电网连接的发电系统和相关直交转换装置中孤岛的检测法制造方法及图纸

公开了电网连接的发电系统和相关直交转换装置中孤岛的检测法。本发明专利技术涉及到用于检测电网连接的能量转换系统和相关DC/AC转换器装置的孤岛状况的方法，其适合于从功率质量的维持方面来说优化性能，为工厂的所有逆变器提供同步扰动，在公用设施所请求的时间和安全标准内提供关闭能力，并提供对电网频率波动的抗扰性。

【技术实现步骤摘要】
专利
本专利技术涉及功率转换和产生系统，特别是，本专利技术涉及用于检测在适合于直接连接到电网的功率转换和产生系统中的孤岛的方法。现有技术本专利技术涉及用于检测在电网连接模式中操作的DC/AC转换器和相关DC/AC转换器装置的孤岛的方法。电网连接的功率转换和产生系统适合于产生用于直接输送到电网的电功率，特别是转换由诸如光伏板和风力涡轮机的可再生源产生的电功率。这样的功率转换和产生系统通常包括适合于将DC输入电压转换成AC输出电压的逆变器装置，其中AC输出电压以如电网规范所需的振幅和频率为特征。所述逆变器通常适合于直接连接到电网且一般包括作为DC-AC转换器工作的半导体H桥电路。电网连接的发电单元需要符合安全标准和规章，以保证安全地连接到公共电网。特别是，电网连接的系统需要免受孤岛——即使来自电气公用设施的电网功率不再存在，发电系统也继续给位置供电的条件。孤岛可能对可能没有意识到电路仍然通电的公用设施工人是危险的，且它可妨碍设备的自动重新连接。由于此原因，发电单元必须适合于检测孤岛状况并立即停止发电。发电单元因此需要设置有在电源电压缺少的情况下强制DC/AC转换器的输出从AC电源断开的抗孤岛能力。如果发电单元的逆变器设置有检测孤岛的装置并经由适当的自动开关电路连接到电网，则可达到这个要求，防止到子电网或到独立电网的无意连接并因此防止孤岛状况发生。现今存在可用来检测孤岛并避免对于电网连接的功率系统应用在孤岛模式中的不安全操作的各种方法，所述方法通常分成被动和主动方法。被动方法监控诸如电压和频率的参数、电网电压变化率或电网频率变化率，并如果检测到的工作条件不同于标称条件，则防止功率从逆变器供应到电网。现有技术被动方法的例子基于电压相位突变、频率变化率、电压变化率、电流谐波的检测和分析。主动方法通常将干扰引入到所连接的电路，并接着监控响应，以确定是否仍然连接公用设施电网；一些主动方法基于在逆变器和公用设施之间的通信并适合于在紧急情况出现时使逆变器停止将功率供应到电网。现有技术主动方法的例子基于对阻抗、频率偏移、频率漂移、有功功率和/或无功功率的变化、频率突变、Sandia频率偏移、Sandia电压偏移的检测和分析。逆变器制造商通常偏爱主动方法，因为与被动方法比较有较低的NDZ(非检测区)和较快的检测时间。用于在逆变器操作期间检测孤岛状况的现有技术方法通常被涉及下列项的缺点影响：对当电网被连接时的频率变化的抗扰性、系统的稳定性、功率质量的维持、当在工厂中有多个逆变器时的扰动同步。详细地，在此描述了用于基于无功功率的周期性注入来检测孤岛状况的最常见的现有技术方法之一的操作。该方法基于试图通过以一时间间隔注入无功功率来使在公共耦合点(PCC)处的电压VPCC的频率偏移的思想。当电网公用设施被连接时，频率将不偏移，因为在系统中的无功功率使得：Q负载＝Qinv+ΔQ因此，当Qinv改变时，ΔQ相应地改变，以便满足由负载要求的无功功率Q负载。当电网被断开时，ΔQ不再可用于平衡负载请求，因此：Q负载＝Qinv因此，当Qinv改变时维持平衡条件的唯一方式是频率改变，因为：因此，每当逆变器响应于无功功率的注入而检测到频率偏移时，检测到孤岛状况。上述方法以几个缺点为特征，即当电网被连接时对频率变化的抗扰性的缺乏、在多个所连接的逆变器之间的同步和在系统中引入的高度的扰动。用于在逆变器操作期间检测孤岛状况的其它现有技术方法利用正反馈控制回路，以便开始在测试信号中的频率漂移。这些方法通常显示稳定性问题，例如当弱公用设施连接到逆变器时，然后在功率输出中的可能的不稳定性可引起在系统中的瞬变现象，且检测孤岛的正反馈控制回路可放大并增加那个不稳定性。因此，本专利技术的目的是引入用于在电网连接的逆变器中的孤岛状况的可靠检测和管理的新方法，以克服现有技术方法的缺点。特别是，本专利技术的目的是引入用于关于同一工厂的多个电网连接的逆变器的孤岛状况的可靠检测和管理的新方法、相关的新AC/DC转换器和包括所述AC/DC转换器的新发电系统。根据本专利技术的方法还适合于从功率质量的维持方面来说优化性能；为工厂的所有逆变器提供同步扰动；在由公用设施请求的时间和安全标准内提供逆变器关闭能力；提供对电网频率波动的抗扰性。参考附随的图中的图在非限制性实施方式的以下描述中，本专利技术的另外的特征和优点将明显，附图是概略的并示出适合于根据在实践中的不同电路解决方案而制造的功能块。详细地：图1示出根据本专利技术的具有设置有抗孤岛模块的控制器的电网连接的DC/AC转换器的方框图；图2示出根据本专利技术的抗孤岛模块的方框图；图3示出与在正常操作中的PLL输出有关并在扰动被施加到PLL之后的波形；图4示出根据本专利技术的用于检测在电网连接的发电系统中的孤岛的方法的流程图。本专利技术的详细描述图1示出包括诸如光伏发电机或风力发电机的能量产生系统10和DC/AC转换器的电网连接的单相或多相逆变器的通用方框图。DC/AC转换器通常包括输入DC/DC转换器11、级联DC/AC逆变器12和控制模块14，控制模块14包括例如电流控制器22、电压控制器23和PWM调制器24。输入DC/DC转换器11适合于将所述能量产生系统10的输出直流电压升高到预定电压水平。在能量产生系统10是光伏发电机的情况下，所述输入DC/DC转换器11可进一步适合于追踪来自光伏发电机的最大功率点。在这种情况下，DC/DC转换器11用于从根据隔离和温度而改变的光伏发电机的输出执行最大功率点追踪(MPPT)，并提取最大功率以将它存储在DC链端部处的电容器组15——所述DC/DC转换器的输出中。DC链端电压的控制由所述控制模块14执行。当从DC/DC转换器11提取光伏发电机的最大功率时，DC链端电压升高且DC/AC逆变器将存储在DC链端部中的能量注入到电网16内。DC/AC逆变器适合于将来自DC/DC转换器11的直流电压转换成交流电压以向电网16供应逆变器电流。因此，DC/AC转换器将来自能量产生系统10的电压转变成与电网相位同步的交流(AC)电压并将它供应给电网16。控制模块14通常包括适合于控制电网电流的内部电流回路和适合于控制dc链电压的外部电压回路。一般地说，电流回路可适合于将有功电流ID和无功电流IQ调节到值ID_ref和IQ_ref，电压回路适合于调节在系统内的功率流平衡。所述控制模块14包括适合于追踪电网频率的块，例如，锁相环(PLL)17。在设置有抗孤岛功能的逆变器中，所述控制模块14还包括抗孤岛模块18。基于频偏的抗孤岛方法适合于修改PLL或适合于追踪电网相位或电网频率的通用块的追踪信号的波形。假设适合于追踪电网相位或电网频率的块是PLL 17，附图3示出PLL追踪信号的波形。当将一些扰动添加到PLL追踪信号时，由逆变器注入到电网内的电流的波形变形，使得新信号零交叉点将在实际电网信号的零交叉点之前或之后，而波形的周期保持不被所述扰动改变。在附图3中，变形的波形示出相对于在公共耦合点处拾取的实际电网频率(PCC电压)更高的频率，相同的考虑因素将在PLL追踪信号的所选择的扰动例如迫使频率低于标称频率的情况下适用。变形的波形结束每个半周期，且在开始下一半周期之前在时间tz期间保持在零振幅处。变形的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测包括DC/AC转换器的电网连接的能量转换系统的孤岛状况的方法，所述DC/AC转换器包括用于追踪所述电网的频率的装置，所述方法包括：a)测量在所述DC/AC转换器和电网之间的公共耦合点处的AC电压的频率；b)产生用于追踪所述电网频率的所述装置的参考信号的扰动(Δω0)，以便使所述DC/AC转换器的AC输出电压的频率偏移；c)给用于追踪所述电网频率的所述装置提供包括所述扰动(Δω0,Δω0+Δω)的参考信号；d)测量在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化；e)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化小于第一预定阈值，则重复从步骤b)开始的前述步骤；如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化大于所述第一预定阈值，则：f)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率大于第二预定阈值，则改变所述DC/AC转换器的操作，以便避免孤岛；g)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率小于所述第二预定阈值，则对用于追踪所述电网频率的所述装置的参考信号计算新的额外项(Δω)并产生包括所述额外项(Δω)的扰动(Δω0+Δω)，并接着从步骤c)重复所述循环。

【技术特征摘要】
2015.04.09 EP 15162965.61.一种用于检测包括DC/AC转换器的电网连接的能量转换系统的孤岛状况的方法，所述DC/AC转换器包括用于追踪所述电网的频率的装置，所述方法包括：a)测量在所述DC/AC转换器和电网之间的公共耦合点处的AC电压的频率；b)产生用于追踪所述电网频率的所述装置的参考信号的扰动(Δω0)，以便使所述DC/AC转换器的AC输出电压的频率偏移；c)给用于追踪所述电网频率的所述装置提供包括所述扰动(Δω0,Δω0+Δω)的参考信号；d)测量在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化；e)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化小于第一预定阈值，则重复从步骤b)开始的前述步骤；如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化大于所述第一预定阈值，则：f)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率大于第二预定阈值，则改变所述DC/AC转换器的操作，以便避免孤岛；g)如果在所述公共耦合点处的AC电压的频率小于所述第二预定阈值，则对用于追踪所述电网频率的所述装置的参考信号计算新的额外项(Δω)并产生包括所述额外项(Δω)的扰动(Δω0+Δω)，并接着从步骤c)重复所述循环。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扰动(Δω0)交替地被选择为在包括从b)到e)的步骤的某个数量n的子循环期间为正、而在包括从b)到e)的步骤的某个数量m的子循环期间为负，n和m是整数，直到频率漂移在步骤e)被检测到为止，然后所述常数项Δω0的符号保持不变并等于所述常数项Δω0采用的最后一个符号。3.如前述权利要求中的一个或多个所述的方法，其特征在于，通过
\t对AC电压零交叉的检测来执行前面的步骤a)和d)的对在所述DC/AC转换器和所述电网之间的所述公共耦合点处的AC电压的频率的所述测量。4.如前述权利要求中的一个或多个所述的方法，特征在于，在步骤d)测量的在所述公共耦合点处的AC电压的频率的变化被计算为在所述频率的实际值和先前的采样值的短移动平均值之间的差异，所述短移动平均值基于所述频率的小于10个的一定数量的采样值来计算。5.如权利要求1到4中的一个或多个所述的方法，其特征在于，所述额外项(Δω)是这样的，Δω＝kΔFL，其中：ΔFL＝FN–FAVGL，FN是在时间N采样的频率测量结果，FAVGL是所述频率样本FN的长移动平均值，所述长移动平均值基于大于50个的一定数量的所述频率样本FN来计算，且所述参数k是常数值。6.如权利要求1到4中的一个或多个所述的方法，其特征在于，所述额外项(Δω)是这样的，Δω＝kΔFL，其中：ΔFL＝FN–FAVGL，FN是在时间N采样的频率测量结果，FAVGL是所述频率样本FN的长移动平均值，所述长移动平均值基于大于50个的一定数量的所述频率样本FN计算，且所述参数k是自适应值k＝f(ΔFL)。7.如权利要求5和6中的一个或多个所述的方法，其特征在于，所述参数k在包括第一值(k1)和第二值(k2)的组中被选择，所述第一值(k1)被首先采用，所述第二值(k2)大于所述第一值(k1)且被以后采用，以便更快地进行对所述孤岛状况的检测。8.一种电网可连接的DC/AC转换器设备，其包括：输入DC\...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡·法雷泽，绍罗·马切里尼，
申请(专利权)人：ABB技术股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH