[發明專利]一種基于輸出電流頻率擾動的抗孤島效應保護方法

無效

• 申請號: 200910046773.2
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101488664A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 相海濤;蔣海江
• 申請（專利權）人: 上海航銳電源科技有限公司
• 主分類號: H02H7/22
• 分類號: H02H7/22;H02J3/38
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫景宜

技術領域：

本發明專利涉及并網發電系統中逆變器的控制方法，尤其涉及一種基于輸出電流頻率擾動的抗孤島效應保護方法。

背景技術：

分布式并網發電是將太陽能、風能等新能源的能量轉化為電力，并通過并網逆變器將電力送入常規電網的新能源利用模式。并網逆變器是并網發電系統中技術含量較高的關鍵部件，其作用是將直流電能轉化與電網頻率和相位同步的正弦電流，成為可輸入電網的高品質交流電能。從安全角度考慮，并網逆變器必須具備抗孤島運行保護的功能。(注：在并網發電系統正常運行狀態下，電網斷電后如果逆變器檢測不到電網的斷電狀態，仍向本地負載提供電流，這種運行狀態就稱為孤島運行)。

由于在孤島運行模式下，并網發電系統繼續向已與電力公司的配電網斷開的電力線供電，這不但會影響電能質量，進而導致用電設備損害，嚴重時還會危及維護檢修人員的生命安全。因此，研究孤島檢測方法及保護措施，將孤島產生的危害降至最低具有十分重要的現實意義。

現有的抗孤島保護方法主要有被動檢測法和主動檢測法。

一般情況下，本地負載與并網逆變器的輸出功率是不匹配的，市電掉電時，逆變器輸出電壓的幅度和頻率或者電壓電流的諧波都會有突然變化，被動檢測法通過監測這些電量的突變來檢測孤島效應。在負載容量與逆變器輸出功率相當情況下，電網斷電前后逆變器輸出端的電壓和頻率可能都不會有較大變化，處于正常工作范圍之內，被動方法就會失效。所以，為確保系統的安全性，一般采用主動施加擾動的方法結合被動檢測方法實現孤島效應的檢測與保護。

并網逆變器采用電流控制模式，輸出電流跟蹤電網電壓的頻率和相位，可認為是受控交流電流源，它有三個要素可以被控制，即其峰值、頻率和相位。主動擾動的方法一般是基于這三個要素施加擾動的，分別對應于有功、頻率和無功擾動三種主動擾動方法。其中，頻率擾動是較為常用的一種孤島檢測方法，它通過對輸出電流的頻率施加擾動來進行孤島效應檢測：逆變器檢測電網電壓的頻率，稍微放大或縮小后作為輸出電流頻率的給定信號，從而使輸出電流頻率偏移電網電壓頻率，造成輸出電壓、電流存在相位偏移，孤島情況下，該相位偏移會被系統內部的鎖相電路檢測到，從而影響頻率檢測值，在此基礎上施加新的頻率擾動，便可使系統工作頻率逐步偏移，直至超出頻率工作范圍，最終觸發頻率保護動作，由此實現孤島效應檢測。

頻率擾動方法在特定的負載條件下可能失去擾動效果，其檢測失敗的原因是：孤島運行情況下，逆變器的交流輸出端的電壓由逆變器輸出電流和負載阻抗特性共同決定，電壓與電流之間的相位差取決于負載阻抗角，特定負載和頻率擾動策略下，負載阻抗角造成的相位差抵消了頻率擾動相位偏移作用，系統頻率無法持續偏移，逆變器與負載就形成了一個相對穩定的系統。

對于特定的頻率擾動策略，如果某個特定的負載使孤島檢測失敗，檢測盲區的大小是由頻率擾動幅度的大小和擾動施加的策略決定的。對于常規的頻率偏移檢測方法，在系統正常運行情況下，由于頻率擾動的施加，電流頻率與電網電壓頻率存在一定偏差，系統輸出電流波形為過零點存在畸變的正弦波形，頻率擾動幅度愈大，電流波形受到的影響愈大，輸出電能質量越差。并網發電系統對電流波形質量的要求決定了頻率擾動幅度不能取的太大，而要獲得更小的檢測盲區，又需要適當大的頻率擾動幅度，這是一對矛盾。要獲得更好的檢測效果和相對較高的電流波形質量，需要從新的角度來改進頻率擾動的策略。本發明的研究表明，對于特定的頻率擾動幅度，檢測盲區的大小是由頻率擾動的方向、頻率保護上限和下限等因素共同決定的，系統要根據負載的特性來確定頻率擾動的方向，這樣才能獲得最小的檢測盲區。常規頻率擾動方法的工作模式是根據頻率檢測結果來確定擾動的方向，頻率擾動的初始方向一般由電網斷電前的系統工作頻率決定，這無法確保正確的擾動方向，也就無法獲得特定頻率擾動幅度下的最佳檢測效果。

發明內容：

本發明的目的是針對頻率擾動法孤島效應檢測方法存在的缺陷，提供一種基于輸出電流頻率擾動的抗孤島效應保護方法。該方法通過兩種途徑來減小檢測盲區：一是加大頻率擾動的周期，二是根據負載的諧振頻率確定頻率擾動的方向。

方法一：

由于傳統頻率擾動方法的頻率檢測和擾動周期為半個工頻周期，本方案把頻率擾動周期由常規的半個工頻周期加大到一個或多個工頻周期，從而通過增大頻率擾動周期，可以以相對較小的頻率擾動幅度，在保證波形質量的基礎上大大減小檢測盲區。此外，同傳統頻率擾動方法相比，在檢測效果相當的基礎上，提高了輸出電流的波形質量。

需要注意的是，這里通過加大頻率擾動的周期來增加擾動，而不是單純的增大擾動幅度，從而既減小了檢測盲區又確保了波形質量。