帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分布式并網(wǎng)發(fā)電防孤島保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶電壓頻率絕對(duì)值正 反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 孤島現(xiàn)象是指當(dāng)電網(wǎng)失壓時(shí)，光伏系統(tǒng)仍保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線(xiàn)路繼續(xù) 供電的狀態(tài)，從而形成了一個(gè)不可控的供電網(wǎng)絡(luò)。具體的講，就是當(dāng)電力公司的供電因故障 或停電檢修而跳閘時(shí)（例如大電網(wǎng)停電），分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài) 而將自身切離供電網(wǎng)絡(luò)，形成由并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和當(dāng)?shù)刎?fù)載組成的一個(gè)電力公司無(wú)法掌握的 自給供電孤島。
[0003] -般來(lái)說(shuō)，孤島效應(yīng)可能對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶(hù)端的設(shè)備造成不利的影響， 包括：
[0004] 1)危害電力維修人員的生命安全；
[0005] 2)影響配電系統(tǒng)上的保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作程序；
[0006] 3)孤島區(qū)域所發(fā)生的供電電壓與頻率的不穩(wěn)定性質(zhì)會(huì)對(duì)用電設(shè)備帶來(lái)破壞；
[0007] 4)當(dāng)供電恢復(fù)時(shí)造成的電壓相位不同步將會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，可能會(huì)引起再次跳閘 或?qū)夥到y(tǒng)、負(fù)載和供電系統(tǒng)帶來(lái)?yè)p壞。
[0008] 由此可見(jiàn)，作為一個(gè)安全可靠的光伏逆變系統(tǒng)，必須能及時(shí)檢測(cè)出孤島效應(yīng)并避 免所帶來(lái)的危害。
[0009] 主動(dòng)頻率偏移法（Active Frequency Drift, AFD)是較為常用的主動(dòng)式孤島檢測(cè) 方法，其基本原理是檢測(cè)公共親合點(diǎn)（Point of Common Coupling, PPC)處電壓的頻率，并 加入固定的擾動(dòng)，使之比上一周期PCC點(diǎn)出電壓的頻率略高（或略低），再作為逆變器輸出 電流的參考頻率。若逆變器輸出電流半波已到達(dá)零點(diǎn)而電壓未到達(dá)，則強(qiáng)制電流給定為零， 直到電壓過(guò)零則再次觸發(fā)下一個(gè)半波。圖1是AFD法的工作原理，圖中1]^為公共耦合點(diǎn)電 壓，i為加入主動(dòng)頻移法擾動(dòng)后的逆變器輸出電流。定義截?cái)嘞禂?shù)cf:電流過(guò)零點(diǎn)超前（或 滯后）公共點(diǎn)電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔^與公共點(diǎn)電壓周期Tv-半的比值，即：％ = 逆 % 變器輸出電流的頻率為f = fg+A f，其中Δ f = Cf · fg;電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，PPC點(diǎn)電壓受電 網(wǎng)電壓的鉗制，頻率保持不變；電網(wǎng)失壓后，逆變器輸出電流的頻率將根據(jù)上個(gè)周期內(nèi)測(cè)得 的公共耦合點(diǎn)PCC的電流頻率來(lái)改變，即：finv (k+1) = finv (k) + Δ f，因此PCC點(diǎn)的電壓頻率 受電流頻率的影響發(fā)生偏離，頻率偏移到一定的閾值后就可以判斷出孤島現(xiàn)象。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 要求光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流的總諧波系數(shù)THD不得大于5%，因此根據(jù)文獻(xiàn)的介紹，截?cái)?系數(shù)的最大取值為cf= 0. 05,過(guò)大的截?cái)嘞禂?shù)會(huì)導(dǎo)致THD過(guò)大而影響電能質(zhì)量，但過(guò)小的 截?cái)嘞禂?shù)會(huì)使防孤島現(xiàn)象很難被檢測(cè)出，因此有較大的檢測(cè)盲區(qū)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和難點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種帶電壓頻率絕對(duì)值正反 饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法。
[0011] 本發(fā)明實(shí)施例帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法，包括如 下步驟：
[0012] S1:檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電壓頻率f和公共耦合點(diǎn)電流的幅值I，計(jì)算出逆變器輸出電 流 i (ω t);
[0013] S2:判斷公共耦合點(diǎn)電壓頻率f小于最大頻率或者大于最小頻率f_是否成 立，若成立執(zhí)行步驟S5,不成立則執(zhí)行步驟S3 ;
[0014] S3:每周期采用步驟S1所計(jì)算的逆變器輸出電流i (on)給逆變器并網(wǎng)輸出電流 添加擾動(dòng)，并檢測(cè)添加擾動(dòng)后的公共耦合點(diǎn)電壓頻率f ;
[0015] S4:判斷f'是否大于最大頻率^，如果是則進(jìn)入步驟S5,否則返回步驟S1 ;
[0016] S5:采取防孤島動(dòng)作。
[0017] 本發(fā)明所述的帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法中，步驟 S2中所述最小頻率f_設(shè)定為49. 5Hz，所述最大頻率設(shè)定為50. 5Hz。
[0018] 本發(fā)明所述的帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法中，步驟 S1中逆變器輸出電流i (cot)以如下公式表述：
[0020] 其中，I為逆變器輸出電流的幅值，f為公共耦合點(diǎn)電壓頻率，fg為并網(wǎng)電壓頻率，
k和X分別為待定系數(shù)，其中X多1 ;
[0021] -0· 1 < k < 0· 1，k 乒 0〇
[0022] 本發(fā)明還提供了一種帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制系統(tǒng)， 包括：
[0023] 電壓頻率檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電壓頻率f ;
[0024] 電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電流的幅值I ;
[0025] 計(jì)算模塊，用于根據(jù)檢測(cè)的公共耦合點(diǎn)電壓頻率f和公共耦合點(diǎn)電流的幅值I計(jì) 算出逆變器輸出電流i(?t);
[0026] 第一判斷模塊，用于判斷公共耦合點(diǎn)電壓頻率f小于最大頻率或者大于最小 頻率^_是否成立，若成立則采取防孤島動(dòng)作，不成立則啟動(dòng)添加擾動(dòng)模塊；
[0027] 添加擾動(dòng)模塊，用于每周期采用計(jì)算的逆變器輸出電流i(cot)給逆變器并網(wǎng)輸 出電流添加擾動(dòng)，并檢測(cè)添加擾動(dòng)后的公共耦合點(diǎn)電壓頻率f ;
[0028] 第二判斷模塊，用于判斷公共耦合點(diǎn)電壓頻率f'是否大于最大頻率f_，如果是 則采取防孤島動(dòng)作，否則重新通過(guò)計(jì)算模塊計(jì)算逆變器輸出電流i ( ω t);
[0029] 防孤島動(dòng)作模塊，用于執(zhí)行防孤島動(dòng)作。
[0030] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以帶電壓頻率正反饋的主動(dòng)頻移法為基礎(chǔ)，減小了主 動(dòng)頻移法導(dǎo)致的較大的THD，保證了電能質(zhì)量；在電壓頻率正反饋中加入絕對(duì)值能控制頻 率擾動(dòng)向著固定的方向，克服了主動(dòng)頻移法THD較大、檢測(cè)盲區(qū)較大的問(wèn)題，也克服了帶電 壓頻率正反饋的主動(dòng)頻移法公共點(diǎn)電壓頻率震蕩的問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)任何情況下孤島現(xiàn)象都 能順利檢測(cè)的功能，具有工程實(shí)際意義。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的主動(dòng)頻移法（Active Frequency Drift, AFD)的工作原理圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻移法流程圖。
[0033] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例用于孤島檢測(cè)的帶有本地負(fù)載的電路原理框圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例給定k = 0. 05和X = 2時(shí)公共點(diǎn)電壓和公共點(diǎn)電流波形圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例給定k = 0. 05和X = 2時(shí)公共點(diǎn)電壓頻率變化波形圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例給定k = 0. 05和X = 2時(shí)逆變器輸出電流的總諧波系數(shù)分 析。
[0037] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說(shuō)明。
[0039] 為了減少電流擾動(dòng)對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)的諧波干擾，而又不影響孤島的檢測(cè)特性，本 發(fā)明提出了帶電壓頻率正反饋的主動(dòng)頻移法，不直接改變電流的頻率而是改變部分電流的 幅值并引入電壓頻率正反饋，進(jìn)而打破平衡檢測(cè)出孤島效應(yīng)的發(fā)生。
[0040] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例帶電壓頻率絕對(duì)值正反饋的主動(dòng)頻率偏移防孤島控制算法 流程圖，該算法包括以下步驟：
[0041] S1:檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電壓頻率f和公共耦合點(diǎn)電流的幅值I，計(jì)算出逆變器輸出電 流 i (ω t);
[0042] S2:判斷公共耦合點(diǎn)電壓頻率f小于最大頻率或者大于最小頻率f_是否成 立，若成立執(zhí)行步驟S5,不成立則執(zhí)行步驟S3 ;
[0043] S3:每周期用步驟S1所計(jì)算的逆變器輸出電流函數(shù)i (cot)給逆變器并網(wǎng)輸出電 流添加擾動(dòng)，并檢測(cè)公共耦合點(diǎn)電壓頻率f ;
[0044] S4:判斷f'是否大于最大頻率f_，如果是則進(jìn)入步驟S5,否則返回步驟S1 ;
[0045] S5:采取防孤島動(dòng)作。
[0046] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可定義逆變器輸出電流函數(shù)為：
[0048] 其中：I為逆變器輸出電流幅值，f為公共耦合點(diǎn)電壓頻率，fg為并網(wǎng)電壓頻率， = ?:，k和X為擾動(dòng)系數(shù)，其中X彡1 ;-0· 1 < k < 0· 1，k乒0〇 續(xù)
[0049] 為了不影響電能質(zhì)量，待定系數(shù)可設(shè)置為：k = 0. 05, X = 2 ;
[0050] 其檢測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)定如下：
[0051] GB/T15945-95中規(guī)定，對(duì)于電力系統(tǒng)允許的偏差，正常允許為正負(fù)0· 2Hz，對(duì)于小 容量系統(tǒng)可以放寬到0. 5Hz。微型光伏并網(wǎng)逆變器屬于小容量系統(tǒng)，則公共耦合點(diǎn)電壓的最 小頻率設(shè)定為f_= 49. 5Hz，公共耦合點(diǎn)電壓的最大頻率設(shè)定為f_= 50. 5Hz。
[0052] 在引入電壓頻率正反饋后，電網(wǎng)正常工作時(shí)公共點(diǎn)電壓受電網(wǎng)電壓的鉗制，頻率 保持不變，即f = fg，此時(shí)只有kl引入的非常小量的電流擾動(dòng)，對(duì)電能質(zhì)量幾乎沒(méi)有影響；