一種基于mppt的孤島檢測方法
【專利摘要】本發明屬于光伏發電與分布式發電逆變器控制技術領域，涉及一種基于MPPT的孤島檢測方法，本發明通過對MPPT的擾動，影響并網點的電壓幅值，根據并網點的電壓幅值判定是否發生孤島，以及通過增大Boost升壓電路的占空比D對MPPT進行擾動，達到減小光伏輸出電壓和功率的目的。離網時光伏輸出功率的減小，會引起并網點電壓的減小，當并網點電壓偏離正常范圍時就可以判定為孤島狀態。本發明充分考慮了本地負載與分布式光伏發電系統的有功匹配情況，參數設置更加合理，消除了檢測盲區，擾動周期設置更加合理，減小了功率損耗、降低了對電能質量的影響。
【專利說明】
一種基于MPPT的孤島檢測方法
技術領域
[0001] 本發明屬于分布式發電逆變器控制技術領域，涉及一種基于MPPT的孤島檢測方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著化石燃料的枯竭，可再生清潔能源越來越受重視。太陽能作為一種清潔可再 生能源，得到了快速發展。隨著光伏發電技術的進步，越來越多的分布式光伏發電系統被投 入使用。分布式光伏發電系統大量接入電網，也帶來了一些新的問題，關鍵問題之一就是如 何檢測孤島效應。孤島效應是指公共電網斷電后，部分線路和負載由于分布式發電 (Distributed Power Generation，DG)的存在而繼續維持帶電狀態，形成電力公司無法控 制的局部供電網絡。
[0003] 孤島檢測方法包括被動法和主動法兩種。被動檢測方法原理簡單，只需要對相關 的參數進行檢測，不會影響逆變器輸出電能質量，但被動式檢測方法閾值很難整定，檢測盲 區比較大。常見的主動式檢測方法有滑模頻率偏移法、主動頻率偏移法、有功/無功功率擾 動法等。主動檢測方法能夠減小或消除檢測盲區，但需要對逆變器輸出參數進行擾動，導致 電能質量下降和功率損耗。
[0004] 滑模頻移法和主動頻移法應用比較廣泛，但是這兩種方法都會引入額外的諧波， 其檢測盲區受負載的品質因數影響較大。有功功率擾動法不會引入額外的諧波，且檢測盲 區不受品質因數的影響，但現有文獻多是基于逆變器輸出電流進行擾動，會造成逆變器輸 出功率與光伏輸出功率之間的不平衡，導致直流母線電壓的波動。2011年6月.重慶大學.文 獻"光伏并網發電系統中孤島檢測方法研究"提出的基于MPPT的有功擾動算法，有效彌補了 這一不足，但由于其擾動參數設計不合理，存在檢測盲區，功率損耗大。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的為解決現有技術的上述問題，本發明提供一種基于MPPT的新型孤島 檢測算法，本發明的檢測方法無檢測盲區，功率損耗小，為了實現上述目的，本發明采用的 技術方案如下：
[0006] -種基于MPPT的新型孤島檢測方法，其特征在于:包括以下步驟：
[0007]步驟1:實時采集分布式光伏發電并網發電系統公共耦合點的電壓信號，并且對周 期數進行計數，通過其電壓幅值Upcc和頻率f判定是否為孤島狀態、通過周期的個數判定是 否對MPPT進行擾動；
[0008] 步驟2:在第50n-l周期若0.88UN彡UPCC<U N，則對MPPT進行擾動，使得Ppv=O . 76Pm;
[0009] 步驟3:在第50n-l周期若UN<UPC<1. 1UN，則對MPPT進行擾動，使得PPV=0.63Pm;
[0010] 步驟4:擾動之后通過判_
7.2%，判定孤島是否發生。
[0011] 優選地，在所述步驟1的每個工頻周期，判斷并網點電壓幅值Upcc是否在滿足 0. 88Un彡UpcK I. IUn，其中，Un表示電網額定電壓有效值，并網點電壓頻率是否滿足0.5Hz< f-fs|，其中fs表示工頻頻率，即并網點電壓頻率是否滿足49.5Hz<f<50.5Hz，如果并網點 電壓幅值和頻率有任何一個不滿足就可以判定為孤島發生。
[0012] 優選地，所述步驟2，每隔IS對MPPT進行兩個工頻周期的擾動，通過對MPPT的擾動 可使光伏發電并網系統偏離最大工作點，孤島狀態下光伏輸出功率的變化會導致并網點電 壓幅值的變化，孤島狀態下并網點電壓U pcc滿足：
[0013]
[0014] 其中，Ppv是光伏輸出功率，R為本地負載電阻，當Ppv減小時，并網點電壓會減小，因 此通過減小光伏輸出功率，可以使并網點電壓幅值偏離正常范圍。
[0015] 由于每次擾動都會造成功率損耗，所以擾動周期越長越好，同時孤島運行的時間 越短越好。IEEE Std. 92-2000規定，當孤島發生后并網點的電壓滿足0.88Un彡Upcc彡I. IUn 時，最長檢測時間為2s。為了盡量減小擾動帶來的功率損失，同時為了確保由于偶然因素導 致第一次檢測失敗，在2s之內還能進行第二次檢測，本文每隔Is即50個共頻周期，對MPPT進 行一次擾動，擾動時間為兩個工頻周期。
[0016] 由于基于MPPT的功率擾動只能減小光伏輸出功率，因此最難檢測的情況為孤島發 生后并網點電壓為Upccq=I. 1UN。如果每次擾動都按照最難檢測的情況進行擾動，會造成功 率損耗較大。為了減少擾動造成的功率損耗，本發明分別對〇.88Un彡Urao彡U N、UN<UPCC0彡 1. IUn兩種情況進行擾動。
[0017] 當光伏輸出電壓由最大工作點處的電壓減小時，光伏輸出電流基本不變，光伏輸 出功率與光伏輸出電壓成線性關系。當光伏輸出電壓Upv在0到U m范圍時，P-U曲線可以近似 看做一條過原點的直線，即Ppv = k*UPV( k為P-U曲線的斜率），所以本發明通過減小光伏輸出 電壓，實現輸出功率的減小。直流母線電壓是穩定值，所以通過增大Boost升壓電路的占空 比D，可以減小光伏輸出電壓。
[0018] 優選地，所述步驟2在第50n-l周期，若并網點電壓幅值Upcc滿足0.88Un彡U pcKUn， 則通過對Boost升壓電路的占空比D的擾動，實現對MPPT進行擾動，使得Ppv = O . 76Pm，占空比 D滿足：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] 孤島發生后負載功率Piciad滿足：
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 其中0.88<m<l擾動之后負載功率Piciad滿足：
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 其中，Um為最大功率點的電壓幅值，Ut為直流母線電壓，其中Dd1分別為Boost升壓 電路擾動前、后占控比，Upv為光伏輸出電壓，P m為最大功率點處的光伏輸出功率，Ppv為光伏 輸出功率，U5Qn為第50η周期并網點電壓有效值。
[0037] 優選地，所述步驟3第50η-1周期，若并網點電壓幅值Upcc滿足UN<U PCC<1. 1UN，則通
過對Boost升壓電路的占空比D的擾動，實現對MPPT進行擾動，使得Ppv = O . 63Pm，占空比D滿 足：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[00511其中1<η彡1.1，擾動之后負載功率Piciad滿足：
[0052] Pioad = Ppv = 0.63Pm；
[0053] 若第50n-l周期已經發生孤島，則：
[0054]
[0055] 共τ，U273i兀紉厄Booster壓電峨的 iiiCL。
[0056] 優選地，在0.88Un彡UpcKUn和0.88Un彡Upcc彡I. IUn兩種情況下進行擾動，負載兩 端的電壓會偏離正常范圍時，進而檢測出孤島狀態。在第50η周期的并網點電壓滿足：
[0057]
[0058] 優選地，所述步驟4如果在第50n_l周期之前已經發生孤島，負載為純阻性負載時 忽略控制延時，負載兩端的電壓變化與擾動同步，則：
[0059]
[0060]
[0061] U50n-l~U50n-2 | /U50n-2 = 13%;
[0062] 其中U5Qn-!、U5Qn-2為第50n-l、50n-2周周期的并網點電壓有效值。
[0063]優選地，所述步驟4正常情況下電壓波動不超過2.5%，即相鄰兩個波峰的值相差 不能超過2.5%，若一個周波內每個峰值都比上一個峰值減小2.5%，則其有效值比上個周 期減小7.2%，則正常情況下：
[0068] 在實際情況下負載比較復雜，一般為非線性負載，且存在控制延時，負載兩端的電
[0064]
[0065]
[0066]
[0067] 壓變化相對于擾動滯后，所丨
作為輔助判據。
[0069] 綜上所述，本發明由于采用了以上技術方案，本發明具有以下顯著效果：
[0070] 本發明克服了頻率偏移法存在引入額外的諧波的缺點，克服了現有有功擾動造成 直流母線電壓波動的缺點，克服了現有的基于MPPT的孤島檢測存在檢測盲區、損耗功率大 的缺陷。本發明消除了檢測盲區;采用自適應擾動減小了功率損耗、降低了對電能質量的影 響。
【附圖說明】
[0071] 為了更清楚地說明本發明實例或現有技術中的技術方案，下面將對實施實例或現 有技術描述中所需要的附圖做簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明 的一些實例，對于本領域普通技術人員來說，在不付出創造性的前提下，還可以根據這些附 圖獲得其他的附圖。
[0072]圖1是孤島效應的等效電路。
[0073]圖2是光伏電池板輸出的特性曲線。
[0074]圖3是一種基于MPPT的孤島檢測方法的檢測流程圖。
[0075] 圖4是正常情況下孤島檢測時擾動信號、電網電壓及輸出電流仿真波形比較圖。
[0076] 圖5為純阻性負載時并網點電壓波形圖。
[0077] 圖6為純阻性負載時孤島檢測的局部放大圖。
[0078] 圖7是本發明R = Rm時并網點電壓的波形圖。
[0079] 圖8是本發明R = Rm時的孤島發生時的局部放大圖。
[0080] 圖9是本發明R = Rm條件下擾動時Upcc與Un的比值變化波形圖。
[0081]圖10是本發明R = Rm條件下孤島檢測擾動時局部放大圖。
[0082]圖11是本發明R=l. 21Rm時并網點電壓的波形圖。
[0083]圖12是本發明R=l. 21Rm時的孤島發生時的局部放大圖。
[0084] 圖13是本發明R=I .21Rm條件下擾動時Upcc與Un的比值變化波形圖。
[0085] 圖14是本發明R=I. 21心條件下孤島檢測擾動時局部放大圖。
[0086]圖15是本發明的孤島檢測實驗原理圖，
[0087]圖16是本發明的孤島檢測主電路控制電路原理圖。
[0088] 圖17為R = Rm時孤島檢測擾動信號、電網電壓及輸出電流實驗波形。
[0089] 圖18為R= 1.21Rm時孤島檢測擾動信號、電網電壓及輸出電流實驗波形。
【具體實施方式】
[0090] 下面將結合本發明實例中的附圖，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。基于發 明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作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。
[0091 ]如圖1，如下圖1所不為并網發電系統孤島效應的等效電路圖。圖中Ui為光伏輸出 電壓，PPV、QPV為光伏輸有功功率、無功功率，節點a為并網點，R、L、C為等效負載，PLc^QL-為 負載有功功率、無功功率，S為斷路器，ΔΡ、AQ為分別為節點a送入電網輸的有功功率、無功 功率，U g為電網電壓。
[0092]當逆變器并網運行時，由于電網的鉗位作用，并網點電壓Upcc為電網電壓Ug。當電 網斷電，即圖1中斷路器S斷開時，并網點電壓Upcc由逆變器輸出功率P和負載電阻R共同決 定，其有效值為：~ = P )，所以光伏輸出的功率大小直接影響并網點電壓。 當光伏發電系統處于孤島狀態時，只要輸出功率擾動合適，就能使Upcc的幅值超出正常范 圍，進而檢測出孤島狀態。光伏并網逆變器一般工作在最大功率點處，所以對MPPT進行適當 擾動，可以引起光伏發電系統有功功率輸出的擾動，使Upcc偏離正常范圍，檢測出孤島狀態。 [0093]按系統結構分類，光伏并網發電系統可分為單級式和兩級式。單級式光伏并網發 電系統逆變器的控制策略，需要同時考慮實現最大功率跟蹤(MPPT)和并網的功能，控制不 夠靈活且對控制器的要求高，由于光伏陣列輸出電壓即為逆變器直流母線電壓，要求光伏 陣列輸出電壓幅值滿足要求，需要串聯電池板較多。兩級式光伏并網發電系統，其光伏陣列 輸出電能經過兩級功率變換器實現直流到交流的變換，先由DC/DC變換器實現直流-直流變 換，并通過最大功率跟蹤控制，實現光伏陣列最大功率輸出，再由DC/AC逆變器實現直流-交 流變換。兩級功率變換器可以獨立控制，便于控制器的設計，光伏陣列無需通過較多串聯來 提高電壓幅值，這樣光伏陣列的串并聯擴容更易實現。
[0094]由于分布式光伏發電系統電池板串聯的數量較少，難以達到電網電壓的2萬倍，需 要先升壓才能進行DC/AC變化，所以分布式光伏發電系統多采用兩級式結構。兩級式光伏并 網發電系統，前級DC/DC變換電路多采用Boost升壓電路，主要功能是提升光伏陣列輸出電 壓，實現最大功率跟蹤功能(MPPT)。本算法通過對Boost升壓電路的占空比D進行周期性的 擾動，實現對MPPT的周期性擾動即逆變器輸出功率的周期性擾動，在電網斷電時影響并網 點的電壓，使其超出過/欠電壓保護閾值，從而檢測出孤島狀態。
[0095]如下圖2所不為光伏電池板輸出特性曲線圖。圖2中橫坐標Upv為光伏電池板輸出電 壓，兩個縱坐標IP V、P P V分別為光伏電池板輸出電流、功率，I s。為光伏電池板短路電流，I m為 最大功率點電流，Um為最大功率點電壓，Pm為最大功率點功率，U。。為光伏電池板開路電壓。 由圖2可以看出光伏輸出電壓Upv由IU咸小時，光伏輸出電流Ipv基本不變，光伏輸出功率與光 伏輸出電壓成線性關系，當光伏輸出電壓Upv在0到1^范圍時，P-U曲線可以近似看做一條過 原點的直線，即Ppv = k*UPV(k為P-U曲線的斜率）。所以本文采取增大Boost升壓電路的占空 比D對MPPT進行擾動，進而減小光伏輸出電壓Upv和輸出功率Ppv以實現輸出功率的減小，BP 當7-1|:卩6>(, =[/·/·_其中D、為Boost升壓電路占空比，Ut為直流母線電壓，直流母線電壓是穩 I - L) ; 定值，所以通過增大Boos t升壓電路的占空比D，可以減小光伏輸出電壓。
[0096] IEEE Std. 92-2000規定，當孤島發生后并網點的電壓滿足0.88Un彡Upcc彡I. IUn時， 最長檢測時間為2s。為了盡量減小擾動帶來的功率損失，同時為了確保由于偶然因素導致 第一次檢測失敗，在2s之內還能進行第二次檢測，本發明每隔Is對MPPT進行一次擾動，擾動 時間為兩個工頻周期。根據IEEE Std.92-2000的規定，本發明取正常電壓的范圍為0.88UN 彡U彡I. IUnOJn表示電網額定電壓有效值），頻率范圍為49.5Hz彡f彡50.5Hz，發生孤島后公 共點電壓為U_，頻率為f。
[0097]由于基于MPPT的功率擾動只能減小光伏輸出功率，因此最難檢測的情況為孤島發 生后并網點電壓為Upccq=I. 1UN。如果每次擾動都按照最難檢測的情況進行擾動，會造成功 率損耗較大。為了減少擾動造成的功率損耗，本文分〇. 88UN<Upa$UN、UN<Upa< I. IUn兩種 情況進行擾動，算法的具體過程如下：
[0098] 步驟1:若0.88Un>Upcc或Upcc>1.1Un或0.5Hz< |f-fs|，則直接根據過欠壓和過欠頻 確定為孤島狀態。
[0099] 步驟2:若0.88Un彡UpcKUn，則必須加入擾動才能檢測出孤島狀態，在第50n-l周期 開始對MPPT進行兩個工頻周期的擾動，使得Ppv = 0.76Pm，計算過程如下：
[0100] (1)；
[0101] :(.2);
[0102]
[0103] 其中D、D1分別為Boost擾動前、后的占空比，Um為最大功率點處的電壓，Upv為光伏 電池板輸出電壓，Ut為直流母線電壓。由式(1)、（2)、（3)得：
[0108]孤島發生后負載功率Pkiad如式(7)所示：
[0104]
[0105]
[0106]
[0107] (6)；
[0109]
[0110] (68);
[0111]
[0112] 擾動之后負載功率Plciad如式（10)所示：
[0113] Pioad = Ppv = 0.76Pm (10)；
[0114] 假設第50n-l周期已經發生孤島，由式(6)、（7)、（8)、（9)、（10)可得：
[0115]
(11);
[0116] 其中U5Qn為第50η周期并網點電壓有效值，R為負載電阻。由式（11)可得，經過擾動 可以使并網點電壓偏離正常范圍，檢測出孤島狀態。
[0117] 步驟3:若UN<UPCCQ<1.1U N，也需加入擾動才能檢測出孤島狀態，在第50η-1周期開 始對MPPT進行兩個工頻周期的擾動，使得Ppv = O. 63Pm，計算過程如下：
[0118] Cl 2 ):
[0119] :(13);
[0120] Vpv = 0.63Vm (14)；
[0121] 其中D2為Boost擾動后的占空比。由式(12)、（13)、（14)得：
[0122] D2 = 0.63D+0.37 (15)；
[0123] PPV = k*Vpv=0.63Pm (16)；
[0124] 參照式(6)-10)可得：
[0125]
(17);
[0126] 由式（17)可得，通過擾動可以使并網點電壓偏離正常范圍，檢測出孤島狀態。兩種 情況下的擾動都能檢測出孤島狀態，所以本文提出的算法不存在檢測盲區。
[0127] 步驟4:GB/T 12325-2008標準規定220V電壓等級電壓波動不超過2.5%，即相鄰兩 個峰值相差不超過2.5%。并網時考慮最惡劣的情況，即一個周波內每個峰值都比上一個峰 值減小2.5%，則其有效值與上個周期相比，減小量小于7.2%，計算公式如式（18)、（19)所 示：
[0128]
[0129]
[0130]如果在第50n-l周期之前已經發生孤島，負載為阻性負載時忽略控制延時，負載兩 端的電壓變化與擾動同步，則：
[0131]
[0132]
[0133]
[0134] 其中U5Qn-i、U5Qn-2為第50n-l、50n-2周周期的并網點電壓有效值。
[0135] 所以經過一個工頻周期擾動之后，即使0.88Un彡U5Qn-!彡I.IUn，只要滿足他^- U50n-21 /U5Qn-2 > 7.2 %仍然可判斷為孤島狀態，可效減少了檢測出孤島的時間。但由于負載 情況復雜，以及控制延時的存在，負載兩端的電壓變化會滯后于擾動，所以I I / U50n-2>7.2%只是輔助判據，在純阻負載情況下會起作用，當負載為RLC負載時，多數情況需 要通過判據0.1. 1UN，判定是否為孤島狀態。
[0136] 對本發明的進一步改進算法，對輸出功率的影響很小時，如式（23)、（24)所示， 0.881KUpcx<Un和0.88lKUpcx< I. IUn兩種情況下加入擾動后光伏輸出功率，分別為加入 擾動前的99 %、98.5 %，損失的功率分別為1 %、1.5 %。
[0137] PPV = 0.96Pm+0.04X0. .76Pm=0.99Pm (23)；
[0138] Ppv = 0.96Pm+0.04 X 0.63Pm=0.985Pm (24)；
[0139] 本發明中，結合圖5至圖16,采用Matlab/Simulink對基于MPPT的孤島檢測算法在 三相并網逆變器上進行了仿真驗證。如圖15和圖16所示，仿真參數設置為：電網相電壓峰值 為31IV，頻率為50Hz;直流母線電壓為780V;逆變器輸出電流峰值為3.6A;濾波電路LCL參數 為L i = 3.8mH、Cf = 4.7yF、Ls = 1.0 mH;開關管頻率為IOKHz。為了更具代表性，本文分別對 1^〇)=加，8卩1? = 1^(1^為負載功率與光伏輸出功率相等時，負載電阻）、1^〇) = 1.11]#卩1?= I . 21Rm，兩種情況進行了仿真。同時為了驗證判據I U5Qn-1-U5Qn-2 I /U5Qn-2 > 7.2 %的作用，對純 阻性負載R = Rm也進行了仿真。根據IEEE Std.92-2000的推薦RLC負載諧振頻率為50Hz、品 質因數0〗=2.5，兩種情況對應的乩(：負載參數分別為1? = 86.5〇丄=92以？、1^=110.1111!1，1?= 104.7 Ω、C = 76yF、L = 133.3mH。擾動周期為Is，每個周期對MPPT連續擾動兩個工頻周期，負 載的脫網時刻都為0.6s。平衡電網條件下三相電流、電壓變化相同，因此本文的仿真和實驗 波形，只取了a相的電壓、電流波形圖。
[0140]如圖4所示，為正常情況下孤島檢測輸出的對比圖，時擾動信號（圖4中的圖4-1)、 電網電壓（圖4中的圖4-2)和輸出電流（圖4中的圖4-3)仿真波形。從圖4可以看出，正常情況 下擾動時，Boost電路的占空比D增大，導致光伏輸出電壓減小，并網點電壓不變，逆變器輸 出電流減小，導致逆變器輸出功率減小。通過對Boost電路的占空比D的擾動，實現了對逆變 器輸出功率的擾動，和理論分析相符。
[0141] 在本發明中，圖5是R = Rm時并網點電壓波形，由圖5可以看出，當負載為純阻性負 載時0.6s脫網，由于負載功率與光伏輸出功率匹配，并網點電壓幅值基本沒有變化，因此能 夠保持孤島狀態運行。圖6為純阻性負載時孤島檢測的局部放大圖，由圖6可以看出，0.96s 孤島檢測開始，僅一個工頻周期就檢測出了孤島狀態，說明判據I I /U5Qn-2彡 7.2%發揮了作用。
[0142] 如圖7所示，是R = Rm時仿真結果時并網點電壓波形圖，圖8是1?=1條件下孤島發生 時局部放大的波形圖；圖為9是孤島發生時U pcc與Un比值變化的波形圖（是從0秒開始的整個 檢測過程圖），從圖8、圖9可以看出由于R = IUIP負載功率與有功功率相等時，孤島發生后并 網點電壓幅值沒有明顯變化。同時由于RLC負載諧振頻率為50Hz，電壓頻率也沒有超出正常 范圍。孤島發生后并網點電壓和頻率都在正常范圍內，系統處于孤島運行狀態，對MPPT進行 擾動才能檢測出孤島狀態。圖10是R=IV倩況下對MPPT進行擾動時并網點電壓局部放大的 波形圖，從圖9和圖10可以看出在0.96s施加擾動之后，并網點電壓開始減小，在0.985s檢測 出孤島狀態，從檢測開始到檢測出孤島狀態僅用時25ms。
[0143] 如圖11所示，是R= 1.21RJ寸并網點電壓波形圖，圖12是R= 1.21RJ寸的孤島發生時 的局部放大圖，圖13是R= 1.2IRm條件下孤島發生時Upcc與Un的比值變化波形圖，從圖12、圖 13可以看出，由于R=l. 21Rm，孤島發生后并網點電壓幅值增大UPPC~1.1UN，仍在正常范圍 內。由于負載諧振蕩率為50Hz，電壓頻率沒有超出正常范圍。孤島發生后并網點電壓和頻率 都在正常范圍內，系統處于孤島運行狀態，對MPPT進行擾動才能檢測出孤島狀態。圖14是在 R = 1.21 Rm情況下對M P P T進行擾動時并網點電壓局部放大的波形圖，從圖14可以看出在 0.96s施加擾動之后，并網點電壓開始減小，在0.99s檢測出孤島狀態，從檢測開始到檢測出 孤島狀態也僅用時30ms。
[0144] 如圖15所示，本發明基于三相并網逆變器對提出的孤島檢測算法進行了實驗驗 證，搭建了圖15所示的孤島檢測實驗平臺原理圖，其主電路和控制原理圖如圖16所示。在本 發明中，三相光伏并網逆變系統為兩級式結構，前級直流變換單元(DC-DC)采用Boost升壓 電路，其主要功能是穩定三相逆變器直流側的電壓，并實現光伏陣列的最大功率點跟蹤 (MPPT)。并網控制系統采用準PR控制，逆變器輸出側濾波器采用RLC濾波器。具體實驗參數 為：電網相電壓峰值為100V，頻率為50Hz，逆變器輸出峰值電流為7.5A。電源采用深圳市菊 水皇家科技有限公司的AGP1000系列光伏模擬電源，控制芯片采用TI公司DSP控制芯片 TMS320F28335，三相并聯RLC負載采用chroma63802電子負載。負載品質因數Qf = 2.5，諧振 頻率為50Hz，負載電阻分為兩種情況R = R^Upc〇) = Un、R= 1.21RdPUpc〇)= 1. 1UN。
[0145] 在本發明中，孤島檢測算法的實驗波形如圖17和圖18所示，其中13為逆變器a相輸 出電流。由于Boost的電路的開關頻率很高，占空比D的變化無法和電流電壓波形放在同一 個時間尺度下，所以本文用擾動信號代表對占空比D的擾動。從圖17可以看出在孤島發生到 擾動開始這段時間內，由于R=R m逆變器輸出的電流沒有明顯的變化，在負載電阻不變的情 況下，并網點電壓Upcc(U pcc = IaR)也不會有明顯的變化。從圖18可以看出在孤島發生到擾動 開始這段時間內，由于R=I.211逆變器輸出的電流增大，在負載電阻不變的情況下，并網 點電壓IW也增大。從圖17、圖18可以看出，在R = Rm、R=1.21Rm兩種情況下，本發明都能迅速 的檢測出孤島狀態。實驗結果與理論分析和仿真相符，驗證了本發明的有效性。
[0146] 本發明通過Boost升壓電路的占空比D進行周期性的擾動，實現逆變器輸出功率的 周期性擾動，在電網斷電時影響并網點的電壓，使其超出過/欠電壓保護閾值，進而檢測出 孤島狀態。根據IEEE Std. 92-2000推薦的RLC負載1? = 1時，只需25ms就能檢測出孤島狀 態;負載R = 1.21Rm時，只需30ms就能檢測出孤島狀態。本發明克服了主動移頻、移相法存在 引入額外的諧波、降低輸出功率因數的缺陷，克服了有功電流擾動法存在直流母線電壓波 動的缺陷。與現有的基于MPPT的孤島檢測算法相比，本發明參數設置更合理，消除了檢測盲 區；自適應擾動減小了損耗功。仿真和實驗驗證了本發明所提孤島檢測算法的有效性和優 越性。
[0147] 以上所述僅為發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神 和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:包括W下步驟： 步驟1:實時采集分布式光伏發電并網發電系統公共禪合點的電壓信號，并且對周期數 進行計數，通過其電壓幅值化CC和頻率f判定是否為孤島狀態、通過周期的個數判定是否對 MPPT進行擾動； 步驟2:在第50n-l周期若0.88Un《Upcc《Un，則對MPPT進行擾動，使得光伏輸出功率時V = 0.76Pm，其中，Pm為最大功率點處的光伏輸出功率； 步驟3:在第5化-1周期若1. IUn,則對MPPT進行擾動，使得Ppv = O . 63Pm，其中， Un示電網額定電壓有效值； 步驟4:擾動之后通過判袁，判定孤島是否發生。2. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:在所述步驟1的 每個工頻周期，判斷并網點電壓幅值化CC是否在滿足0.88Un《化1. IUn，并網點電壓頻率 是否滿足0.5化< I f-f SI，其中，f S表示工頻頻率，如果并網點電壓幅值和頻率有任何一個不 滿足就可W判定為孤島狀態。3. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:所述步驟2,每隔 Is對MPPT進行兩個工頻周期的擾動，通過對MPPT的擾動可使光伏發電并網系統偏離最大工 作點，孤島狀態下光伏輸出功率的變化會導致并網點電壓幅值的變化，孤島狀態下并網點 電壓化(X滿足：其中，Ppv是光伏輸出功率，R為本地負載電阻。4. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:所述步驟2在第 SOn-I周期，若并網點電壓幅值Upcc滿足0.88Un《Upcc《Un，則通過對Boost升壓電路的占空比 D的擾動，實現對MPPT進行擾動，使得時V = O. 76Pm，占空比D滿足： 擾動后的占控比化滿足：Upv=0.76Um; 則： Di = O.7 抓+0.24; Ppv=k*Upv = 0.76Pm ； 若第50n-l周期已經發生孤島，則： 其中，Um為最大功率點的電比I陽但，共中U、化分別刃B 0 0 S t開比電路擾動前、后占控比， 化V為光伏輸出電壓，Pm為最大功率點處的光伏輸出功率，時V為光伏輸出功率，化血為第5化周 期并網點電壓有效值，k為曲線斜率。5. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于：所述步驟3第 50n-l周期，若并網點電壓幅值Upcc滿足Un<Upcc《I. IUn，則通過對Boost升壓電路的占空比D 的擾動，實現對MPPT進行擾動，使得時V = O. 63Pm，占空比D滿足： 擾動后的占控比化滿足：Upv=0.63Um; 則 D2 = 0.63D+0.37; Ppv=k*Upv = 0.6 3Pm ； 若第50n-l已經發生孤烏.面11.其中，〇2為擾動后Boost升比電路的占至化，k刃團線斜準。6. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:在0.88Un《Upcc《 Un和0.88Un《化1. IUn兩種情況下進行擾動，負載兩端的電壓會偏離正常范圍時，進而檢 測出孤島狀態。7. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:所述步驟4如果 在第50n-l周期之前已經發生孤島，負載為阻性負載時忽略控制延時，負載兩端的電壓變化 與擾動同步，則： U已血-1-U50n-2 I /U50n-2 二 13 ;其中化On-I、化on-2為第50n-l、50n-2周周期的并網點電壓有效值。8. 根據權利要求1所述的一種基于MPPT的孤島檢測方法，其特征在于:所述步驟4正常 情況下電壓波動不超過2.5%，即相鄰兩個波峰的值相差不能超過2.5%，若一個周波內每 個峰值都比上一個峰值減小2.5%，則其有效值比上個周期減小7.2%，則正常情況下：U已血-1-U50n-2 I /U50n-2 二 7.2 % ; 所W，當時即可判定孤島發生。 U'鋪円-2
【文檔編號】H02J3/38GK105914777SQ201610234471
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】肖靜, 高立克, 楊藝云, 張閣, 肖園園, 司傳濤, 梁朔, 周楊珺, 郭敏
【申請人】廣西電網有限責任公司電力科學研究院