岛检测的阈值的时候，检测系统就会检测到孤岛的发生，从而切断电源。这就是有功功率扰动检测法的工作原理。这种检测方法易于实现，算法简单，对设备的要求不是很高，同时不需要增加电力设备，对于单台逆变器来讲，这种算法的检测盲区比较小，甚至当并网系统输出的功率能够满足负载需求的时候，有功功率的扰动就会打破这种平衡，使得公共连接点的电压发生变化。但是这种检测方法对于多台逆变器同时并网的时候有局限性。就是当扰动使得不同的逆变器的输出电压的变化方向不一致的时候，可能会使得各种变化相互抵消，在公共连接点的电压就可能不会超过检测阈值。这就是这种检测方法的检测盲区。基于相位偏移的检测方法这种方法参考的是电流以及电压的相位差偏移。当系统正常运行的时候，逆变器输出的电流的相位与电网电压一致。在负载一定的情况下，系统的电压电流的相位差与频率成正比。所以正常运行的时候，相位差没有波动，频率也固定在50HZ。当孤岛效应发生时，当频率有变化的时候，电压与电流的相位就会发生偏移。当这种偏移超过了阈值，就会被检测系统检测到。但是当系统的变化到达A或者B的时候，系统就会达到新的平衡，当系统达到平衡的时候，检测系统就不能检测到孤岛效应了。主动频率漂移检测，一般情况下，光伏发电系统是属于电流控制型的输出系统，也就是说将电网电压进行采样，光伏发电系统的电流频率就跟随电网电压的变化而变化。主动频率漂移检测方法就是给光伏发电系统的电流的频率一个小的扰动，如果系统没有孤岛运行，公共连接点的电压的频率都会和电网电压一致，而光伏发电系统输出的电流的频率是和电网电压匹配的，因此，给系统的一个小扰动不会影响到电流的相位以及频率。但是如果系统发生孤岛运行，公共连接点的电压的频率就会不受电网的自愈功能的影响，光伏发电系统输出的电流的频率就会受扰动的影响，不断的积累增加，直至输出的电流的频率超出了阈值，被孤岛检测系统检测到。这种检测方法比较容易实现，而且花费比较低，同时实用性很强，所以受到人们的广泛重视。但是由于给定系统的扰动是单一的一个方向，如果系统发生故障且逆变器的频率变化与扰动的方向相反，这样就会减弱甚至抵消扰动的作用，会导致电流的频率变化速度很慢而延迟检测的时间。为了克服这一缺点，相关文献提出了新的方法。即正反频率扰动检测法；这种检测方法的扰动不是单一方向上的扰动，而是根据频率的变化趋势决定扰动的方向，这样就便于频率偏移的积累，减短检测的时间。拿感性负载进行分析，先给系统一个扰动信号，fe＝4％，在扰动信号的扰动下，光伏系统的输出频率就有所增加，由于是感性负载，系统的频率就会上升，所以最终光伏系统的输出频率的变化就会大于扰动信号，即|Δf|＞|Δf'|。如果先给系统一个扰动信号，fe’＝—4％，在扰动信号的扰动下，光伏系统的输出频率就有所降低，由于是感性负载，系统的频率的减小的幅度就会被削弱，所以最终导致光伏系统的输出频率的变化就会小于扰动信号的绝对值，即|Δf|＜|Δf'|。由于当输出信号为fe＝4％时，|Δf|＞|Δf'|，因此继续不停地输入扰动信号fe＝4％，f的值就不断的增加，直到超过了检测阈值fi，就会被检测到孤岛，从而使得合闸开关断开。如果是容性负载的情况，情况就和上面的情况相反。