專利名稱：一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及新能源控制技術領域，特別是涉及一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法及裝置。
背景技術：
近來科學家面臨如何獲得清潔，高效，環(huán)保的能源這樣一大挑戰(zhàn)，光伏電池作為新興的綠色能源收到越來越多人的關注，因此對光伏發(fā)電裝置的研究有重要的意義。光伏逆變器控制方法中有效檢測孤島狀態(tài)具有重大意義。并網(wǎng)逆變器的孤島現(xiàn)象是指電網(wǎng)因故中斷供電時逆變器仍向電網(wǎng)傳輸電能，和本地負載形成一個公共電網(wǎng)系統(tǒng)無法控制的自給供電孤島。該現(xiàn)象的發(fā)生會威脅到電網(wǎng)維修人員的安全，影響配電系統(tǒng)的保護開關動作程序，在重合閘時可能對用電設備造成損壞等。在孤島檢測中，僅依靠被動式檢測方法容易漏檢，通常采用被動與主動相結合的方法以減小檢測盲區(qū)。然而主動檢測法需對逆變器的輸出施加擾動，再檢測公共點的電壓、頻率、阻抗等的變化來判斷電網(wǎng)存在的情況。這種方法會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大諧波。目前，光伏孤島狀態(tài)檢測方法主要分為被動式檢測法和主動式檢測法。被動式檢測法主要包括過/欠電壓、高/低頻率檢測法，電壓諧波檢測法，電壓相位突變法。過/欠電壓、高/低頻率檢測法是指通過檢測公共耦合點的電壓、頻率來實現(xiàn)孤島狀態(tài)檢測，該方法比較簡單，成本低，但是檢測盲區(qū)較大；電壓諧波檢測法通過監(jiān)測逆變器端輸出電壓的總諧波畸變量來實現(xiàn)孤島狀態(tài)檢測，檢測出孤島，但是由于電網(wǎng)運行較為復雜，并且含有很多非線性器件，使得諧波的變化比較復雜，因而很難確定一個合適的總諧波畸變量檢測閾值；電壓相位突變法是通過逆變器輸出的電流與電壓之間的相位差來實現(xiàn)孤島狀態(tài)檢測，此方法較為簡單，既不影響電能質(zhì)量也不影響系統(tǒng)的暫態(tài)響應，但選擇合適的相位閾值是一個難點。主動式檢測法主要包括有 源頻率偏移法、有功功率擾動法、無功功率補償法。有源頻率偏移法是通過改變逆變輸出電流的頻率來檢測孤島狀態(tài)，但是然存在著檢測盲區(qū)；有功功率擾動法是通過對逆變器的輸出功率進行周期性的擾動，從而破壞原有的平衡，檢測出孤島狀態(tài)；缺點是對有多個逆變器的并網(wǎng)系統(tǒng)，由于所有的逆變器的擾動并不一定同步，則有可能失效；無功功率補償法應用無功功率補償技術檢測孤島狀態(tài)，但是當補償?shù)墓β逝c負載需求一致，就會存在檢測盲區(qū)。因此現(xiàn)有的檢測方法主要缺點是存在檢測盲區(qū)，增加輸出電流的總諧波率?？傮w而言，上述的一些研究對光伏孤島狀態(tài)的檢測具有重要的借鑒意義。然而，對于這些光伏孤島狀態(tài)的檢測方面存在明顯的不足，還需要結合相關研究進行拓展。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法及裝置，該方法綜合考慮了有效減下光伏孤島檢測盲區(qū)，減小對電網(wǎng)的諧波注入。通過引入隨機序列對光伏逆變器的電流進行周期性匹配擾動。首先通過檢測光伏逆變器輸出電流和負載電壓變化得到相關性系數(shù)，把相關性系數(shù)與閥值比較得到相關性系數(shù)的邏輯值，再通過隨機序列相鄰碼元差的絕對值和對應時刻上述邏輯值進行同或運算。本發(fā)明所采用的技術方案是:一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1:選取合適長度的自相關性強的隨機序列；步驟2:根據(jù)所述的隨機序列碼元的分布對光伏逆變器的輸出電流幅度進行周期性匹配擾動；步驟3:根據(jù)相關性特性計算所述的光伏逆變器在每個周期內(nèi)的輸出電流的變化和負載電壓的變化的相關性系數(shù)及所述的相關性系數(shù)的邏輯值，將所述的每個相關性系數(shù)的邏輯值與對應相鄰碼元差的絕對值進行同或運算；

步驟4:根據(jù)所述的同或運算的結果統(tǒng)計I所占的比率，判斷所述的光伏逆變器是否處于孤島狀態(tài)。作為優(yōu)選，所述的隨機序列的周期T=L* Δ T ;其中T是隨機序列檢測光伏孤島狀態(tài)的總周期，L是隨機序列的長度，Δ T是與電流匹配的擾動周期。作為優(yōu)選，所述的步驟2的具體實現(xiàn)包括以下子步驟:步驟2.1:確定光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號；當碼元為I且相應的擾動系數(shù)為a時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為a*sin(2 π ft);當碼元為O且相應的擾動系數(shù)為b時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為b*sin (2 Ji ft);其中f為電流信號的頻率，t為電流信號當前的時刻；步驟2.2:所述的擾動系數(shù)與所述的光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號相乘，與電流周期匹配對電流幅度進行周期性擾動。作為優(yōu)選，所述的步驟3的具體實現(xiàn)包括以下子步驟:步驟3.1:計算相鄰兩周期同一相位點上的電流的變化量Λ I=It_It-Ts ;其中t為電流信號當前的時刻；Ts為電流信號的周期；步驟3.2:計算相鄰兩周期同一相位點上的電壓的變化量Λ V=Vtv-Vtv_Tsl ;其中tv為電壓信號當前的時刻；Tsl為電壓信號的周期；步驟3.3:計算所述的電流變化量Λ I和所述的電壓變化量Λ V的相關性系數(shù)
M/
JmrJ /其中M為電流的一個周期內(nèi)所取的計算相關系數(shù)的點數(shù)為本電 J/M ,
流周期j點上的電流與對應前一周期j點上電流的變化量，Δ Vj為本電壓周期j點上的電壓與對應前一周期j點上電壓的變化量，I ^ j ^ M ;如果所述的相關性系數(shù)爐大于設定的相關性系數(shù)閥值，則所述的相關性系數(shù)的邏輯值舛判決為1，否則判決為O ;步驟3.4:計算相鄰兩碼元差的絕對值Λ Φ = | Φ (η)-φ (η-1) | ;其中Φ (η)為當前碼元的值；Φ (η-1)為相鄰前一碼元的值；步驟3.5:所述的相關系數(shù)的邏輯值舛與所述的相鄰碼元差的絕對值Λ Φ進行同或運算。作為優(yōu)選，所述的步驟4的具體實現(xiàn)包括以下子步驟:步驟4.1:統(tǒng)計所述的步驟3中同或運算結果為I的次數(shù)N;
步驟4.2:計算比率a=N/L，L為相關序列的長度，當所述的比率α大于設定的比率閥值時，則光伏發(fā)電系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)。本發(fā)明還公布了一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測裝置，其特征在于，包括:光伏電池、脈沖信號產(chǎn)生器、功率模塊、濾波電感、電流傳感器、電壓傳感器、電流信號米集器、電壓信號采集器、隨機序列相關孤島檢測器、第一斷路器、電網(wǎng)、第二斷路器；所述的光伏電池作為本發(fā)明中的光伏電池板，作為光伏逆變裝置的前端光伏直流源；所述的脈沖信號產(chǎn)生器用于控制功率模塊，將光伏直流源逆變成交流源；所述的功率模塊作為將光伏直流源轉(zhuǎn)逆變成交流源；所述的濾波電感用于濾除逆變電流的諧波；所述的電流傳感器、電流信號采集器用于逆變電流的采集；所述的電壓傳感器、電壓信號采集器用于負載電壓的采集；所述的隨機序列相關孤島檢測器用于隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測；

所述的第二斷路器用于本發(fā)明中模擬電網(wǎng)斷開；所述的電網(wǎng)用于本發(fā)明中模擬電網(wǎng)；所述的負載用于本發(fā)明中模擬負載；第一斷路器的作用是接收隨機序列孤島狀態(tài)檢測器產(chǎn)生的孤島控制信號，當孤島發(fā)生，第一斷路器斷開，無孤島發(fā)生，斷路器閉合；所述的光伏電池通過導線與所述的功率模塊連通，所述的功率模塊通過導線與所述的濾波電感連通，所述的脈沖信號發(fā)生器通過導線與所述的功率模塊連通，所述的電流傳感器通過導線與所述的第一斷路器連通，所述的第一斷路器通過導線與所述的負載連通，所述的負載通過導線與所述的電壓傳感器連通，所述的電壓傳感器通過導線與電壓信號采集器連通，所述的電流傳感器通過導線與電流信號采集器連通，所述的電流信號采集器通過導線與所述的隨機序列相關孤島采集器連通，所述的電壓信號采集器通過導線與所述的隨機序列相關孤島采集器連通，所述的第二斷路器通過導線與所述的負載連通，所述的電網(wǎng)通過導線與所述的第二斷路器連通。本發(fā)明的技術方案將光伏逆變器輸出的電流和負載電壓變化量的相關性系數(shù)檢測光伏孤島狀態(tài)；將上述相關性系數(shù)和閥值比較得到相關性系數(shù)邏輯值；計算上述相鄰兩碼元間差的絕對值分布；將上述相關性系數(shù)邏輯值和上述碼元差的絕對值進行同或計算如果邏輯值為真則變量加I;根據(jù)同或運算的結果統(tǒng)計I所占的比率，判斷所述的光伏逆變器是否處于孤島狀態(tài)。這種基于隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，可以實現(xiàn)光伏孤島狀態(tài)的無盲區(qū)檢測，有效減小對電網(wǎng)諧波的注入。


圖1:為本發(fā)明的方法流程圖；圖2:為本發(fā)明的裝置電氣結構示意圖；圖3:為本發(fā)明實施例的Kasami序列生成過程示意圖；圖4:為本發(fā)明實施例的Kasami序列示意圖；圖5:為本發(fā)明實施例的電流按照Kasami序列分布變化的示意圖6:為本發(fā)明實施例的光伏輸出逆變電流，負載電壓示意圖；圖7:為本發(fā)明實施例的上一周期碼元為1，本周期碼元為0，本周期相關系數(shù)邏輯值為I示意圖；圖8:為本發(fā)明實施例的上一周期碼元為0，本周期碼元為1，本周期相關系數(shù)邏輯值為I示意圖；圖9:為本發(fā)明實施例的上一周期碼元為0，本周期碼元為0，本周期相關系數(shù)邏輯值為O示意圖；圖10:為本發(fā)明實施例的上一周期碼元為1，本周期碼元為1，本周期相關系數(shù)邏輯值為O示意圖；圖11:為本發(fā)明實施例的孤島同或運算計數(shù)方法的流程具體實施例方式以下結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術方案。請見圖1，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，包括以下步驟:步驟1:選取合適長度的自相關性強的隨機序列；隨機序列的周期T=L* Δ T ;其中T是隨機序列檢測光伏孤島狀態(tài)的總周期，L是隨機序列的長度，Δ T是與電流匹配的擾動周期。步驟2:根據(jù)隨機序列碼元的分布對光伏逆變器的輸出電流幅度進行周期性匹配擾動；其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:步驟2.1:確定光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號；當碼元為I且相應的擾動系數(shù)為a時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為a*sin(2 π ft);當碼元為O且相應的擾動系數(shù)為b時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為b*sin (2 Ji ft);其中f為電流信號的頻率，t為電流信號當前的時刻；步驟2.2:擾動系數(shù)與光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號相乘，與電流周期匹配對電流幅度進行周期性擾動。步驟3:根據(jù)相關性特性計算光伏逆變器在每個周期內(nèi)的輸出電流的變化和負載電壓的變化的相關性系數(shù)及相關性系數(shù)的邏輯值，將每個相關性系數(shù)的邏輯值與對應相鄰碼元差的絕對值進行同或運算；其具體實現(xiàn)包括以下子步驟:步驟3.1:計算相鄰兩周期同一相位點上的電流的變化量Λ I=It_It_Ts ;其中t為電流信號當前的時刻；Ts為電流信號的周期；步驟3.2:計算相鄰兩周期同一相位點上的電壓的變化量Λ V=Vtv-Vtv_Tsl ;其中tv為電壓信號當前的時刻；Tsl為電壓信號的周期；步驟3.3:計算所述的電流變化量Λ I和所述的電壓變化量Λ V的相關性系數(shù)
權利要求
1.一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:選取合適長度的自相關性強的隨機序列； 步驟2:根據(jù)所述的隨機序列碼元的分布對光伏逆變器的輸出電流幅度進行周期性匹配擾動； 步驟3:根據(jù)相關性特性計算所述的光伏逆變器在每個周期內(nèi)的輸出電流的變化和負載電壓的變化的相關性系數(shù)及所述的相關性系數(shù)的邏輯值，將所述的每個相關性系數(shù)的邏輯值與對應相鄰碼元差的絕對值進行同或運算； 步驟4:根據(jù)所述的同或運算的結果統(tǒng)計I所占的比率，判斷所述的光伏逆變器是否處于孤島狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于:所述的隨機序列的周期T=L* Δ T ;其中T是隨機序列檢測光伏孤島狀態(tài)的總周期，L是隨機序列的長度，Δ T是與電流匹配的擾動周期。
3.根據(jù)權利要求1所述的隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于，所述的步驟2的具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟2.1:確定光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號；當碼元為I且相應的擾動系數(shù)為a時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為a*sin (2 Ji ft)；當碼元為O且相應的擾動系數(shù)為b時，則對應光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號為b*sin(2 π ft);其中f為電流信號的頻率，t為電流信號當前的時刻； 步驟2.2:所述的擾動系數(shù) 與所述的光伏逆變器輸出控制電流的脈沖信號相乘，與電流周期匹配對電流幅度進行周期性擾動。
4.根據(jù)權利要求1所述的隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于，所述的步驟3的具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟3.1:計算相鄰兩周期同一相位點上的電流的變化量Al=It_It_Ts ;其中t為電流信號當前的時刻；Ts為電流信號的周期； 步驟3.2:計算相鄰兩周期同一相位點上的電壓的變化量Λ V=Vtv-Vtv_Tsl ;其中tv為電壓信號當前的時刻；Tsl為電壓信號的周期； 步驟3.3:計算所述的電流變化量Λ I和所述的電壓變化量Λ V的相關性系數(shù)M//其中M為電流的一個周期內(nèi)所取的計算相關系數(shù)的點數(shù)為本電/m ,流周期j點上的電流與對應前一周期j點上電流的變化量，Δ Vj為本電壓周期j點上的電壓與對應前一周期j點上電壓的變化量，I ^ j ^ M ;如果所述的相關性系數(shù)P大于設定的相關性系數(shù)閥值，則所述的相關性系數(shù)的邏輯值舛判決為1，否則判決為O ; 步驟3.4:計算相鄰兩碼元差的絕對值Λ Φ = | Φ (η)-φ (η-1) | ;其中Φ (η)為當前碼元的值；Φ (η-1)為相鄰前一碼元的值； 步驟3.5:所述的相關系數(shù)的邏輯值糾與所述的相鄰碼元差的絕對值Λ Φ進行同或運算。
5.根據(jù)權利要求1所述的隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法，其特征在于，所述的步驟4的具體實現(xiàn)包括以下子步驟: 步驟4.1:統(tǒng)計所述的步驟3中同或運算結果為I的次數(shù)N ； 步驟4.2:計算比率a=N/L，L為相關序列的長度，當所述的比率α大于設定的比率閥值時，則光伏發(fā)電系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)。
6.一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測裝置，其特征在于，包括:光伏電池、脈沖信號產(chǎn)生器、功率模塊、濾波電感、電流傳感器、電壓傳感器、電流信號采集器、電壓信號采集器、隨機序列相關孤島檢測器、第一斷路器、電網(wǎng)、第二斷路器； 所述的光伏電池作為本發(fā)明中的光伏電池板，作為光伏逆變裝置的前端光伏直流源； 所述的脈沖信號產(chǎn)生器用于控制功率模塊，將光伏直流源逆變成交流源； 所述的功率模塊作為將光伏直流源轉(zhuǎn)逆變成交流源； 所述的濾波電感用于濾除逆變電流的諧波； 所述的電流傳感器、電流信號采集器用于逆變電流的采集； 所述的電壓傳感器、電壓信號采集器用于負載電壓的采集； 所述的隨機序列相關孤島檢測器用于隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測； 所述的第二斷路器用于本發(fā)明中模擬電網(wǎng)斷開； 所述的電網(wǎng)用于本發(fā)明中模擬電網(wǎng)； 所述的負載用于本發(fā)明中模擬負載； 第一斷路器的作用是接收隨機序列孤`島狀態(tài)檢測器產(chǎn)生的孤島控制信號，當孤島發(fā)生，第一斷路器斷開，無孤島發(fā)生，斷路器閉合； 所述的光伏電池通過導線與所述的功率模塊連通，所述的功率模塊通過導線與所述的濾波電感連通，所述的脈沖信號發(fā)生器通過導線與所述的功率模塊連通，所述的電流傳感器通過導線與所述的第一斷路器連通，所述的第一斷路器通過導線與所述的負載連通，所述的負載通過導線與所述的電壓傳感器連通，所述的電壓傳感器通過導線與電壓信號采集器連通，所述的電流傳感器通過導線與電流信號采集器連通，所述的電流信號采集器通過導線與所述的隨機序列相關孤島采集器連通，所述的電壓信號采集器通過導線與所述的隨機序列相關孤島采集器連通，所述的第二斷路器通過導線與所述的負載連通，所述的電網(wǎng)通過導線與所述的第二斷路器連通。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種隨機序列相關的光伏孤島狀態(tài)的檢測方法及裝置。本發(fā)明的技術方案將光伏逆變器輸出的電流和負載電壓變化量的相關性系數(shù)檢測光伏孤島狀態(tài)；將相關性系數(shù)和閥值比較得到相關性系數(shù)邏輯值；計算相鄰兩碼元間差的絕對值分布；將相關性系數(shù)邏輯值和碼元差的絕對值進行同或計算如果邏輯值為真則變量加1；根據(jù)同或運算的結果統(tǒng)計1所占的比率，判斷所述的光伏逆變器是否處于孤島狀態(tài)。裝置包括光伏電池、脈沖信號產(chǎn)生器、功率模塊、濾波電感、電流傳感器、電壓傳感器、電流信號采集器、電壓信號采集器、隨機序列相關孤島檢測器、第一斷路器、電網(wǎng)、第二斷路器；本發(fā)明實現(xiàn)了光伏孤島狀態(tài)的無盲區(qū)檢測，有效減小對電網(wǎng)諧波的注入。
文檔編號G01R31/00GK103245865SQ201310201619
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權日2013年5月27日
發(fā)明者李德識, 李磊, 陳健 申請人:武漢大學