[發明專利]用于并網轉換器的孤島效應檢測的方法和設備

有效

• 申請號: 201410096571.X
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN104049157B
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 袁振環;張紹峰;盧海輝;韋立祥;拉塞爾·J·克爾克曼;理查德·洛卡澤維斯基;艾哈邁德·穆罕默德·賽義德·艾哈邁德;羅伯特·J·布雷茨曼
• 申請（專利權）人: 洛克威爾自動控制技術股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;H02J3/38
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 王萍,陳煒

背景技術

電力轉換系統用于將電能從一種形式轉換為另一種形式。并網轉換器可以在多種情況下被使用，其中電力從一種形式被轉換以將電力提供到負載和/或電力網。例如，并網轉換器用于將燃料電池、太陽能電池、風力發電系統、電池和其他能量存儲系統與電力網對接。這些轉換器通常能夠實現再生操作，其中電網電力可以被轉換為DC電力以用于對電池進行充電，或DC電池電力可被轉換為向電網提供AC電力。孤島效應是如下狀況：其中，區域電力系統或電力供應(EPS)的一部分僅由一個或多個本地EPS通過相關聯的公共連接點或公共耦合(PCC)點而被提供能量，而區域EPS的該部分與區域EPS的其余部分電隔離。孤島效應可能是計劃性或非計劃性的，并且包括UL1741以及IEEE標準929-2000和 1547-2003的各種標準可能需要防止逆變器或其他轉換器和部分公用設施負載在與電力設施系統的剩余部分隔離時的持續操作。特別地，在非計劃性分布式資源孤島效應期間的持續電力轉換器操作通常是不期望的，原因在于公用設施無法控制孤島效應的電壓和頻率，并且在可接受范圍之外的電壓或頻率漂移可能會損壞或劣化客戶設備。此外，孤島效應可能通過在假設線路與所有能源斷開時使線路保持通電而對公用設施線路工作者造成危害。另外，重新連接或重新閉合成孤島可能會由于缺少相位閉合而導致線路跳閘或對分布式資源設備或所連接設備的損壞。因此，各種行業標準需要通過PCC對區域EPS的一部分提供能量的電力轉換器和其他分布式資源(例如，同步機器、感應機器、電力逆變器/轉換器等)以檢測非計劃性孤島效應并終止對該區域EPS提供能量。

已經開發了若干不同的技術以用于檢測非計劃性孤島效應。然而，傳統的技術還遠不能確保在并網轉換器應用中的非計劃性孤島效應的準確識別，并且因此仍然需要用于檢測并網轉換器中的孤島效應的改進的設備和方法。

發明內容

現在概述本公開的各個方面以促進對本公開的基本理解，其中此概述并非本公開的詳盡概述，并且既不旨在標識本公開的某些元素，也不旨在限定其范圍。相反，此概述的主要目的是為了在下文中介紹的更詳細描述之前以簡化的形式介紹本公開的各種概念。本公開提供了用于并網轉換器的技術以有效地檢測非計劃性孤島效應。引入相位擾動以修改由網側轉換器級使用的命令參考電流，以及然后在出現孤島時形成發電裝置與負載之間的無功功率的失配。所施加的相位擾動是通過根據預定義的曲線進行改變的頻率而被確定的，并且形成等效正反饋。施加不止一個曲線以生成不同頻率處的適當相位擾動。可以有利地采用用于注入相位擾動的不同形式曲線(如正弦曲線和正切曲線)的新穎組合，以防止在電網斷開之后轉換器在仍然處于標稱操作范圍內的新穩定頻率處形成孤島。在某些實現中，正弦曲線的使用主要是圍繞標稱頻率而被使用的，并且因而無需擔心當出現孤島效應時在正常范圍內的頻移。正切曲線有利地促使頻率遠離正常范圍以檢測使用常規技術不可確定的孤島效應條件。正弦擾動的峰值相位擾動可以被設置為較低的值，以使得其在并網條件下當頻率僅具有較小改變時對系統影響較小。

在根據本公開的一個或多個方面中，提供了非計劃性孤島檢測方法，以及具有用于檢測分布式電力系統中的非計劃性孤島效應的計算機可執行指令的計算機可讀介質。該方法包括測量公共耦合點處的電壓的頻率，并且根據所測量的頻率和相應的第一和第二相位角擾動函數來確定第一和第二相位角擾動值。在某些實施例中，第一相位角擾動函數是正弦函數，并且第二相位角擾動函數是正切函數。該方法還包括：根據所述第一和第二相位角擾動值——例如根據第一和第二相位角擾動值的較大絕對值——來計算最終相位角擾動值。另外，該方法包括根據最終相位角擾動值來修改或調節一個或多個網側轉換器電流控制命令基準值，并且至少部分地基于一個或多個網側轉換器電流控制命令基準值來生成用于操作網側轉換器的開關控制信號。在公共耦合點處的頻率再次被測量，并且例如通過如果所測量的頻率與標稱電網頻率之差大于閾值則標識孤島效應，基于在公共耦合點處的電壓的所測量頻率來選擇性地檢測在分布式電力系統中的非計劃性孤島效應。