一種用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電力系統繼電保護技術領域，特別是涉及一種用于分布式電源并網逆 變器保護的電壓頻率跟蹤方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著新能源技術的不斷進步和發展，諸如光伏、風機、蓄電池等分布式電 源廣泛地接入電網系統，形成了大量具有高滲透率、功率雙向流動的配電網絡。有源配電網 的功率是雙向流動的，改變了傳統意義上的潮流和故障特性，給電網的運行與維護提出了 許多新的挑戰。目前，針對具有大規模分布式電源接入的配電網，廣泛采用的是逆變器保護 與傳統線路保護相配合的保護方式。
[0003] 根據國標《并網光伏發電專用逆變器技術要求和試驗方法》中規定，逆變器所設置 的保護功能應該包括電網故障保護、防孤島效應保護、防逆流保護、極性反接保護和過載保 護等。其中，電網故障保護包括過欠電壓保護、過欠頻率保護、防孤島保護、恢復并網保護以 及過流保護等。逆變器的每一種保護在動作時限上都有嚴格的規定，比如當電網電壓頻率 的正負偏差超過〇. 5Hz時，逆變器應該在0. 2s內停止向電網供電，同時發出警告信號。因 此，能夠快速地跟蹤測量系統電壓頻率將是決定逆變器保護動作速度的關鍵因素。
[0004] 目前，在電力系統測頻領域比較常用又容易實現的算法包括周期法及其改進算 法、解析法、最小二乘算法、傅里葉算法、卡爾曼濾波算法等。其中，傅里葉濾波算法由于具 有出色的濾波性能以及良好的精度和穩定度，在電力系統測頻領域得到了最為廣泛的應 用。
[0005] 相比于傅里葉算法，卡爾曼濾波算法具有更快的收斂速度和更好的精度，但計算 量比較大。但是，隨著計算機技術以及數字信號處理技術的發展，卡爾曼濾波算法無疑將會 在電力系統頻率測量領域得到越來越廣泛的應用。但目前尙缺少這樣的方法。
【發明內容】
[0006] 為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種用于分布式電源并網逆變器保護 的電壓頻率跟蹤方法。
[0007] 為了達到上述目的，本發明提供的用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟 蹤方法包括按順序執行的下列步驟：
[0008] 步驟1)對分布式電網中逆變器端口電壓進行實時采樣，采樣頻率固定為600Hz ;
[0009] 步驟2)將上述電壓采樣值實時輸入至逆變器中，然后進行迭代運算，并修正頻率 估計值；
[0010] 步驟3)將上一步驟得到的頻率估計值實時地發送到逆變器保護回路，參與邏輯 判斷，當檢測到系統電壓頻率偏離正常范圍且達到一定的延時后，逆變器保護動作出口，將 分布式電源與主電網系統隔離。
[0011] 在步驟2)中，所述的迭代運算過程如下：
[0012] 步驟2. 1)建立計算模型：基于離散卡爾曼濾波原理，結合系統電壓方程進行建 模；
[0013] 步驟2. 2)確定電壓狀態初始值；確定迭代運算所需要的電壓初始幅值和初始相 位角；
[0014] 步驟2. 3)迭代運算：首先，根據電壓初始幅值和初始相位角，結合系統電壓方程， 對下一時刻的電壓狀態值以及方差矩陣進行預測；然后，結合系統觀測方程，計算濾波增 益，并對方差矩陣進行迭代更新；最后，根據實測的系統電壓值，對預測的參數進行修正，并 得出修正后的電壓狀態值。
[0015] 在步驟2. 1)中，所述的系統電壓方程具體如下：
【主權項】
1. 一種用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法，其特征在于：其包括按 順序執行的下列步驟： 步驟1)對分布式電網中逆變器端口電壓進行實時采樣，采樣頻率固定為600Hz ; 步驟2)將上述電壓采樣值實時輸入至逆變器中，然后進行迭代運算，并修正頻率估計 值； 步驟3)將上一步驟得到的頻率估計值實時地發送到逆變器保護回路，參與邏輯判斷， 當檢測到系統電壓頻率偏離正常范圍且達到一定的延時后，逆變器保護動作出口，將分布 式電源與主電網系統隔離。
2. 根據權利要求1所述的用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法，其特 征在于：在步驟2)中，所述的迭代運算過程如下： 步驟2. 1)建立計算模型：基于離散卡爾曼濾波原理，結合系統電壓方程進行建模； 步驟2. 2)確定電壓狀態初始值；確定迭代運算所需要的電壓初始幅值和初始相位角； 步驟2. 3)迭代運算：首先，根據電壓初始幅值和初始相位角，結合系統電壓方程，對下 一時刻的電壓狀態值以及方差矩陣進行預測；然后，結合系統觀測方程，計算濾波增益，并 對方差矩陣進行迭代更新；最后，根據實測的系統電壓值，對預測的參數進行修正，并得出 修正后的電壓狀態值。
3. 根據權利要求2所述的用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法，其特
式中，y(t)為系統電壓瞬時彳】
I系統電壓的兩個狀態變量，A為 電壓幅值，Θ為電壓相位角，Utl為系統電壓角頻率，t為時間； 假設采樣間隔為Ts，將上式離散化后為：
式中，k為迭代次數。
4. 根據權利要求2所述的用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法，其特 征在于：在步驟2. 2)中，所述電壓狀態初始值的確定方法為：經大量仿真驗證，電壓狀態初 始值設置為：
_k_ Rk=Ryei^ R()=〇m 其中，Ptl為估計誤差的協方差矩陣初始值，Qk為狀態轉移過程中的白噪聲干擾協方差 矩陣初始值，Rtl為測量噪聲干擾協方差矩陣初始值，k為迭代次數。
5.根據權利要求2所述的用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法，其特 征在于：在步驟2. 3)中，所述的迭代運算的具體過程如下： 將步驟2. 2)所確定的電壓狀態初始值代入到步驟2. 1)所建立的計算模型中進行遞推 計算，具體遞推過程如下： 1) 狀態預測估計：
2) 方差預測： 會k\k-\= Fk'k_'Pk-iFk'k_'+Qk 其中，為k時刻的方差矩陣預測值； 3) 濾波增益： I=LPikAWk+R1)' 其中，Hk= [coshQkTj-sinhQkl^)] 4) 方差迭代： Pk = (I-KkHk)Pk^ 其中，Pk為k時刻的方差矩陣修正值； 5) 狀態更新： Xk =Xkl^1+KXYk-HkXklkJ 由狀態變量可求得基波電壓的幅值和相位角：
在每次迭代過程中，系統電壓角頻率值Otl為設定值，當系統頻率與參考頻率出現偏差 時，計算結果就會出現誤差；因此，需要通過比較每次迭代后的相位角Θ來修正Ocl;系統 電壓角頻率修正公式為：
Λ 式中，Λ θ為迭代過程中相鄰采樣點所出現的電壓相角差。
【專利摘要】一種用于分布式電源并網逆變器保護的電壓頻率跟蹤方法。其包括對分布式電網中逆變器端口電壓進行實時采樣，采樣頻率固定為600Hz；將電壓采樣值實時輸入至逆變器中，然后進行迭代運算，并修正頻率估計值；將頻率估計值實時地發送到逆變器保護回路，參與邏輯判斷，當檢測到系統電壓頻率偏離正常范圍且達到一定的延時后，逆變器保護動作出口，將分布式電源與主電網系統隔離。本發明效果：相比于傳統的基于傅立葉原理的測頻技術，本方法從原理上解決了頻率跟蹤的時滯問題，跟蹤實時性更強，收斂迅速、穩定，能夠可靠滿足逆變器保護的時限要求。采用固定頻率采樣，且采樣頻率的選擇對于計算精度影響不大，因此一定程度上節省了算法的計算量。
【IPC分類】G05F1-12
【公開號】CN104834339
【申請號】CN201510173361
【發明人】范須露, 李盛偉
【申請人】國家電網公司, 國網天津市電力公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月13日