[發明專利]光伏直流變換器的運行控制與孤島檢測方法和系統

在審

• 申請號: 202010640637.2
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111756066A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 朱淼;胡皓;徐莉婷;李修一;王晗;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G01R31/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種光伏直流變換器的運行控制與孤島檢測方法和系統，包括：步驟1：直流變換器采用電壓外環與電流內環的雙閉環控制方式，實現光伏發電最大功率跟蹤控制；步驟2：在電壓參考值上或電流參考值上，疊加外界小擾動正弦信號；步驟3：采樣直流母線電壓信號；步驟4：將直流母線電壓信號經過帶通濾波器與反饋增益，形成反饋擾動量；步驟5：將反饋擾動量疊加到外界小擾動正弦信號上，與原電壓或電流參考值疊加形成新的電壓或電流參考值；步驟6：將新的電壓或電流參考值用于電壓或電流控制；步驟7：檢測直流母線電壓，當擾動偏離預設運行范圍時，判定直流配電網處于孤島狀態。本發明提高了的電能質量與運行效率。

技術領域

本發明涉及光伏并網發電與電力電子系統控制技術領域，具體地，涉及一種光伏直流變換器的運行控制與孤島檢測方法和系統。尤其地，涉及一種基于擾動反饋的中低壓直流系統中分布式光伏直流變換器的運行控制與孤島檢測方法。

背景技術

太陽能因具有資源分布廣泛、轉化利用便捷等優勢，已成為當前可再生能源開發的主要對象，而光伏發電則是太陽能資源規模化開發利用的主要形式。因地制宜，推動各類形式光伏發電的研發與建設，促進光伏產業技術革新與健康發展，已成為我國新能源領域重大戰略需求。

目前，分布式光伏等新能源發電大多接入中低壓交流配電網。但是，在電源側以光伏發電、儲能電池為代表的分布式能源得到日益廣泛的應用；與此同時，在負荷側以直流家用電器、固態照明、電子設備、電動汽車、直流數據中心為代表的新形式直流型負載大量涌現。若沿用傳統交流供配電系統，勢必引入大量交直流電能變換環節。若采用圖1所示的含分布式能源接入的中低壓直流系統，理論上可減少從電源到負荷之間的交直流變換環節，有效降低電能損耗，提升供電質量與供電可靠性，實現電能高效利用。同時，隨著電力電子技術不斷發展，DC-DC變換器造價的降低，耐壓值、過流量等性能的提高，為中低壓直流系統的工程應用進一步掃清障礙。在直流源、直流負荷與電力電子技術的共同推動下，中低壓直流系統已受到越來越廣泛的關注，成為智能電網未來發展的重要方向和關鍵組成部分。近年來，國內外諸多研究機構已經針對中低壓直流系統進行研究并取得系列前瞻性成果。

但是，隨著分布式能源廣泛接入配電網，孤島問題日益突出。所謂孤島效應，是指當電網供電因故障事故或停電維修而跳脫時，各個用戶端的分布式并網發電系統(光伏發電、風力發電、儲能電池等)未能及時檢測出電網停電狀態并將自身切離市電網，從而形成由分布式發電系統和周圍負荷組成的自給供電的獨立系統。一般來說，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：危害電力維修人員的生命安全；影響配電系統上的保護開關動作程序；對用電設備帶來破壞；當供電恢復時造成的產生浪涌電流，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。由此可見，反孤島技術是配電網發展的關鍵技術之一，安全可靠的并網發電裝置必須能及時檢測出孤島效應并避免所帶來的危害。

反孤島策略主要被分為三類：被動式、主動式與實時通信式。以交流配電系統為例，主動式方法(例如欠過電壓/頻率(UOV/UOF)、頻率變換率(ROCOF)等)只是簡單地監測相關電氣量(電壓或電流的幅值、頻率與相位)的波動。孤島發生時，如果這些電氣量如果超過預先設定值，則會觸發保護裝置動作，切除分布式電源。被動式檢測方法實現較為簡單，但是當分布式電源發出的功率與本地負荷匹配時，相關電氣量在孤島前后并沒有顯著變化，造成保護裝置不動作，難以及時實現孤島檢測。主動式方法(例如主動頻移法、諧波注入法等)在分布式發電裝置中注入小擾動。孤島發生時，這些小擾動會造成系統不穩定運行，使相應電氣量超過預先設定值，觸發保護裝置動作，切除分布式電源。即使在分布式電源發出的功率與本地負荷匹配時也可以完成孤島檢測，因而具有更小的檢測盲區。實時通信式則通過配電網中各設備之間的通信信號完成各個分布式電源的快速切除，該類方法幾乎沒有檢測盲區但具有較高的實現成本。