低频正弦相位扰动的孤岛检测方法技术

本发明专利技术公开的低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定并网逆变器输出电流指令；步骤2、结合步骤1获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数Q的取值，确定孤岛检测的判断规则；步骤3、实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f；步骤4、根据步骤3得到的频率f，并结合经步骤2得到的孤岛检测的判断规则，进行孤岛效应判定。本发明专利技术的低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，具有无检测盲区及并网电流畸变小的特点。

【技术实现步骤摘要】
低频正弦相位扰动的孤岛检测方法
本专利技术属于并网逆变器控制方法
，涉及一种低频正弦相位扰动的孤岛检测方法。
技术介绍
随着分布式发电的迅速发展，越来越多的太阳能被转化为电能并通过并网逆变器输送到电网，这对电网的安全与稳定运行提出了挑战,随之而来的必须要解决的问题就是并网逆变器的孤岛检测。光伏并网发电系统中的孤岛效应是指当电网停止供电时，由于光伏电站未能及时检测出电网状态的变化而未能将自身切离电网，和周围负载形成一个电网无法掌控的孤立供电区域。孤岛效应可能会对电路检修人员和用电设备造成严重危害，所以研究孤岛检测具有重要的意义。目前，孤岛检测的方法主要有被动式检测法和主动式检测法两大类。主动式检测法主要包括：主动频率偏移法(AFD)、滑模频率偏移法(SMS)及带正反馈的主动频率偏移法等。主动频率偏移法是给逆变器的并网输出电流施加一个频率扰动，使电流频率比电网电压频率略高或略低；当电网电压正常时公共连接点受电网电压钳位，不受电流频率扰动的影响；一旦电网断电，负载电压的频率将会在负载的影响下受电流频率的影响而逐渐变高或变低，最终会超出国家标准规定的范围，从而判断出孤岛现象。主动频率偏移法对孤岛检出率高，无须添加任何硬件，是目前应用最为广泛的孤岛检测方法；但是该方法对电能质量有影响，在某些特定负载下存在检测盲区。滑模频率偏移法是通过给逆变器输出电流施加一个相位扰动；当电网断开后，根据检测到的负载电压频率的微小变化，调整施加的电流相位扰动；由于电流是和负载电压同步输出，上一个周期的电流相位扰动又叠加在当前周期的负载电压上，所以负载电压频率将发生持续变化，最终超出频率规定的范围，检测出孤岛现象。滑模频率偏移法是一种高效的检测方法，实现简单，无须添加额外硬件、孤岛识别率高对电能质量影响小；但是在特定条件下也存在检测盲区。带正反馈的主动频率偏移法是对主动频率偏移法的改进，减小了检测盲区，加快了检测速度，但是并没有消除检测盲区。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，具有无检测盲区及并网电流畸变小的特点。本专利技术所采用的技术方案是，低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定并网逆变器输出电流指令，具体按照以下步骤实施：步骤1.1、计算出光伏并网系统的并网电压us(t)，并网电压us(t)具体按照以下算法实施：us(t)＝Umsin2πf1t；其中，Um是并网电压的峰值，f1为市电频率；步骤1.2、根据步骤1.1得到的并网电压确定光伏并网系统的电流指令is1(t)，具体按照以下算法实施：is1(t)＝Imsin(2πf1t)；其中，Im是并网电流指令的峰值；步骤1.3、将正弦低频相位扰动量的两个参数，相角扰动的频率f2和扰动的最大相移角θm添加到经步骤1.2得到的并网电流指令is1(t)中，得到并网逆变器输出电流指令，具体算法如下：is(t)＝Imsin(2πf1t+θmsin2πf2t)；其中，Im是并网电流指令的峰值，f1为市电频率，f2是相角扰动的频率，θm是扰动的最大相移角；2πf1t+θmsin2πf2t为相角表达式；步骤1.4、确定相角扰动频率f2和最大相位扰动角θm的值，相角扰动频率f2为5Hz，最大相移角θm为π/15；步骤1.5、将经步骤1.4得到的相角扰动的频率f2和最大相移角θm代入经步骤1.3得到的逆变器输出电流的指令表达式中，则得到如下算法：步骤2、结合步骤1获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数Q的取值，确定孤岛检测的判断规则，具体按照以下步骤实施：根据步骤1确定的并网逆变器输出电流指令，若孤岛效应发生，光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率会出现连续多次超过50.5Hz或者低于49.5Hz的现象；针对本地负载是谐振在50Hz品质因数Q为2.5的RLC并联负载，仿真确定了θm、f2在不同参数组合下负载电压频率，即光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率在相角扰动的频率f2半周期内连续超过50.5Hz或者低于49.5Hz的次数N有如下关系，具体关系如下；θm＝π/25，f2＝2时，N＝0；θm＝π/25，f2＝5时，N＝2；θm＝π/25，f2＝10时，N＝2；θm＝π/18，f2＝2时，N＝0；θm＝π/18，f2＝5时，N＝3；θm＝π/18，f2＝10时，N＝2；θm＝π/15，f2＝2时，N＝0；θm＝π/15，f2＝5时，N＝3；θm＝π/15，f2＝10时，N＝2；θm＝π/10，f2＝2时，N＝5；θm＝π/10，f2＝5时，N＝4；θm＝π/10，f2＝10时，N＝2；综合上述规律，采取如下孤岛检测的判断规则：当N≥3时，若检测到连续N-1个超频周期时，认为发生了孤岛效应；当N≤2时，若连续在相角扰动频率f2的两个或更多半周期内均检测到至少一个超频周期，认为发生了孤岛效应；步骤3、实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f；步骤4、根据步骤3得到的频率f，并结合经步骤2得到的孤岛检测的判断规则，进行孤岛效应判定。本专利技术的特点还在于：步骤1.4具体按照以下步骤实施：步骤1.4.1、对经步骤1.3得到的并网电流表达式中的相角表达式2πf1t+θmsin2πf2t求导，得到电流的瞬时角频率表达式如下：步骤1.4.2、根据步骤1.4.1得到的电流的瞬时角频率表达式，得到电流瞬时频率发生周期性的偏移，电流的最大频率偏移量为：Δf1max＝θmf2；步骤1.4.3、断网后，光伏并网系统和电网的公共连接点的电压频率随着电流频率的变化而变化，若检测到电压频率的频率偏移量超出国家规定的-0.5Hz～+0.5Hz的阈值范围，就判断发生了孤岛现象；设置逆变器输出电流的最大频率偏移量为国家标准规定的频率偏移量的两倍，即θmf2＝1Hz，此时在Δf1max＝θmf2≥1Hz的区域即为孤岛现象发生后能可靠的检测到孤岛效应发生的区域；在保证能检测出孤岛效应的前提下，综合考虑功率因数、电流谐波畸变率，确定相角扰动的频率f2为5Hz，最大相移角θm为π/15。步骤3具体按照以下方法实施：利用电压传感器实时采样检测光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压，以电压的向上过零点时刻或向下过零点时刻为时间计算节点，利用控制芯片STM32F103ZET6内的定时器实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处电压的周期T，进而对周期T求倒数得到其频率f，具体算法如下：T＝(TIMx_currentcnt-TIMx_previouscnt)/fT；其中，fT是定时器的频率。步骤4具体按照以下方法实施：步骤4.1、根据步骤2确定的判断规则，设定一个变量num来记录光伏并网系统和电网的公共连接点处电压频率连续超频的次数，num的初始值设为0；步骤4.2、判断经步本文档来自技高网...

【技术保护点】
低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定并网逆变器输出电流指令；步骤2、结合步骤1获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数Q的取值，确定孤岛检测的判断规则；步骤3、实时计算光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率f；步骤4、根据步骤3得到的频率f，并结合经步骤2得到的孤岛检测的判断规则，进行孤岛效应判定。

【技术特征摘要】
1.低频正弦相位扰动的孤岛检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定并网逆变器输出电流指令，具体按照以下步骤实施：步骤1.1、计算出光伏并网系统的并网电压us(t)，并网电压us(t)具体按照以下算法实施：us(t)＝Umsin2πf1t；其中，Um是并网电压的峰值，f1为市电频率；步骤1.2、根据步骤1.1得到的并网电压确定光伏并网系统的电流指令is1(t)，具体按照以下算法实施：is1(t)＝Imsin(2πf1t)；其中，Im是并网电流指令的峰值；步骤1.3、将正弦低频相位扰动量的两个参数，相角扰动的频率f2和扰动的最大相移角θm添加到经步骤1.2得到的并网电流指令is1(t)中，得到并网逆变器输出电流指令，具体算法如下：is(t)＝Imsin(2πf1t+θmsin2πf2t)；其中，Im是并网电流指令的峰值，f1为市电频率，f2是相角扰动的频率，θm是扰动的最大相移角；2πf1t+θmsin2πf2t为相角表达式；步骤1.4、确定相角扰动频率f2和最大相位扰动角θm的值，相角扰动频率f2为5Hz，最大相移角θm为π/15；步骤1.5、将经步骤1.4得到的相角扰动的频率f2和最大相移角θm代入经步骤1.3得到的逆变器输出电流的指令表达式中，则得到如下算法：步骤2、结合步骤1获取的并网逆变器输出电流指令，再根据本地负载的品质因数Q的取值，确定孤岛检测的判断规则，具体按照以下步骤实施：根据步骤1确定的并网逆变器输出电流指令，若孤岛效应发生，光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率会出现连续多次超过50.5Hz或者低于49.5Hz的现象；针对本地负载是谐振在50Hz品质因数Q为2.5的RLC并联负载，仿真确定了θm、f2在不同参数组合下负载电压频率，即光伏并网系统和电网的公共连接点处的电压频率在相角扰动的频率f2半周期内连续超过50.5Hz或者低于49.5Hz的次数N有如下关系，具体关系如下；θm＝π/25，f2＝2时，N＝0；θm＝π/25，f2＝5时，N＝2；θm＝π/25，f2＝10时，N＝2；θm＝π/18，f2＝2时，N＝0；θm＝π/18，f2＝5时，N＝3；θm＝π/18，f2＝10时，N＝2；θm＝π/15，f2＝2时，N＝0；θm＝π/15，f2＝5时，N＝3；θm＝π/15，f2＝10时，N＝2；θm＝π/10，f2＝2时，N＝5；θm＝π/10，f2＝5时，N＝4；θm＝π/10，f2＝10时，N＝2；综合上述规律，采取如下孤岛检测的判断规则：当N≥3时，若检测到连续N-1个超频周期时，认为发生了孤岛效应；当N≤2时，若连续在相角扰动频率f2的两个或更多半周期内均检测到至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈增禄，王宁，孟新新，王晓俊，田苗苗，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61