[發明專利]一種基于基頻與開關頻率次阻抗的孤島檢測法

有效

• 申請號: 201310241483.X
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103308806A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 廖志凌;徐東;崔曉晨;施衛東
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種基于基頻與開關頻率次阻抗的孤島檢測法，屬于并網逆變器在電力系統應用中的保護與控制領域。

背景技術`

分布式發電并網系統因其設計靈活、電能利用形式來源多樣而受到人們越來越多的關注，但也由此帶來了孤島的問題。目前，孤島檢測主要有基于本地電氣量特征(包括頻率、電壓、諧波、阻抗等)的本地檢測方法和基于通信技術的遠程檢測兩種方法，基于通信技術的遠程檢測多用于電力公司對分布式發電系統及配電網電能傳輸運行的監測與維護，也稱電網端檢測法。現如今，國內外各類并網標準亦對各獨立的并網逆變器提出了諸多并網要求與指標。

并網逆變器多采用本地檢測方法，包括了被動式孤島檢測與主動式孤島檢測。被動式孤島檢測法通過檢測并網系統中與電網接口處的電壓幅值、頻率、相位等異常來檢測孤島效應，此類方法簡單，無需添加外部硬件，但檢測實時性差，存在十分明顯的檢測盲區；而主動式檢測法利用主動式的頻率偏移、功率擾動等方法改進了被動式檢測法，盲區有效減小，精確度得到提高，但主動檢測法引入了外部的擾動量，增加了檢測復雜性的同時帶來了并網質量的下降。

目前較新的LCL型濾波結構并網逆變器相對傳統L及LC型濾波結構并網逆變器來說，其諧波抑制效果有了明顯的改善，對于LCL型三階濾波結構的諧振尖峰問題也有了較好的解決，其開關頻率次的諧波能夠符合相關入網規范要求，但仍然無法完全消除，無論L型、LC型、LCL型，其開關頻率次諧波特征都可作為LCL型逆變器具有的特征存在，同時，并網電流中以基波為主，采用基波電流來檢測基頻阻抗是一種較好的方法，不需要外加諧波，但單一的基頻阻抗檢測存在盲區，需與其他檢測配合使用。

發明內容

本發明的主要目的是：針對以上所述傳統方法和其他已存在方法中的問題，結合LCL型并網逆變器特點，提出了一種快速檢測并網逆變器孤島效應的新方法。

本發明提供的快速孤島檢測法，包括以下幾個步驟：

一種基于基頻與開關頻率次阻抗的孤島檢測法，包括如下步驟：

（1）并網逆變器與低壓電網并聯，同時兩者中間并接本地負載若干，所述并網逆變器、低壓電網、本地負載的公共連接點為PCC，在PCC和低壓電網之間設置接觸開關，用以切換并網模式與孤島模式；

（2）采樣PCC處的電壓V_PCC與并網逆變器的輸出電流I_inv，將信號送至DSP2808核心控制芯片進行并網控制的相關軟件運算，輸出SPWM驅動信號驅動各橋臂開關管導通與關斷，同時利用傅里葉級數的三角函數關系，由以上兩個采樣參數V_PCC和I_inv進行快速孤島計算，獲得基波頻率和開關頻率下的阻抗值；

（3）判斷基波頻率處阻抗變化率、開關頻率次阻抗變化率是否超出閾值，只要基波頻率處阻抗變化率或開關頻率次阻抗變化率中有一個值超出閾值，則判定孤島發生，DSP2808核心控制芯片立刻輸出并網逆變器繼電器跳變動作信號S_relay給逆變器，關斷其內部的繼電器，從PCC處切除設備；若快速阻抗計算數據顯示正常，則電網沒有發生故障，并網逆變器繼續正常工作。

本發明的具體方案如下：

通常情況下的分布式并網系統中，電網(主網)系統的容量非常大，內部等效阻抗非常小，可視為一個很大的電壓源，而分布式并網系統容量有限，且網絡等值阻抗較大；

當正常工作時，系統處于并網運行狀態，公共連接點(PCC)處阻抗Z_PCC相當于分布式并網系統與主網系統并聯，阻抗值低，此時的公共連接點處阻抗表達式為：

其中，Z_{PCC|Connecting}為系統并網時公共連接點(PCC)處等效阻抗，Z_load為本地負載處阻抗，Z_grid為電網阻抗；

在當孤島發生后，主網脫離分布式發電系統，測得的Z_PCC即為負載阻抗值，此時孤島下的阻抗表達式為：

Z_{PCC|Islanding}=Z_load???(2)

其中，Z_{PCC|Islanding}為孤島時公共連接點處(PCC)等效阻抗，Z_load為負載處阻抗。