基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法技术

本发明专利技术涉及基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，包括以下步骤：S1、利用安装在逆变器交流侧的电压传感器采集公共耦合点处的三相电压信息；S2、根据得到的三相电压信息，通过数字锁相环得到公共耦合点处实时电压频率；S3、在αβ坐标系下，对逆变器系统进行双闭环控制，电流环中，在电流单位负反馈下又加了一级反馈函数为H(s)的负反馈；S4、在αβ坐标系下，提取振荡实功率

Islanding detection method of photovoltaic grid connected inverter based on double loop current negative feedback control

【技术实现步骤摘要】
基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法
本专利技术涉及新能源并网与控制
，具体涉及一种基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法。
技术介绍
随着分布式并网光伏发电系统技术的快速发展，越来越多的分布式系统并入电网中，对其供电的可靠性和安全性要求也日益提高，同时一些问题也凸显而出，其中比较典型的便是孤岛效应。孤岛效应指的是在分布式系统和电网共同为本地负载供电情况下，当主电网因断路器跳开、断线、负载投切等原因停止供电时，如果分布式系统未能及时断电，继续为本地负载进行供电，此时本地负载和分布式系统便形成了孤岛。孤岛效应可能会产生如下危害：1、孤岛发生后，分布式系统输出电流、电压的频率、幅值和相位失去了主电网的钳制，可能会发生较大的变化，导致电能质量降低，损坏本地负载；2、如果主电网恢复供电，更会引发“不同步”现象的产生，产生电流冲击，导致逆变器的损坏，甚至引发主电网二次断电；3、当本地负载为三相负载时，如果分布式光伏发电系统为单相发电系统，孤岛产生会导致本地负载工作于缺相运行状态；4、主电网断电后，分布式系统仍然在供电，因此与分布式系统相连的线路仍然带电，工作人员在检修过程中如果碰到相应线路，会导致触电事故。目前比较常见的孤岛检测可以分为三类：远程检测法、被动检测法和主动检测法，远程检测法基于通信原理实现，无检测盲区，可靠性高，但价格昂贵，目前难以普及；被动检测法不施加额外扰动，通过检测公共耦合点处电流、电压的幅值、频率、相位、谐波等电气参量变化情况判断孤岛是否发生，实现成本低，但检测盲区大，可靠性低；主动检测法通过施加一定的扰动，使公共耦合点处电气参量产生相应变化，实现成本低，检测盲区小，可靠性高，但会对电能质量有一定影响，并且扰动一直在存在；由于光伏系统在孤岛发生后，输出电压、电流不稳定，因此考虑改进传统的电流控制算法，在不影响逆变器并网时的电流质量的情况下，在发生孤岛后，使电流发生一定程度的畸变，从而检测出孤岛发生，既不会在逆变器并网时产生扰动，影响电能质量，又可以高效、快速的检测孤岛发生；因此，提供一种检测效率高、检测盲区小、对电网无扰动的基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种检测效率高、检测盲区小、对电网无扰动的基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法。本专利技术的目的是这样实现的：基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，包括以下步骤：S1、利用安装在逆变器交流侧的电压传感器采集公共耦合点处的三相电压信息；S2、根据得到的三相电压信息，通过数字锁相环得到公共耦合点处实时电压频率；S3、在αβ坐标系下，对逆变器系统进行双闭环控制，电流环中，在电流单位负反馈下又加了一级反馈函数为H(s)的负反馈；S4、在αβ坐标系下，提取振荡实功率的THD值；S5、利用得到的THD，构建孤岛检测因数IDF，判断IDF是否超出阈值，如果超出阈值，则表明孤岛发生，立即从电网中切断逆变器，同时也检测公共耦合点电压的幅值和频率是否超过阈值，并及时切离幅值或频率发生越限的逆变器。步骤S1中，公共耦合点处逆变器交流侧与公共电网相连，共同为本地负载供电，因此安装在逆变器交流侧的电压传感器可以采取公共耦合点处的三相电压信息。步骤S2中，数字锁相环利用控制算法实现，其功能是使逆变器输出电流实时跟踪电网电压的频率和相位，将三相电压的幅值信息输入数字锁相环后，利用锁相环可以得到公共耦合点处实时电压频率。步骤S3中逆变器在并网时的输出的电流表达式为：其中代表实际SVPWM中的开关采样时的惯性环节，其中T代表的是开关时间；i*αβ(s)代表指令电流，为被跟踪量；Upccαβ(s)并网时代表电网电压分量，为扰动量，我们的目的是在并网时跟踪指令电流，Gc(s)代表的是控制器传递函数，选取Gc(s)为比例谐振控制器，使其在跟踪频率处增益无穷大，则可使反馈量很好地跟踪给定量，同时抑制了扰动量对电流的影响，当发生孤岛时，Upccαβ(s)＝iαβ(s)·ZL，式中ZL为当地负载，可认为是RLC并联负载，因此孤岛时的逆变器输出电流表达式为：此时电流传递函数与当地负载有关，由于孤岛前后的控制策略不同，导致了逆变器输出电流在孤岛前后也发生改变。反馈函数H(s)的具体选择：为了使逆变器输出电流在并网时具有较好的波形，同时在孤岛时电流畸变严重，因此可取其中Kh为动态特征值，w0为基频角频率，考虑到电网频率的波动，这里取wr为1-5。步骤S4、S5中，孤岛检测因数IDF的确定及其阈值的选取：其中THD为振荡功率以6倍电网频率为基频的总谐波含量，每半个工频周期(10ms)检测一次THD，THDk为第k次检测的总谐波含量，THDk-10为第k-10次检测的总谐波含量，通过大量仿真，考虑到电网、负载等非孤岛因素造成的振荡功率THD增加，因此通过数学计算和仿真，确定了IDF阈值为45，公共耦合点处的电压幅值或频率所预设的阈值为：所述频率阈值范围为[49.5Hz，50.5Hz]，所述电压幅值阈值范围为[0.9UN，1.1UN]，UN取311V。本专利技术的有益效果：本专利技术利用电流负反馈控制算法实现光伏逆变器孤岛检测，在不影响逆变器并网时的电流质量的情况下，可以高效、快速检测孤岛，并且该方法与主动法相比，不会对电网产生扰动，影响电网质量；相比被动法，该算法更加高效，准确，检测盲区大大减小，并且也能有效的避免由于投切负载、线路阻抗发生变化等导致的误检测；对于GB/T19939-2005所述的品质因数不大于2.5的本地负载可以实现无检测盲区；本专利技术算法精简，易于实现，适用性广；本专利技术具有一种检测效率高、检测盲区小、对电网无扰动的优点。附图说明图1是分布式光伏发电并网系统原理图。图2是本专利技术所述并网逆变器控制器结构示意图。图3是本专利技术系统加入H(s)负反馈后，孤岛前后逆变器输出电流的开环传递函数伯德图。图4是孤岛前后逆变器输出电流的开环传递函数在250Hz、350Hz伯德图放大图。图5是算法流程图。图6是有功、无功功率均匹配时，发生孤岛前后的IDF波形图。图7为有功+20％不匹配、无功功率匹配时，发生孤岛前后的IDF波形图。图8为孤岛下负载谐振频率50.5Hz是的IDF波形图。图9为负载投切电容器时，IDF波形图。图10为负载投切电感负载时，IDF波形图。图11为负载投切二极管不控整流桥时，IDF波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1本专利技术方法具体完整步骤为：如图1所示，光伏阵列通过升压电路(DC/DC环节)、逆变器(DC/AC环节)、滤波环节后并入电网，本地负载可以用RLC并联负载表示，光伏阵列和电网共同为本地负载供电。如图2所示，本专利技术采用的逆变器控制策略为外环功率PI控制，内环电流PR控制，调制方式为SVPWM。在光伏并网系统正常运行时，电流环的传递函数为：一旦发生跳闸、设备故障、灾害等导致的非计划性停电时，可认为图3中的断路器跳闸，此时本地负载和光伏发电系统会失去与电网的联系，由光伏发电系统单独给本地负载供电，此类现象即为孤岛效应，此时公共耦合点处的电压和频率由于失去电网的钳制，由当地负载和逆变器输出电流决定，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、利用安装在逆变器交流侧的电压传感器采集公共耦合点处的三相电压信息；S2、根据得到的三相电压信息，通过数字锁相环得到公共耦合点处实时电压频率；S3、在αβ坐标系下，对逆变器系统进行双闭环控制，电流环中，在电流单位负反馈下又加了一级反馈函数为H(s)的负反馈；S4、在αβ坐标系下，提取振荡实功率

【技术特征摘要】
1.基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、利用安装在逆变器交流侧的电压传感器采集公共耦合点处的三相电压信息；S2、根据得到的三相电压信息，通过数字锁相环得到公共耦合点处实时电压频率；S3、在αβ坐标系下，对逆变器系统进行双闭环控制，电流环中，在电流单位负反馈下又加了一级反馈函数为H(s)的负反馈；S4、在αβ坐标系下，提取振荡实功率的THD值；S5、利用得到的THD，构建孤岛检测因数IDF，判断IDF是否超出阈值，如果超出阈值，则表明孤岛发生，立即从电网中切断逆变器，同时也检测公共耦合点电压的幅值和频率是否超过阈值，并及时切离幅值或频率发生越限的逆变器。2.如权利要求1所述的基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，公共耦合点处逆变器交流侧与公共电网相连，共同为本地负载供电，因此安装在逆变器交流侧的电压传感器可以采取公共耦合点处的三相电压信息。3.如权利要求1所述的基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，数字锁相环利用控制算法实现，其功能是使逆变器输出电流实时跟踪电网电压的频率和相位，将三相电压的幅值信息输入数字锁相环后，利用锁相环可以得到公共耦合点处实时电压频率。4.如权利要求1所述的基于双环电流负反馈控制的光伏并网逆变器孤岛检测方法，其特征在于：所述步骤S3中逆变器在并网时的输出的电流表达式为：其中代表实际SVPWM中的开关采样时的惯性环节，其中T代表的是开关时间；i*αβ(s)代表指令电流，为被跟踪量...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵倩，胡丹丹，许昊，李忠良，张元明，杨严超，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司焦作供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41