專利名稱：一種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法。
背景技術(shù)：
目前，全世界大部分的電力負(fù)荷是由大電網(wǎng)提供的。但是隨著人們對電能質(zhì)量和供電可靠性的要求越來越高，大型電網(wǎng)也逐漸凸現(xiàn)出其脆弱的一面。尤其近些年來世界范圍內(nèi)接連發(fā)生幾次大面積停電事故，其缺陷充分暴露出來。(I)在大規(guī)模電網(wǎng)互聯(lián)的模式中，其任何一點(diǎn)發(fā)生故障所產(chǎn)生的擾動，就會對整個 電網(wǎng)產(chǎn)生巨大影響，甚至?xí)?dǎo)致整個電網(wǎng)的崩潰，造成災(zāi)難性后果。(2)由于大電網(wǎng)慣性很大，不能靈活的跟蹤電力負(fù)荷變化。(3)對于偏遠(yuǎn)地區(qū)不能進(jìn)行理想的供電。例如某些地區(qū)離電力系統(tǒng)較遠(yuǎn)，而且人口稀少，但是要建設(shè)配電系統(tǒng)投資較大，成本很高?；蛘咭恍┑貐^(qū)自然條件惡劣，根本無法架設(shè)線路。另一方面，隨著一次能源的枯竭，環(huán)境的惡化，人們越來越關(guān)注生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和可再生新能源的發(fā)展。這樣，促使了分布式發(fā)電技術(shù)成為了新的研究熱點(diǎn)。但是，分布式并網(wǎng)發(fā)電在滿足人們用電需求的同時，也給電網(wǎng)帶來了諸多安全隱患與事故，其中由孤島所引起的安全問題也尤為突出。所謂孤島效應(yīng)，就是指當(dāng)電網(wǎng)由于某種原因中斷供電時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍然向周圍的負(fù)載供電，從而形成一個電力公司無法控制的自給供電的孤島(見圖I)。這樣，孤島一旦形成后，就會對電力設(shè)備和人員造成巨大危害，所以要避免孤島效應(yīng)的產(chǎn)生。國內(nèi)外相關(guān)組織已經(jīng)規(guī)定，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必須具備孤島檢測能力。因此，已成為分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，基本的孤島檢測方法有兩大類主動孤島檢測和被動孤島檢測。被動孤島檢測方法主要是通過觀察公共耦合點(diǎn)(PCC)處得電壓、頻率以及相位的變化來判斷有無孤島產(chǎn)生。但這種方法有很大的局限性，即此法只能檢測當(dāng)分布式電源的輸出功率與孤島負(fù)載需求相差很大時，PCC點(diǎn)處得電壓。頻率和相位變化。如果分布式電源的輸出功率與孤島負(fù)載需求相差不大時，用此法檢測，將會出現(xiàn)檢測盲區(qū)(NDZ)。主動檢測法則是通過在逆變器的控制信號中加入很小的電壓、電流或相位擾動信號，并網(wǎng)運(yùn)行時，由于受到大電網(wǎng)鉗制，擾動信號作用很小而當(dāng)孤島發(fā)生后，擾動信號所產(chǎn)生的作用就會很明顯，然后通過檢測PCC點(diǎn)的系統(tǒng)響應(yīng)，來判斷有無孤島發(fā)生。由于主動擾動法打破了分布式發(fā)電系統(tǒng)輸出與負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，檢測盲區(qū)很小，從而彌補(bǔ)了被動檢測方法的不足。因而，主動檢測法在分布式發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。主動檢測法主要有三類幅值偏移法，頻率偏移法和相位偏移法。常用的有=Sandia電壓偏移法(SVS)、主動移頻法(AFD)以及轉(zhuǎn)差頻率漂移法(SMS)。Sandia電壓偏移法(SVS)就是對PCC點(diǎn)電壓幅值引入正反饋，孤島發(fā)生時，利用PCC點(diǎn)電壓微小的變化引起并網(wǎng)逆變器輸出電流的劇變，從而又導(dǎo)致PCC點(diǎn)電壓發(fā)生變化，這樣一直循環(huán)下去直至PCC點(diǎn)電壓超出檢測門檻值，孤島被檢測出來。但是，這種算法復(fù)雜，不易于工程實(shí)現(xiàn)。主動移頻法(AFD)和Sandia頻率偏移法(SFS)都是通過改變逆變器輸出電流的角頻率對PCC點(diǎn)電壓頻率產(chǎn)生擾動，并網(wǎng)運(yùn)行時電壓保持在工頻穩(wěn)定，而孤島運(yùn)行時PCC點(diǎn)電壓受逆變器輸出電流頻率的影響發(fā)生變化，超出門檻時，則認(rèn)為產(chǎn)生了孤島。但是，主動頻移法的缺點(diǎn)顯而易見當(dāng)主動移頻(AFD)造成的相位差恰好與負(fù)載的阻抗角在工頻或工頻附近時相等時，孤島將不能被檢測出。并且，在多DG的情況下，一定要使逆變器的頻率偏移方向一致，否則會相互影響，導(dǎo)致檢測失敗。而轉(zhuǎn)差頻率法(SMS)也需要對逆變器輸出電流的相位不停地進(jìn)行修正，因此對電能質(zhì)量的影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測算法以保證在孤島發(fā)生時有效、快速地檢測出孤島現(xiàn)象，并能有效避免由于逆變器 輸出功率與負(fù)載功率發(fā)生匹配時所造成的檢測盲區(qū)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法，利用關(guān)系式/ = -^f 來擴(kuò)大誤
L J
差信號產(chǎn)生的作用，并以正反饋的形式對并網(wǎng)逆變器的輸出電流進(jìn)行擾動，以達(dá)到孤島檢測的目的；式中i代表對輸出電流的擾動電流信號，U代表誤差電壓信號，L為電感值，t為時間。進(jìn)一步的，以上方法以下步驟I)通過電壓提取器提取負(fù)荷端電壓，記為U，通過電流提取器提取負(fù)荷端電流，記為I ;2) U經(jīng)過中心頻率為工頻的帶通濾波器，得到電壓信號U*，將得到的電壓信號If與提取到的電壓信號U經(jīng)過減法器，獲得誤差電壓信號，即諧波信號Ue ;讓誤差電壓信號Ue經(jīng)過積分器，得到擾動電流信號Ie;3 )將通過帶通濾波器后得到的電壓信號與幅值A(chǔ)通過乘法器，獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號r;然后將r與擾動電流信號Ie通過加法器，獲得并網(wǎng)逆變器輸出電流
參考信號Iref ；4)將提取到的逆變器輸出電流I與參考電流信號Iref經(jīng)過減法器，產(chǎn)生電流控制信號I。；將I。通過電流調(diào)整電路來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，最后通過PWM發(fā)生器，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆變器輸出電流。進(jìn)一步，上述步驟3)中，所述幅值A(chǔ)由負(fù)載阻抗值決定；獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號I*是通過電壓信號U*獲得的，則，由公式/ = j|j可知，=由"'，所以，A取
Z為阻抗。本發(fā)明具有以下有益效果(I)本發(fā)明基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法直接在正反饋環(huán)節(jié)加入積分器，形成虛擬電感，使得PCC處電壓不管出于哪種負(fù)載形式，都能迅速作出變化，大大減小了檢測盲區(qū)。(2)本發(fā)明只是在反饋環(huán)節(jié)處加入了虛擬電感，并不涉及很復(fù)雜的算法，所以，利于工程實(shí)現(xiàn)。


圖I為孤島發(fā)生后分布式發(fā)電供電狀態(tài)圖；圖2為本發(fā)明虛擬電感孤島檢測控制框圖；圖3為本發(fā)明虛擬電感孤島檢測法阻性負(fù)載孤島發(fā)生前后PCC處電壓頻率與幅值的變化；圖4為本發(fā)明虛擬電感孤島檢測法感性負(fù)載孤島發(fā)生前后PCC處電壓頻率與幅值的變化； 圖5為本發(fā)明虛擬電感孤島檢測法容性負(fù)載孤島發(fā)生前后PCC處電壓頻率與幅值的變化。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方是利用關(guān)系式# = 4- f Wdf來擴(kuò)大誤
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差信號產(chǎn)生的作用，并以正反饋的形式對并網(wǎng)逆變器的輸出電流進(jìn)行擾動，以達(dá)到孤島檢測的目的，式中i代表對輸出電流的擾動電流信號；u代表誤差電壓信號。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明方法主要是通過對并網(wǎng)逆變器輸出電流的頻率及幅值進(jìn)行擾動，使得孤島發(fā)生后PCC處電壓頻率及幅值發(fā)變化直至確定孤島發(fā)生。具體控制流程如附圖2所示。(I)通過電壓提取器提取負(fù)荷端(即PCC處)電壓，記為U，通過電流提取器提取負(fù)荷端(即PCC處)電流，記為I。(2)U經(jīng)過中心頻率為工頻的帶通濾波器，得到電壓信號U*，將得到的電壓信號U*與提取到的電壓信號U經(jīng)過減法器，獲得誤差電壓信號，即諧波信號ue。讓誤差電壓信號U6經(jīng)過積分器，得到擾動電流信號16。(3)將通過帶通濾波器后得到的電壓信號U*與幅值A(chǔ)通過乘法器，獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號r。然后將r與I6通過加法器，獲得并網(wǎng)逆變器輸出電流參考信號iMf。所述幅值a由負(fù)載阻抗值決定；獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號r是通過電壓
信號U*獲得的，則，由公式/=j|j 可知，廠，所以，A取Z為阻抗。(4)將提取到得逆變器輸出電流I與參考電流信號Iref經(jīng)過減法器，產(chǎn)生電流控制信號I。。將I。通過電流調(diào)整電路來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，最后通過PWM發(fā)生器，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆變器輸出電流。以上參數(shù)選取范圍如下虛擬電感孤島檢測法中涉及如下參數(shù)帶通濾波器中心頻率fd,幅值A(chǔ),品質(zhì)因數(shù)
Qfo一般工程上參數(shù)選取范圍具體要求如下f0 一般取當(dāng)?shù)毓ゎl電壓頻率，國內(nèi)為50Hz。
A 一般由負(fù)載阻抗值與并網(wǎng)電壓值共同決定。為品質(zhì)因數(shù),一般滿足Qf ( 2. 5。下面通過Matlab軟件對本發(fā)明的孤島檢測法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。具體仿真參數(shù)如下并網(wǎng)逆變系統(tǒng)額定輸出功率為7. 5kW ;電網(wǎng)電壓有效值為220V ;電網(wǎng)頻率fgHd=帶通濾波器中心頻率fQ=50Hz。實(shí)施例I對于并聯(lián)RLC負(fù)載，若其諧振頻率等于電網(wǎng)電壓頻率，即為阻性負(fù)載，則有R =3 Q , L = 4mH, C = 2535. 6 y F，并網(wǎng)開關(guān)在0. 2秒時斷開。此時，虛擬電感孤島檢測法在孤 島發(fā)生前后PCC處電壓與頻率的變化如附圖3所示。實(shí)施例2若并聯(lián)RLC負(fù)載在電網(wǎng)電壓頻率處為感性負(fù)載，S卩，選取負(fù)載的參數(shù)為R=3 Q , L=4mH, C=2000 y F，并網(wǎng)開關(guān)在0. 2秒時斷開。此時，虛擬電感孤島檢測法在孤島發(fā)生前后PCC處電壓與頻率的變化如附圖4所示。實(shí)施例3若并聯(lián)RLC負(fù)載在電網(wǎng)電壓頻率處為容性負(fù)載，S卩，選取負(fù)載的參數(shù)為R=3 Q，L=4mH, C=3000 u F，并網(wǎng)開關(guān)在0. 2秒時斷開。此時虛擬電感孤島檢測法在孤島發(fā)生前后PCC處電壓頻率的變化如附圖5所示。由以上仿真結(jié)果分析可知，一旦孤島發(fā)生后，PCC處電壓幅值及頻率將發(fā)生很大變化，且本發(fā)明所提出的檢測法在孤島發(fā)生后的下一個周期內(nèi)即可檢測出孤島發(fā)生。此外即使負(fù)載特性發(fā)生變化時，也能快速、準(zhǔn)確的檢測孤島。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本文所提出的檢測方法不僅大大減小了檢測盲區(qū)，而且它保證在最惡劣條件下孤島發(fā)生時快速、準(zhǔn)確的檢測出孤島，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法，其特征在于，利用關(guān)系式^ =來擴(kuò)大誤差信號產(chǎn)生的作用，并以正反饋的形式對并網(wǎng)逆變器的輸出電流 L J進(jìn)行擾動，以達(dá)到孤島檢測的目的；式中i代表對輸出電流的擾動電流信號，u代表誤差電壓信號，L為電感值，t為時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 1)通過電壓提取器提取負(fù)荷端電壓，記為U，通過電流提取器提取負(fù)荷端電流，記為I; 2)U經(jīng)過中心頻率為工頻的帶通濾波器，得到電壓信號U*，將得到的電壓信號If與提取到的電壓信號U經(jīng)過減法器，獲得誤差電壓信號，即諧波信號Ue ;讓誤差電壓信號Ue經(jīng)過積分器，得到擾動電流信號Ie ; 3)將通過帶通濾波器后得到的電壓信號與幅值A(chǔ)通過乘法器，獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號r;然后將r與擾動電流信號Ie通過加法器，獲得并網(wǎng)逆變器輸出電流參考信號Iref ; 4)將提取到的逆變器輸出電流I與參考電流信號Iref經(jīng)過減法器，產(chǎn)生電流控制信號I。；將I。通過電流調(diào)整電路來改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，最后通過PWM發(fā)生器，進(jìn)而控制并網(wǎng)逆變器輸出電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法，在步驟3)中，所述幅值a由負(fù)載阻抗值決定；獲得與電網(wǎng)電壓幅值相同的電流信號r是通過電壓信號u*獲得的,則，由公式1 可知,1"，所以，A取Z為阻抗。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于虛擬電感的正反饋孤島檢測方法，其利用關(guān)系式來擴(kuò)大誤差信號產(chǎn)生的作用，并以正反饋的形式對并網(wǎng)逆變器的輸出電流進(jìn)行擾動，以達(dá)到孤島檢測的目的，式中i代表對輸出電流的擾動電流信號；u代表誤差電壓信號。本發(fā)明直接在正反饋環(huán)節(jié)加入積分器，形成虛擬電感，使得PCC處電壓不管出于哪種負(fù)載形式，都能迅速作出變化，大大減小了檢測盲區(qū)。本發(fā)明只是在反饋環(huán)節(jié)處加入了虛擬電感，并不涉及很復(fù)雜的算法，所以，利于工程實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G01R31/00GK102830307SQ20121029447
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者張 浩, 郝越峰, 馬西奎 申請人:西安交通大學(xué)