一種三相并網逆變器的孤島檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種三相并網逆變器的孤島檢測方法及裝置。方法包括：向逆變器輸出電流上注入無功電流Iq1和Iq2，Iq2=Id*(F-FN)*K;判斷當前半軸與上一半軸的每兩相之間的相位角的變化量是否滿足第一個相位角變化量與當前半軸與上一半軸的Iq1的變化量成正比且方向相同，第二個相位角變化量與Iq1的變化量成正比且方向相反，第三個相位角變化量不受Iq1影響；若滿足，則發生單相或兩相孤島；計算并網點的三相電壓頻率情況，判斷三相電壓頻率是否超過預設的電壓頻率閥值；若超過，則為三相孤島；若沒有超過，則計算并網點處的三相電壓頻率的平均值F，以計算對應的Iq2。本發明能同時檢測單相、兩相和三相孤島狀態。
【專利說明】—種三相并網逆變器的孤島檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及孤島檢測領域，尤其涉及一種基于無功擾動的三相并網逆變器的孤島檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]太陽能、風能、燃料電池等新能源并網發電系統接入公共電網時，公共電網停止供電后太陽能、風能、燃料電池等新能源并網發電系統的存在，使電網停電區的部分線路仍維持帶電狀態，形成自給電力供應的孤島。在孤島狀態下電力公司就失去對線路電壓、頻率的控制，進而會帶來一系列的安全隱患及事故糾紛。
[0003]為此，需要對孤島狀態進行快速、有效的檢測，以消除非計劃孤島運行可能產生的危害。
[0004]在檢測單相或兩相孤島時，可通過向逆變器的輸出電流注入無功電流以檢測并網點的相位角變化來判斷。但該方法并不能判斷出三相孤島狀態。基于三相孤島狀態時，系統頻率會發生偏移，可采用頻率偏移方式來判斷系統三相孤島狀態，但當系統發生單相、兩相孤島故障，系統頻率不會發生偏移。然而，在實際三相并網逆變器中，系統可能發生單相、兩相以及三相孤島故障，系統只能判斷出單相、兩相孤島或只能判斷出三相孤島對孤島的檢測是不夠的。因此，需要開發一種能檢測單相、兩相和三相孤島的方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種三相并網逆變器的孤島檢測方法及裝置，以快速準確的檢測出孤島狀態。
[0006]基于上述目的，本發明實施例提供了一種三相并網逆變器的孤島檢測方法，包括如下步驟:
[0007]a、向逆變器的輸出電流上注入無功電流；所述無功電流包括周期性的無功電流Iql和Iq2,其中Iq2=Id*(F-FN)*K，Id為逆變器發出的有功電流分量，F為并網點所檢測到三相電壓頻率的平均值，Fn為電網頻率的額定值，K為比例系數；
[0008]b、分別滑動平均計算每個擾動周期的正半軸和負半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角；
[0009]C、計算當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量；
[0010]d、計算所述當前半軸與所述上一半軸的無功電流Iql的變化量；
[0011]e、判斷當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量是否滿足第一個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量成正比且方向相同，第二個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量成正比且方向相反，第三個相位角的變化量不受所述無功電流Iql的影響；若滿足，則確定發生單相或兩相孤島；
[0012]f、計算并網點的三相電壓頻率情況，判斷三相電壓頻率是否超過預設的電壓頻率閥值；[0013]g、若超過，則確定為三相孤島；若沒有超過，則計算并網點處的三相電壓頻率的平均值F，以計算對應的Iq2。
[0014]優選的，所述方法還包括:
[0015]當確定發生單相或兩相孤島后，若判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=1: I且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=-1:1，則為單相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相；
[0016]若判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=2:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=_2:1，則為兩相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相以外的其他兩相。
[0017]優選的，，以所述當前半軸與所述上一半軸的每兩相之間的相位角的變化量作為所述當前半軸所在的擾動周期的下一個擾動周期要注入的無功電流Iql的正反饋。
[0018]優選的，，所述無功電流為所述逆變器的輸出電流的1%。
[0019]優選的，，所述方法通過系統過零點中斷，實現三相電網電壓的每相電壓的相位捕獲，以計算每兩相之間的相位角。
[0020]本發明還提供了一種三相并網逆變器的孤島檢測裝置，裝置包括:
[0021]無功電流注入單元，用于向逆變器的輸出電流上注入無功電流；所述無功電流包括周期性的無功電流Iql和Iq2,其中Iq2=Id* (F-FN) *K，Id為逆變器發出的有功電流分量，F為并網點所檢測到三相電壓頻率的平均值，Fn為電網頻率的額定值，K為比例系數；
[0022]相位角計算單元，用于分別滑動平均計算每個擾動周期的正半軸和負半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角；
[0023]相位角變化量計算單元，用于計算當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量；
[0024]無功電流變化量計算單元，用于計算所述當前半軸與所述上一半軸的無功電流Iql的變化量；
[0025]孤島判斷單元，用于當判斷到當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量滿足第一個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量成正比且方向相同，第二個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量成正比且方向相反，第三個相位角的變化量不受所述無功電流Iql的影響時，確定發生單相或兩相孤島；
[0026]三相電壓頻率計算單元，用于計算并網點的三相電壓頻率，判斷三相電壓頻率是否超過預設的電壓頻率閥值；
[0027]所述孤島判斷單元，還用于三相電壓頻率超過預設的電壓頻率閥值時，確定為三相孤島，三相電壓頻率沒有超過預設的電壓頻率閥值時，計算并網點處的三相電壓頻率的平均值F，以計算對應的Iq2。
[0028]優選的，，所述孤島判斷單元用于，
[0029]當發生單相或兩相孤島后，在判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=1: I且所述第二相位角的變化量:所述無功電流ItJ1的變化量=-1:1時，為單相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相；
[0030]在判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=2:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=-2:1時，為兩相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相以外的其他兩相。
[0031]優選的，所述無功電流注入單元，用于以所述當前半軸與所述上一半軸的每兩相之間的相位角的變化量作為所述當前半軸所在的擾動周期的下一個擾動周期要注入的無功電流Iql的正反饋。
[0032]優選的，所述相位角計算單元用于通過系統過零點中斷，實現三相電網電壓的每相電壓的相位捕獲，計算每兩相之間的相位角。
[0033]優選的，
[0034]所述無功電流注入單元包括控制信號發送單元，用于向逆變器發送控制信號，實現給定信號在實際電流波形中的疊加
[0035]本發明的有益效果是:
[0036]本發明提供的方法通過周期性相位變化規律和頻率擾動準確、有效地判斷出是否發生孤島，由于系統采用注入無功電流，該方式對系統輸出電流諧波分量影響很小，并且在正常并網過程中，由于市電電網鉗制作用，使得系統只有極小的無功變化。與當前技術相比，本發明注入無功電流降低主動式孤島檢測帶來的電流畸變率，提高孤島檢測速度，并且完全能夠滿足系統孤島檢測的要求，采用周期性無功電流注入使得電能質量影響更小，同時周期性無功注入將有效解決系統所存在檢測盲區問題；采用頻率正反饋計算無功擾動電流注入使得電能質量影響更小，同時周期性無功注入將有效解決系統所存在檢測盲區問題，并且在多個逆變器的實施場景下，各個逆變器可以相互獨立，分別產生虛擬無功負載，由于無功擾動方向由檢測到的電壓頻率決定，因此無功擾動方向與電壓頻率相關，避免了各個逆變器的無功擾動相互抵消，從而能更好實現多機并聯孤島狀態識別。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為本發明方法實施例流程圖；
[0038]圖2為一個周期內注入的無功電流示意圖；
[0039]圖3為未發生孤島時RST三相電壓電流相位圖；
[0040]圖4為T相孤島時的電壓電流相位圖；
[0041]圖5為無功擾動下，未發生孤島時的電壓電流相位圖；
[0042]圖6為無功擾動下，T相發生孤島時的電壓電流相位圖；
[0043]圖7為本發明裝置實施例結構圖；
[0044]圖8為單相孤島的實物試驗波形圖；
[0045]圖9為兩相孤島的實物試驗波形圖；
[0046]圖10為三相孤島的實物試驗波形圖。
【具體實施方式】
[0047]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。[0048]為使本發明更加清楚，以下先對本發明的原理進行說明。
[0049]以三相并網逆變器中的某一相為例，假設此相公共耦合點電壓為:
[0050]
【權利要求】
1.一種三相并網逆變器的孤島檢測方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: a、向逆變器的輸出電流上注入無功電流；所述無功電流包括周期性的無功電流Iql和Iq2,其中Iq2=Id*(F-FN)*K，Id為逆變器發出的有功電流分量，F為并網點所檢測到三相電壓頻率的平均值，Fn為電網頻率的額定值，K為比例系數； b、分別滑動平均計算每個擾動周期的正半軸和負半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角； C、計算當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量； d、計算所述當前半軸與所述上一半軸的無功電流Iql的變化量； e、判斷當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量是否滿足第一個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量大小成正比且方向相同，第二個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量大小成正比且方向相反，第三個相位角的變化量不受所述無功電流Iql的影響；若滿足，則確定發生單相或兩相孤島； f、計算并網點的三相電壓頻率情況，判斷三相電壓頻率是否超過預設的電壓頻率閥值； g、若超過，則確定為三相孤島；若沒有超過，則計算并網點處的三相電壓頻率的平均值F，以計算對應的1,2。
2.如權利要求1所述的孤島檢測方法，其特征在于，所述方法還包括: 當確定發生單相或兩相孤島后，若判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=1:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流ItJ1的變化量=-1:1，則為單相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相； 若判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=2:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=_2:1，則為兩相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相以外的其他兩相。
3.如權利要求1所述的孤島檢測方法，其特征在于，以所述當前半軸與所述上一半軸的每兩相之間的相位角的變化量作為所述當前半軸所在的擾動周期的下一個擾動周期要注入的無功電流Iql的正反饋。
4.如權利要求1所述的孤島檢測方法，其特征在于，所述無功電流為所述逆變器的輸出電流的1%。
5.如權利要求1所述的孤島檢測方法，其特征在于，所述方法通過系統過零點中斷，實現三相電網電壓的每相電壓的相位捕獲，以計算每兩相之間的相位角。
6.一種三相并網逆變器的孤島檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括: 無功電流注入單元，用于向逆變器的輸出電流上注入無功電流；所述無功電流包括周期性的無功電流Iql和Iq2,其中Iq2=Id* (F-FN) *K，Id為逆變器發出的有功電流分量，F為并網點所檢測到三相電壓頻率的平均值，Fn為電網頻率的額定值，K為比例系數； 相位角計算單元，用于分別滑動平均計算每個擾動周期的正半軸和負半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角； 相位角變化量計算單元，用于計算當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量； 無功電流變化量計算單元，用于計算所述當前半軸與所述上一半軸的無功電流Iql的變化量； 孤島判斷單元，用于當判斷到當前半軸與上一半軸的三相電網電壓的每兩相之間的相位角的變化量滿足第一個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量大小成正比且方向相同，第二個相位角的變化量與所述無功電流Iql的變化量大小成正比且方向相反，第三個相位角的變化量不受所述無功電流Iql的影響時，確定發生單相或兩相孤島； 三相電壓頻率計算單元，用于計算并網點的三相電壓頻率，判斷三相電壓頻率是否超過預設的電壓頻率閥值； 所述孤島判斷單元，還用于三相電壓頻率超過預設的電壓頻率閥值時，確定為三相孤島，三相電壓頻率沒有超過預設的電壓頻率閥值時，計算并網點處的三相電壓頻率的平均值F，以計算對應的Iq2。
7.如權利要求6所述的孤島檢測裝置，其特征在于，所述孤島判斷單元用于， 當發生單相或兩相孤島后，在判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=1:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Itll的變化量=-1:1時,為單相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相； 在判斷到所述第一相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=2:1且所述第二相位角的變化量:所述無功電流Iql的變化量=-2:1時，為兩相孤島，并且孤島相位為所述第一相位角和所述第二相位角各自對應的兩相的共同擁有相以外的其他兩相。
8.如權利要求6所述的孤島檢測裝置，其特征在于，所述無功電流注入單元，用于以所述當前半軸與所述上一半軸的每兩相之間的相位角的變化量作為所述當前半軸所在的擾動周期的下一個擾動周期要注入的無功電流Iql的正反饋。
9.如權利要求6所述的孤島檢測裝置，其特征在于，所述相位角計算單元用于通過系統過零點中斷，實現三相電網電壓的每相電壓的相位捕獲，計算每兩相之間的相位角。
10.如權利要求6所述的孤島檢測裝置，其特征在于， 所述無功電流注入單元包括控制信號發送單元，用于向逆變器發送控制信號，實現給定信號在實際電流波形中的疊加。
【文檔編號】G01R31/00GK103630782SQ201310628876
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】戴國峰, 廖小俊, 舒成維, 吳招米, 李世軍, 袁帥 申請人:江蘇兆伏新能源有限公司