一種基于無功功率擾動的三相光伏逆變器主動防孤島方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種檢測方法，更具體的說是涉及一種基于無功功率擾動的三相光伏 逆變器主動防孤島方法。
【背景技術】
[0002] 在光伏并網系統中，發電裝置通過逆變器接入電網中并連接著本地負載。當外電 網發生故障時，并網逆變器會脫離電網，形成局部帶發電裝置的本地負載電網結構，從而形 成孤島。孤島的發生會帶來很大的危害。所以必須迅速檢測出孤島，并采取相應的措施。
[0003] 孤島檢測方案分為主動式防孤島檢測和被動式防孤島檢測。
[0004] 被動式防孤島檢測主要通過檢測并網點電壓幅值、頻率、相位和諧波等來判斷是 否發生孤島，但存在著有很大的不可測區域，可靠性不高。
[0005] 主動式的防孤島檢測主要有移頻控制法，不過移頻控制法容易造成并網電流畸 變，對發出的電能影響較大。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種不可測區域小、可靠性高、 對發出的電能影響小的基于無功功率擾動的三相光伏逆變器主動防孤島方法。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案:一種基于無功功率擾動的三相光 伏逆變器主動防孤島方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟一，在逆變器正常運行后在原有的無功功率給定量中加入一個循環變化的擾 動量；
[0009] 步驟二，對該擾動量的給定與逆變器檢測到的電網頻率變化趨勢進行分析，根據 分析結果判斷孤島是否發生，若孤島未發生，逆變器正常工作，擾動量繼續在系統內，若孤 島發生，繼續以下步驟；
[0010]步驟三，檢測到孤島發生后改變無功功率擾動策略，使孤島系統頻率達到保護限 值，使得逆變器斷開并網繼電器。
[0011] 作為本發明的進一步改進，其中步驟一中的擾動量是一個由正到負再由負到正的 循環變量，其值大小處于-5 %有功功率和5 %有功功率之間。
[0012] 作為本發明的進一步改進，其中步驟二中的判斷方法，是通過檢測電網頻率，同時 對這個采集的實時電網頻率進行一個低通濾波處理，然后確定該頻率是否在一定時間內頻 率連續遞增或者遞減，若是則表示孤島發生，若不是則表示孤島并未發生。
[0013] 作為本發明的進一步改進，在步驟三中利用孤島發生時逆變器輸出無功電流與孤 島電網的角頻率之間的關系來使得系統頻率達到保護限制，觸發逆變器斷開并網繼電器。
[0014] 作為本發明的進一步改進，所述孤島發生時逆變器輸出無功電流與孤島電網的角 頻率之間的關系由下式公式得出：
[0015]
[001 ?]上式中，iq為無功電流，id為有功電流，Mf為負載品質因素，ω為負載所在電網角頻 率，ω η為負載自身的諧振角頻率，L為負載自身電感，C為負載自身電容。
[0017] 作為本發明的進一步改進，在檢測到電網頻率一定時間內遞增時，若此時給定的 無功擾動量遞減，則認定孤島發生，否則認定孤島并未發生，在檢測到電網頻率一定時間內 遞減時，若此時給定的無功擾動量遞增，則認定孤島發生，否則認定孤島并未發生。
[0018] 作為本發明的進一步改進，應用本方法的逆變器包括IGBT模塊、SVPWM模塊、比例 諧振控制器和無功擾動量發生器，所述IGBT模塊耦接有電感后耦接于外部電網交流側，所 述SVPWM模塊耦接于IGBT模塊，所述無功擾動量發生器發出的無功擾動量與實際值之間的 誤差先進入到比例諧振控制器后，再經坐標逆變換后經過SVPWM模塊輸入到IGBT模塊內，通 過IGBT模塊輸出有功給定電流和無功給定電流，以控制逆變器工作。
[0019] 作為本發明的進一步改進，所述逆變器還包括電網電壓鎖相環模塊，所述電網電 壓鎖相環模塊耦接于電感和外部電網交流側之間。
[0020] 本發明的有益效果，通過步驟一的設置，就可以有效的在電力系統中加入一個循 環變化的擾動量，通過步驟二的設置，就可以有效的判斷孤島是否發生，若孤島未發生，則 逆變器正常工作，擾動量繼續在系統內，以備在孤島發生的時候，及時的檢測到并響應，而 通過步驟三的設置，在檢測到孤島發生以后，就可以使得孤島系統頻率達到保護限值，使得 逆變器斷開并網繼電器，有效的實現了主動防御孤島，并且通過加入擾動量對輸出的無功 功率進行控制，當孤島發生時對無功的控制將對孤島電網內的頻率發生影響，讓我們識別 出孤島的發生，使逆變器并網繼電器斷開實現主動式防孤島，其可測區域大，可靠性高。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發明的基于無功功率擾動的三相光伏逆變器主動防孤島方法的流程圖； [0022 ]圖2是逆變器采集的電網頻率曲線圖；
[0023] 圖3是逆變器無功功率擾動給定曲線；
[0024] 圖4是實測防孤島保護功能逆變器跳開時間；
[0025]圖5為使用本發明方法的逆變器的原理框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面將結合附圖所給出的實施例對本發明做進一步的詳述。
[0027]參照圖1至5所示，本實施例的一種基于無功功率擾動的三相光伏逆變器主動防孤 島方法，包括如下步驟：
[0028]步驟一，在逆變器正常運行后在原有的無功功率給定量中加入一個循環變化的擾 動量；
[0029]步驟二，對該擾動量的給定與逆變器檢測到的電網頻率變化趨勢進行分析，根據 分析結果判斷孤島是否發生，若孤島未發生，逆變器正常工作，擾動量繼續在系統內，若孤 島發生，繼續以下步驟；
[0030] 步驟三，檢測到孤島發生后改變無功功率擾動策略，使孤島系統頻率達到保護限 值，使得逆變器斷開并網繼電器，在主動防孤島的過程中，首先通過步驟一將循環變化的擾 動量輸入到供電系統內，然后通過步驟二檢測電網頻率的變化趨勢，檢測出孤島是否發生， 若孤島發生則繼續下一個步驟到步驟三，若未發生，則擾動量繼續輸入到供電系統內，以備 在孤島發生時及時有效的響應，在孤島發生時，通過步驟三，就使得孤島系統的頻率不斷上 升達到保護限值，使得逆變器斷開并網繼電器，阻礙孤島的發生，這樣就可以有效的起到一 個主動防御孤島發生的效果，相比于現有技術的孤島防御方法，可測區域大，可靠性高。
[0031] 作為改進的一種【具體實施方式】，其中步驟一中的擾動量是一個由正到負再由負到 正的循環變量，其值大小處于-5%有功功率和5%有功功率之間，對于擾動量的參考值得大 小是由增大到0. 再由0. 減小到-G. 。這里需注意，不是給一個固定 大小的值，而是一個百分比于id的值。目的是為了在不同功率點處的擾動都能對孤島系統 頻率產生足夠的擾動。但是這個值又不能太大，太大會導致功率因數不能滿足要求，因而將 擾動量的值的大小處于-5 %有功功率和5 %有功功率之間就能夠很好的實現對孤島系統頻 率產生足夠的擾動。
[0032] 作為改進的一種【具體實施方式】，其中步驟二中的判斷方法，是通過檢測電網頻率， 同時對這個采集的實時電網頻率進行一個低通濾波處理，然后確定該頻率是否在一定時間 內頻率連續遞增或者遞減，若是則表示孤島發生，若不是則表示孤島并未發生，孤島時，對 于擾動量的連續變化，孤島系統的頻率會發生相應變化，因而就可以有效的通過檢測孤島 系統頻率是否遞增或是遞減來判斷孤島是否發生了。
[0033] 作為改進的一種【具體實施方式】，在步驟三中利用孤島發生時逆變器輸出無功電流 與孤島電網的角頻率之間的關系來使得系統頻率達到保護限制，觸發逆變器斷開并網繼電 器，逆變器輸出無功電流與孤島電網的角頻率之間具有密切的關系，因而就可以有效的通 過調節逆變器輸出無功電流來使得系統頻率達到保護限制，觸發逆變器斷開并網繼電器， 更好的避免了孤島的發生。
[0034] 作為改進的一種【具體實施方式】，所述孤島發生時逆變器輸出無功電流與孤島電網 的角頻率之間的關系由下式公式得出：
[0035]
[0036]上式中，iq為無功電流，id為有功電流，Mf為負載品質因素，ω為負載所在電網角頻 率，ω η為負載自身的諧振角頻率，L為負載自身電感，C為負載自身電容，在這里設dq坐標系 下流入電網的電流分別是id與i q。則流入電網的有功功率與無功功率可表示為
[0039] dq坐標系下的電壓大小可表示為下式，其中U相電壓有效值。
[0037]
[0038]
[0040]
[0041] Vq = 0 (4)[0042] 將(4)式帶入(1)(2)式中可得
[0043]
[0044]
[0045] 孤島情況發生時刻負載上的有功功率與無功功率分別為：
[0048] ω為負載所在電網角頻率。
[0046]
[0047]
[0049] 負載品質因素：
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[0050] 將(7) (9)代入(8)后可得
[0051] 將(5)(6)代入（10)后可得孤島發生時逆變器輸出無功電流與孤島電網的角頻率 之間的關系
[0052]
[0053]由上式可看出在孤島情況發生時，iq值減小，則ω變