帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻率偏移防孤島控制算法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于分布式并網發電防孤島保護領域，特別涉及一種帶電壓頻率絕對值正 反饋的主動頻率偏移防孤島控制算法及系統。
【背景技術】
[0002] 孤島現象是指當電網失壓時，光伏系統仍保持對失壓電網中的某一部分線路繼續 供電的狀態，從而形成了一個不可控的供電網絡。具體的講，就是當電力公司的供電因故障 或停電檢修而跳閘時（例如大電網停電），分布式并網發電系統未能及時檢測出停電狀態 而將自身切離供電網絡，形成由并網發電系統和當地負載組成的一個電力公司無法掌握的 自給供電孤島。
[0003] -般來說，孤島效應可能對整個配電系統設備及用戶端的設備造成不利的影響， 包括：
[0004] 1)危害電力維修人員的生命安全；
[0005] 2)影響配電系統上的保護開關動作程序；
[0006] 3)孤島區域所發生的供電電壓與頻率的不穩定性質會對用電設備帶來破壞；
[0007] 4)當供電恢復時造成的電壓相位不同步將會產生浪涌電流，可能會引起再次跳閘 或對光伏系統、負載和供電系統帶來損壞。
[0008] 由此可見，作為一個安全可靠的光伏逆變系統，必須能及時檢測出孤島效應并避 免所帶來的危害。
[0009] 主動頻率偏移法（Active Frequency Drift, AFD)是較為常用的主動式孤島檢測 方法，其基本原理是檢測公共親合點（Point of Common Coupling, PPC)處電壓的頻率，并 加入固定的擾動，使之比上一周期PCC點出電壓的頻率略高（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零點而電壓未到達，則強制電流給定為零， 直到電壓過零則再次觸發下一個半波。圖1是AFD法的工作原理，圖中1]^為公共耦合點電 壓，i為加入主動頻移法擾動后的逆變器輸出電流。定義截斷系數cf:電流過零點超前（或 滯后）公共點電壓過零點的時間間隔^與公共點電壓周期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;電網正常運行時，PPC點電壓受電 網電壓的鉗制，頻率保持不變；電網失壓后，逆變器輸出電流的頻率將根據上個周期內測得 的公共耦合點PCC的電流頻率來改變，即：finv (k+1) = finv (k) + Δ f，因此PCC點的電壓頻率 受電流頻率的影響發生偏離，頻率偏移到一定的閾值后就可以判斷出孤島現象。國家標準 要求光伏并網逆變器輸出電流的總諧波系數THD不得大于5%，因此根據文獻的介紹，截斷 系數的最大取值為cf= 0. 05,過大的截斷系數會導致THD過大而影響電能質量，但過小的 截斷系數會使防孤島現象很難被檢測出，因此有較大的檢測盲區。
【發明內容】
[0010] 針對上述現有技術存在的問題和難點，本發明提出了一種帶電壓頻率絕對值正反 饋的主動頻率偏移防孤島控制算法。
[0011] 本發明實施例帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻率偏移防孤島控制算法，包括如 下步驟：
[0012] S1:檢測公共耦合點電壓頻率f和公共耦合點電流的幅值I，計算出逆變器輸出電 流 i (ω t);
[0013] S2:判斷公共耦合點電壓頻率f小于最大頻率或者大于最小頻率f_是否成 立，若成立執行步驟S5,不成立則執行步驟S3 ;
[0014] S3:每周期采用步驟S1所計算的逆變器輸出電流i (on)給逆變器并網輸出電流 添加擾動，并檢測添加擾動后的公共耦合點電壓頻率f ;
[0015] S4:判斷f'是否大于最大頻率^，如果是則進入步驟S5,否則返回步驟S1 ;
[0016] S5:采取防孤島動作。
[0017] 本發明所述的帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻率偏移防孤島控制算法中，步驟 S2中所述最小頻率f_設定為49. 5Hz，所述最大頻率設定為50. 5Hz。
[0018] 本發明所述的帶電壓頻率絕對值正反饋的主動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為公共耦合點電壓頻率，fg為并網電壓頻率，
k和X分別為待定系數，其中X多1 ;
[0021] -0· 1 < k < 0· 1，k 乒 0〇
[0022] 本發明還提供了一種帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻率偏移防孤島控制系統， 包括：
[0023] 電壓頻率檢測模塊，用于檢測公共耦合點電壓頻率f ;
[0024] 電流檢測模塊，用于檢測公共耦合點電流的幅值I ;
[0025] 計算模塊，用于根據檢測的公共耦合點電壓頻率f和公共耦合點電流的幅值I計 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作，不成立則啟動添加擾動模塊；
[0027] 添加擾動模塊，用于每周期采用計算的逆變器輸出電流i(cot)給逆變器并網輸 出電流添加擾動，并檢測添加擾動后的公共耦合點電壓頻率f ;
[0028] 第二判斷模塊，用于判斷公共耦合點電壓頻率f'是否大于最大頻率f_，如果是 則采取防孤島動作，否則重新通過計算模塊計算逆變器輸出電流i ( ω t);
[0029] 防孤島動作模塊，用于執行防孤島動作。
[0030] 本發明的有益效果：本發明以帶電壓頻率正反饋的主動頻移法為基礎，減小了主 動頻移法導致的較大的THD，保證了電能質量；在電壓頻率正反饋中加入絕對值能控制頻 率擾動向著固定的方向，克服了主動頻移法THD較大、檢測盲區較大的問題，也克服了帶電 壓頻率正反饋的主動頻移法公共點電壓頻率震蕩的問題，可以實現任何情況下孤島現象都 能順利檢測的功能，具有工程實際意義。
【附圖說明】
[0031] 圖1為現有技術中的主動頻移法（Active Frequency Drift, AFD)的工作原理圖；
[0032] 圖2為本發明實施例帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻移法流程圖。
[0033] 圖3為本發明實施例用于孤島檢測的帶有本地負載的電路原理框圖；
[0034] 圖4為本發明實施例給定k = 0. 05和X = 2時公共點電壓和公共點電流波形圖；
[0035] 圖5為本發明實施例給定k = 0. 05和X = 2時公共點電壓頻率變化波形圖；
[0036] 圖6為本發明實施例給定k = 0. 05和X = 2時逆變器輸出電流的總諧波系數分 析。
[0037] 圖7為本發明實施例帶電壓頻率絕對值正反饋的主動頻率偏移防孤島控制系統 的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖來對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0039] 為了減少電流擾動對電能質量帶來的諧波干擾，而又不影響孤島的檢測特性，本 發明提出了帶電壓頻率正反饋的主動頻移法，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，進而打破平衡檢測出孤島效應的發生。
[0040] 圖2為本發明實施例帶電壓頻率絕對值正反饋的主動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:檢測公共耦合點電壓頻率f和公共耦合點電流的幅值I，計算出逆變器輸出電 流 i (ω t);
[0042] S2:判斷公共耦合點電壓頻率f小于最大頻率或者大于最小頻率f_是否成 立，若成立執行步驟S5,不成立則執行步驟S3 ;
[0043] S3:每周期用步驟S1所計算的逆變器輸出電流函數i (cot)給逆變器并網輸出電 流添加擾動，并檢測公共耦合點電壓頻率f ;
[0044] S4:判斷f'是否大于最大頻率f_，如果是則進入步驟S5,否則返回步驟S1 ;
[0045] S5:采取防孤島動作。
[0046] 本發明的一個實施例中，可定義逆變器輸出電流函數為：
[0048] 其中：I為逆變器輸出電流幅值，f為公共耦合點電壓頻率，fg為并網電壓頻率， = ?:，k和X為擾動系數，其中X彡1 ;-0· 1 < k < 0· 1，k乒0〇 續
[0049] 為了不影響電能質量，待定系數可設置為：k = 0. 05, X = 2 ;
[0050] 其檢測數據設定如下：
[0051] GB/T15945-95中規定，對于電力系統允許的偏差，正常允許為正負0· 2Hz，對于小 容量系統可以放寬到0. 5Hz。微型光伏并網逆變器屬于小容量系統，則公共耦合點電壓的最 小頻率設定為f_= 49. 5Hz，公共耦合點電壓的最大頻率設定為f_= 50. 5Hz。
[0052] 在引入電壓頻率正反饋后，電網正常工作時公共點電壓受電網電壓的鉗制，頻率 保持不變，即f = fg，此時只有kl引入的非常小量的電流擾動，對電能質量幾乎沒有影響；