一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法技术

技术编号:15694251 阅读:265 留言:0更新日期:2017-06-24 09:22
本发明专利技术公开了一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法,能够同时利用上一周期的频率及相位信息以实现主动频移检测;其主要原理为:在端电压的第k个过零点,首先测量上一个周期的电网电压频率,然后根据该频率给一个主动频率扰动f[k]=f[k‑1]±Δf,同时相位角

An islanding detection method for photovoltaic grid connected inverters based on frequency and phase information

The invention discloses a method for islanding detection of grid connected photovoltaic inverter a frequency and phase information, can utilize frequency and phase information of a cycle to achieve active frequency shift detection; its main principle is: the K terminal voltage zero crossing, the first measurement of the grid voltage and frequency of a cycle, then according to the frequency to an active frequency disturbance f[k] = f[k 1] + delta f, and phase angle

【技术实现步骤摘要】
一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法
本专利技术涉及电力系统故障检测
,具体涉及一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法。
技术介绍
光伏并网发电系统的孤岛效应是指与光伏发电系统连接的电网线路因故障、事故或停电检修与其跳脱时,光伏并网发电系统继续向所带负载供电,从而形成了一个供电公司无法掌握的自给供电孤岛,孤岛效应会对配电网系统和用户造成严重的危害。因此,研究孤岛效应的检测方法和保护措施,将孤岛效应的危害降至最低,具有很重要的意义。孤岛现象的检测方法根据技术特点,可以分为三大类:被动检测方法、主动检测方法和基于开关状态监测的方法(包括电力公司层面的检测方法、和基于通讯的检测方法)。被动式检测方法是指通过检测并网逆变器输出是否偏离并网标准规定的范围(如频率、电压或相位),判断孤岛效应是否发生。主动检测法主要有有源频率偏移AFD(ActiveFrequencyDrift)法、带正反馈的有源频率偏移AFDPF(ActiveFrequencyDriftwithPositiveFeedback)、滑模频率偏移SMS(SlipModeFrequencyShift)输出功率扰动检测等。主动检测法的原理是引入一些功率扰动量,而这些扰动量会使系统输出电能质量下降。被动检测法主要有过/欠电压、高/低频检测、相位突变检测、电压谐波检测等。被动式检测方法具有原理简单、容易实现、对电力系统无谐波影响等优点,但是,由于光伏电源的功率与局部电网负载的功率在基本平衡的状态下而导致并网逆变器的输出电压和频率变化很小,所以采用被动式孤岛检测方法时,会出现较大的检测盲区。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题,本专利技术的目的在于提供一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法,即改进主动频率偏移法IAFD,该方法同时兼具主动频移法AFD和相位偏移法APS两类方法的优势,能够减小光伏并网逆变器的检测盲区NDZ。为达到以上目的,本专利技术采用如下技术方案:一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法,其特征在于:结合了主动频率偏移法中的主动频率扰动,和相位偏移法中的主动相位扰动,得到改进的主动频率偏移法,能够减小负荷与光伏发电功率接近及负荷小于光伏发电情况下的非检测区域;主动频率偏移法是通过周期性地改变并网电流频率来实现反孤岛效应功能的;具体实现思想是:孤岛检测硬件系统逐周期检测出电网电压的频率后,将它稍微增大或减小固定值以作为并网逆变器的给定频率,并且在电网电压每次过零时使并网电流复位,则当并网时,已将系统每次检测到的电网电压频率不变;而脱网时,并网逆变器交流电流将单独作用于负载上,由于并网逆变器频率的逐周期改变,这样,孤岛检测硬件系统每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大或减小,很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保护动作,从而使系统具有反孤岛效应功能;若逐周期改变固定频率Δf来修改逆变器的并网给定频率,即逆变器输出电流的频率每周期都给一个固定的扰动:其中:Io[k]为第k周期的电流瞬时值,Im为电流峰值,f[k-1]为第(k-1)周期逆变器的频率,Δf为逐周期改变的固定频率,为第(k-1)周期的相位;主动频率偏移法的频率控制逻辑为,当每个周期结束即电压过零点时刻,重新给定逆变器频率的参考值:其中:为第(k+1)周期逆变器的频率参考值,fload[k]为第k周期逆变器的输出频率值,fgrid[k]为第k周期硬件系统检测到的电网侧频率值,Δf为逐周期改变的固定频率,ε为较小的频率偏差阈值;所述改进的主动频率偏移法包括以下步骤:步骤一:在端电压的第k个过零点,首先测量上一个周期的电压频率,然后频率根据上一个周期的电压频率给一个根据式(2)的扰动f[k]=f[k-1]±Δf,同时起始的相位角度也根据逆变器上一个周期的频率f[k-1]而改变,即综合了主动频移法和相位偏移法两种方法的扰动:其中:为改进方法下第k个周期的相位,为第k个周期检测到的电压信号的起始相位;这样,就得到了改进主动频率偏移法方法的主动频率相位扰动;步骤二:孤岛检测硬件系统逐周期检测出电网电压的频率和相位,根据公式(1)‐(4)将之做相应的主动频率及相位偏移之后,作为并网逆变器的给定参考频率;步骤三:在电网电压每次过零时使并网电流复位,则当并网时,已将系统每次检测到的电网电压频率不变;而脱网时,并网逆变器交流电流将单独作用于负载上,由于并网逆变器频率的逐周期改变,这样,孤岛检测硬件系统每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大或减小,很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保护动作,从而使系统具有检测孤岛效应的功能。和现有技术相比较,本专利技术具备如下优点:本专利技术提出的一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测新方法同时兼具有AFD和APS两类方法的优势,能够减小光伏并网逆变器的检测盲区NDZ,新方法孤岛检测的成功率几乎达到100%。基于Matlab/Simulink建立了IAFD的孤岛检测与保护仿真模型,仿真结果验证了所提出的IAFD方法能够在负荷功率与光伏出力接近或者小于光伏出力情况下,仍然能够有效地检测出孤岛运行的状态,基本消除了NDZ检测盲区,适用于大规模光伏接入局部电网的系统级检测应用。附图说明图1为分布式光伏发电系统连接当地RLC负载及并网示意图。图2为100kW光伏发电系统并网Simulink仿真模型。图3为光伏发电系统VSC逆变器主控制器仿真电路。图4为光伏发电系统逆变器主动频移法防孤岛控制仿真电路。图5为改进主动频移法光伏防孤岛保护相位偏移检测波形图。图6为改进主动频移法光伏防孤岛保护频率检测波形图。图7为改进主动频移法光伏防孤岛保护系统侧及本地负荷侧电压波形图。图8为改进主动频移法光伏防孤岛保护系统侧及本地负荷侧电流波形图。图9为传统主动频移法光伏防孤岛保护相位偏移检测波形图。图10为传统主动频移法光伏防孤岛保护频率偏移检测波形图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测新方法,其步骤是:结合了主动频移法AFD中的主动频率扰动,和相位偏移法APS中的主动相位扰动,形成的一种新改进主动频率偏移法IAFD,能够减小负荷与光伏发电功率接近及负荷小于光伏发电情况下的非检测区域NDZ。主动频率偏移法AFD是通过周期性地改变并网电流频率来实现反孤岛效应功能的。具体实现思想是:孤岛检测硬件系统逐周期检测出电网电压的频率后将它稍微增大或减小固定值以作为并网逆变器的给定频率,并且在电网电压每次过零时使并网电流复位,则当并网时,已将系统每次检测到的电网电压频率不变;而脱网时,并网逆变器交流电流将单独作用于负载上,由于并网逆变器频率的逐周期改变,这样,孤岛检测硬件系统每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大或减小,很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保护动作,从而使系统具有反孤岛效应功能。以逐周期改变固定频率Δf来修改逆变器的并网给定频率为例,即逆变器输出电流的频率每周期都给一个固定的扰动:其中:Io[k]为第k周期的电流瞬时值,Im为电流峰值,f[k-1]为第(k-1)周期逆变器的频率,Δf为逐本文档来自技高网
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一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法

【技术保护点】
一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法,其特征在于:结合了主动频率偏移法中的主动频率扰动,和相位偏移法中的主动相位扰动,得到改进的主动频率偏移法,能够减小负荷与光伏发电功率接近及负荷小于光伏发电情况下的非检测区域;主动频率偏移法是通过周期性地改变并网电流频率来实现反孤岛效应功能的;具体实现思想是:孤岛检测硬件系统逐周期检测出电网电压的频率后,将它稍微增大或减小固定值以作为并网逆变器的给定频率,并且在电网电压每次过零时使并网电流复位,则当并网时,已将系统每次检测到的电网电压频率不变;而脱网时,并网逆变器交流电流将单独作用于负载上,由于并网逆变器频率的逐周期改变,这样,孤岛检测硬件系统每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大或减小,很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保护动作,从而使系统具有反孤岛效应功能;若逐周期改变固定频率Δf来修改逆变器的并网给定频率,即逆变器输出电流的频率每周期都给一个固定的扰动:

【技术特征摘要】
1.一种综合频率和相位信息的光伏并网逆变器孤岛检测方法,其特征在于:结合了主动频率偏移法中的主动频率扰动,和相位偏移法中的主动相位扰动,得到改进的主动频率偏移法,能够减小负荷与光伏发电功率接近及负荷小于光伏发电情况下的非检测区域;主动频率偏移法是通过周期性地改变并网电流频率来实现反孤岛效应功能的;具体实现思想是:孤岛检测硬件系统逐周期检测出电网电压的频率后,将它稍微增大或减小固定值以作为并网逆变器的给定频率,并且在电网电压每次过零时使并网电流复位,则当并网时,已将系统每次检测到的电网电压频率不变;而脱网时,并网逆变器交流电流将单独作用于负载上,由于并网逆变器频率的逐周期改变,这样,孤岛检测硬件系统每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大或减小,很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保护动作,从而使系统具有反孤岛效应功能;若逐周期改变固定频率Δf来修改逆变器的并网给定频率,即逆变器输出电流的频率每周期都给一个固定的扰动:其中:Io[k]为第k周期的电流瞬时值,Im为电流峰值,f[k-1]为第(k-1)周期逆变器的频率,Δf为逐周期改变的固定频率,为第(k-1)周期的相位;主动频率偏移法的频率控制逻辑为,当每个周期结束即电压过零点时刻,重新给定逆变器频率的参考值:

【专利技术属性】
技术研发人员:刘俊郝旭东王旭张杰刘佳钰高欣陈业夫苏灿
申请(专利权)人:西安交通大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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