本發(fā)明屬于緊急保護(hù)電路領(lǐng)域，特別涉及一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在保證并網(wǎng)電流質(zhì)量的同時(shí)，還應(yīng)該確保電網(wǎng)的安全性。電網(wǎng)的安全性包括對(duì)人的安全性和對(duì)設(shè)備的安全性?xún)刹糠?。?dāng)電力公司因故障或檢修等原因供電系統(tǒng)停止運(yùn)行，由于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的存在，使電網(wǎng)停電區(qū)的部分線路仍然保持帶電狀態(tài)，在小范圍內(nèi)形成自給供電的孤島。雖然孤島的產(chǎn)生為部分負(fù)載提供電源繼續(xù)工作，但是在孤島狀態(tài)下，電力公司不了解線路上電壓和頻率的實(shí)際情況，可能損壞設(shè)備或危及人身安全。為了避免事故發(fā)生，提高并網(wǎng)的安全性，需要進(jìn)行孤島檢測(cè)，判斷系統(tǒng)是否并網(wǎng)工作。

衡量一個(gè)系統(tǒng)反孤島主要指標(biāo)是檢測(cè)時(shí)間，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中孤島檢測(cè)時(shí)間越短越好，但是也要考慮并網(wǎng)電能質(zhì)量。我國(guó)于2004年3月份，國(guó)家科技部能源研究所制定了光伏發(fā)電的反孤島規(guī)定，光伏系統(tǒng)除了具有過(guò)/欠壓、過(guò)/欠頻被動(dòng)孤島保護(hù)檢測(cè)外，還應(yīng)該具有至少一種主動(dòng)式孤島保護(hù)檢測(cè)，并且電網(wǎng)斷電后必須在0.5～1秒內(nèi)將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)脫離。現(xiàn)有的孤島檢測(cè)方法可以分為被動(dòng)檢測(cè)法、主動(dòng)檢測(cè)法和開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)法三大類(lèi)。其中，被動(dòng)檢測(cè)法不會(huì)對(duì)系統(tǒng)電能質(zhì)量造成影響，但是當(dāng)非計(jì)劃孤島發(fā)生時(shí)，若分布式電源(DG)的輸出功率和負(fù)載消耗的電能相差不大，則公共耦合點(diǎn)(PCC)處電壓、頻率等在允許變化范圍之內(nèi)，該方法將無(wú)法檢測(cè)孤島，具有較大檢測(cè)盲區(qū)，通常與主動(dòng)檢測(cè)法結(jié)合運(yùn)用。主動(dòng)檢測(cè)法通過(guò)在逆變型DG的控制信號(hào)中引入擾動(dòng)信號(hào)，并監(jiān)測(cè)PCC處電壓、頻率等電氣量的響應(yīng)，來(lái)判斷非計(jì)劃孤島是否發(fā)生，該方法減小了檢測(cè)盲區(qū)，但同時(shí)也對(duì)電能質(zhì)量造成了一定影響。另外，當(dāng)主動(dòng)檢測(cè)法應(yīng)用于多個(gè)DG時(shí)，若擾動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的系統(tǒng)響應(yīng)不同步，則會(huì)降低方法的有效性。開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)法是通過(guò)檢測(cè)配電網(wǎng)側(cè)斷路器的開(kāi)斷狀態(tài)，并基于通訊技術(shù)將此信號(hào)發(fā)送給DG來(lái)判斷微電網(wǎng)的運(yùn)行模式，該方法不存在檢測(cè)盲區(qū)，也不影響電能質(zhì)量，但是實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法，其既繼承了主動(dòng)頻移法的優(yōu)點(diǎn)，又提高了孤島檢測(cè)的速度和注入大電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法，一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法，其技術(shù)要點(diǎn)是，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)當(dāng)前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行被動(dòng)孤島檢測(cè)，若處于孤島狀態(tài)，則光伏逆變器 停止工作；若未處于孤島狀態(tài)，則獲取公共端負(fù)載有功功率變化以及電壓頻率的變化趨勢(shì)；

步驟2：若公共端負(fù)載電壓頻率變化趨勢(shì)為增加，則采用有功功率正反饋的形式，加大頻率偏移量；若公共端電壓頻率變化趨勢(shì)為減小，則采取有功功率負(fù)反饋的形式，加大頻率偏移量，在檢測(cè)到的公共端電壓頻率的基礎(chǔ)上添加偏移量作為光伏逆變器輸出電流的給定頻率；

步驟3：重復(fù)上述步驟1～步驟2。

步驟1所述的對(duì)當(dāng)前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行被動(dòng)孤島檢測(cè)的步驟如下：

獲取交流側(cè)的電壓、電流；

獲取到當(dāng)前光伏注入電網(wǎng)公共端處負(fù)載的有功功率值；

通過(guò)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)計(jì)算出公共端負(fù)載的頻率；

由所獲得的公共端處負(fù)載頻率和電壓值判斷是否超出設(shè)定的被動(dòng)反孤島檢測(cè)的頻率和電壓閾值，若超出門(mén)檻值，則判定為孤島狀態(tài)。

若公共端負(fù)載電壓頻率變化趨勢(shì)為增加，則采用有功功率正反饋的形式，加大頻移步伐，具體為：

若f₀-f_k-1≥0，說(shuō)明公共端負(fù)載頻率下降，則采取有功功率正反饋的形式(注：有功功率正偏移)，加大頻移的步伐，移頻后的光伏逆變器輸出的參考電流頻率公式為：

$f_k=f_{k-1}+\frac{k_p\left|{\mathrm{\ΔP}}_{k-1}\right|}{P}{\mathrm{\Δf}}_C+k_f(f_0-f_{k-1})$

式中，f_k為移頻后的光伏逆變器輸出的參考電流頻率；f_k-1為上一周期電網(wǎng)電壓頻率；k_p為功率增量反饋系數(shù)；k表示檢測(cè)次數(shù)，ΔP_k-1為兩個(gè)周期輸出功率差；P為公共端負(fù)載的有功功率；Δf_C為兩個(gè)周期的頻率偏移量；k_f為頻率增量正反饋系數(shù)；f₀為正常光伏并網(wǎng)時(shí)公共端負(fù)載頻率(即：大電網(wǎng)的頻率)；

參考電流公式為：i_ac(t)＝I_refsin2πf_kt

式中，i_ac(t)為參考電流，t為時(shí)間，

所述的公共端電壓頻率變化趨勢(shì)為減小，采取有功功率負(fù)反饋的形式，加大頻移的步伐，具體為：

若f₀-f_k-1＜0，說(shuō)明公共點(diǎn)頻率上升，則有功功率負(fù)偏移，依然以有功功率正反饋的形式，加大頻移的步伐，移頻后的參考電流頻率公式為：

$f_k=f_{k-1}-\frac{k_p\left|{\mathrm{\ΔP}}_{k-1}\right|}{P}{\mathrm{\Δf}}_C+k_f(f_0-f_{k-1})$

式中，f_k為本周期參考電流頻率；f_k-1為上一周期輸出的電流頻率；k_p為功率增量反饋系數(shù)；k表示檢測(cè)次數(shù)，ΔP_k-1為兩個(gè)周期輸出功率差；P為公共端負(fù)載的有功功率；Δf_C為前后兩個(gè)周期公共端負(fù)載頻率偏移量；k_f為頻率增量正反饋系數(shù)；f₀為正常光伏并網(wǎng)時(shí)公共端負(fù)載頻率(即：大電網(wǎng)的頻率)；

參考電流公式為：

i_ac(t)＝I_refsin2πf_kt

式中，i_ac(t)為參考電流，t為時(shí)間。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：該光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法，既繼承了主動(dòng)頻移法的優(yōu)點(diǎn)，又提高了孤島檢測(cè)的速度和注入大電網(wǎng)的電能質(zhì)量，應(yīng)用此方法可以有效的檢測(cè)出微網(wǎng)并入大電網(wǎng)的孤島現(xiàn)象，而且對(duì)于新能源的并網(wǎng)反孤島能力也有較好的效果，故此項(xiàng)目的研究具有推動(dòng)微網(wǎng)和新能源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，且能有效提高孤島的檢測(cè)能力。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的被動(dòng)孤島檢測(cè)的流程圖；

圖3為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)頻移法原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的被動(dòng)孤島檢測(cè)的流程圖。

具體實(shí)施方式

使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖1～圖4和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本實(shí)施例中采用的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的反孤島檢測(cè)方法其流程如圖1所示。包括以下步驟：

步驟101，初始化變量，用以設(shè)定參考電流、公共端頻率和有功功率等參考值。

步驟102，被動(dòng)孤島檢測(cè)。

如圖2所示，首先檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否過(guò)零，若電網(wǎng)電壓過(guò)零，則計(jì)算上一工頻周期頻率f_k-1，計(jì)算上一工頻周期功率P_k-1，計(jì)算ΔP_k-1，計(jì)算f₀-f_k-1，進(jìn)行被動(dòng)孤島檢測(cè)，具體為：首先根據(jù)采樣得到的交流電壓和計(jì)算得到的系統(tǒng)頻率判斷是否超出設(shè)定的被動(dòng)反孤島檢測(cè)的 頻率和電壓閾值，如果超出范圍之外，直接判定為孤島狀態(tài)，結(jié)束本輪的孤島檢測(cè)。若未處于孤島狀態(tài)，則執(zhí)行步驟103，否則，逆變器停止工作并與電網(wǎng)斷開(kāi)。

步驟103，采用反孤島檢測(cè)的方法對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

傳統(tǒng)的主動(dòng)頻移孤島檢測(cè)方法為主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法。如圖3所示，通過(guò)每周期在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)電流參考值加入一個(gè)死區(qū)時(shí)間，使并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓之間形成相位差t_z。在電網(wǎng)正常時(shí)，受到交流側(cè)大電網(wǎng)鉗制作用公共端處負(fù)載電壓頻率依然保持不變；當(dāng)脫離電網(wǎng)形成孤島時(shí)，公共端處負(fù)載電壓頻率會(huì)隨著光伏系統(tǒng)并網(wǎng)參考電流頻率的變化而變化，根據(jù)規(guī)定，當(dāng)公共端處負(fù)載電壓頻率偏移達(dá)到某一閾值便可認(rèn)為有孤島發(fā)生。

根據(jù)圖3得出公共端電壓和基波電流的相角差Δφ(即：移頻角)：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}=\frac{{\mathrm{wt}}_z}{2}=\frac{2{\mathrm{\πt}}_z}{2*T_{grid}}=\frac{\mathrm{\π}cf}{2}---\left(1\right)$

式中，w為角頻率；cf為頻移截?cái)嘞禂?shù)，cf＝2t_z/T_grid，其中，t_Z為電流截?cái)鄷r(shí)間；T_gird為公共端電壓的周期。

由式(1)可知，如果cf取值過(guò)小，移頻角Δφ較小，則達(dá)到預(yù)先設(shè)定的國(guó)標(biāo)要求的過(guò)/欠頻頻率保護(hù)閾值的時(shí)間延長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)方法的快速性；如果cf取值過(guò)大，移頻角Δφ較大，則光伏注入大電網(wǎng)中的電流畸變變大，且諧波含量會(huì)增大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量。因此如何選取cf值是主動(dòng)頻移法的重要問(wèn)題。為了減小主動(dòng)頻移孤島檢測(cè)盲區(qū)和加快響應(yīng)時(shí)間，使用正反饋的偏移量，可以加速cf的偏移，縮短達(dá)到過(guò)/欠頻頻率保護(hù)閾值的時(shí)間，公式如下：

cf_k＝cf_k-1+k_fF(Δf) (2)

式中，cf_k為本周期的截?cái)嘞禂?shù)，cf_k-1為前一周期的截?cái)嘞禂?shù)；k_f為頻率增量正反饋系數(shù)；F(Δf)為頻率增量正反饋函數(shù)；Δf為頻率差。

加入正反饋偏移量的主動(dòng)頻移方法加快了頻率偏移速度，而且在頻率增量正反饋函數(shù)為負(fù)值時(shí)，cf值減小，相應(yīng)的檢測(cè)盲區(qū)減小。目前常用的頻率增量正反饋函數(shù)選擇如下：

F(Δf)＝f₀-f_k-1 (3)

式中，f₀為正常光伏并網(wǎng)時(shí)公共端負(fù)載頻率(即：大電網(wǎng)的頻率)；f_k-1為上一周期公共端負(fù)載頻率。

將式(3)代入式(2)可知，cf值與上一周期公共端負(fù)載頻率和頻率增量正反饋系數(shù)k_f有關(guān)。如果k_f取值較大，在斷網(wǎng)時(shí)，cf值變化比較大，光伏注入大電網(wǎng)中的電流對(duì)大電網(wǎng)的輸出波形 質(zhì)量有很大影響，而且大電網(wǎng)中電流的諧波含量增大；如果k_f取值較小，在斷網(wǎng)時(shí)，cf值變化比較小，孤島檢測(cè)的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，可能會(huì)不能滿(mǎn)足光伏并網(wǎng)技術(shù)的要求。通過(guò)實(shí)際觀測(cè)，孤島現(xiàn)象發(fā)生時(shí)不僅僅頻率發(fā)生變化而且往往伴隨著有功功率的變化。因此，為了縮短孤島的檢測(cè)時(shí)間，本實(shí)施例中的反孤島檢測(cè)的方法將有功功率的變化情況引入到偏移量中，輸出電流頻率的表達(dá)式為：

$f_k=f_{k-1}+sign(f_0-f_{k-1})\frac{k_p\left|{\mathrm{\ΔP}}_{k-1}\right|}{p}{\mathrm{\Δf}}_C+k_f(f_0-f_{k-1})---\left(4\right)$

式中，f_k為本周期參考電流頻率；k_p為功率增量反饋系數(shù)，k_p＜1；ΔP_k-1為前后兩個(gè)周期公共端負(fù)載有功功率差；P為光伏注入電網(wǎng)的有功功率；Δf_C為前后兩個(gè)周期公共端負(fù)載頻率偏移量。

從式(4)可知，f_k值不僅與前一次公共端處負(fù)載電壓頻率和系數(shù)k_f有關(guān)，而且還和輸出有功功率相關(guān)。如果輸出有功功率變化大，即△P_k-1差值較大，由于值較大，作用進(jìn)一步加大了移頻步長(zhǎng)，故f_k值達(dá)到過(guò)/欠頻頻率保護(hù)閾值的時(shí)間縮短。如果△P_k-1差值較小，由于值較小，則參考電流頻率以f_k＝f_k-1+k_f(f₀-f_k-1)形式偏移，本周期檢測(cè)到的頻率與上一周期所測(cè)頻率基本保持不變。這避免非阻性負(fù)載時(shí)偏移量與負(fù)載相位一致，造成檢測(cè)失敗?；谟泄β首兓闹鲃?dòng)頻移檢測(cè)法不僅包含了有功功率的信息，而且還包含并網(wǎng)參考電流I_ref的變化，因此頻率偏移量能更好的反映整個(gè)系統(tǒng)的變化情況。

本實(shí)施例利用公共端交流電壓和電流的采樣值計(jì)算光伏注入電網(wǎng)時(shí)公共端負(fù)載的電壓頻率以及有功功率值，通過(guò)至少兩個(gè)周期后后計(jì)算出功率的差值ΔP_k-1和頻率f_k的變化情況，將有功功率的變換情況代入若沒(méi)有發(fā)生孤島情況，一方面由于ΔP_k-1較小，則幾乎為零；另一方面，受到交流側(cè)大電網(wǎng)頻率的鉗位作用，公共端處負(fù)載的電壓頻率也不變，因此k_f(f₀-f_k-1)幾乎不變，即f_k不變；如果發(fā)生孤島情況，公共端負(fù)載的有功功率變化較大，則和k_f(f₀-f_k-1)都發(fā)生變化，此時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的參考電流的頻率f_k也變化較大，這使得公共點(diǎn)電壓和參考電流之間的頻移角很快 超出過(guò)/欠頻檢測(cè)頻率設(shè)定的閾值，從而檢測(cè)出孤島現(xiàn)象的發(fā)生。此種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)在于未發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)候注入電網(wǎng)的電能質(zhì)量較好，沒(méi)有大的畸變出現(xiàn)，同時(shí)在出現(xiàn)孤島現(xiàn)象時(shí)候會(huì)快速超出設(shè)定的閾值，達(dá)到檢測(cè)孤島的能力。

如圖4所示，首先獲取前后兩個(gè)周期公共端負(fù)載電壓頻率變化趨勢(shì)，若頻率變化趨勢(shì)為增加，即f₀-f_k-1≥0，則說(shuō)明公共端負(fù)載電壓頻率下降，采取有功功率正反饋的形式，計(jì)算移頻后光伏逆變器輸出的參考電流頻率，公式如下：

$f_k=f_{k-1}+\frac{k_p\left|{\mathrm{\ΔP}}_{k-1}\right|}{P}{\mathrm{\Δf}}_C+k_f(f_0-f_{k-1})$

如頻率變化趨勢(shì)為降低，則公共端負(fù)載電壓頻率上升，判斷f₀-f_k-1≤0，如果小于則采取有功功率負(fù)反饋的形式，公式如下：

$f_k=f_{k-1}-\frac{k_p\left|{\mathrm{\ΔP}}_{k-1}\right|}{P}{\mathrm{\Δf}}_C+k_f(f_0-f_{k-1})$

此時(shí)光伏逆變器輸出的參考電流，公式如下：

i_ac(t)＝I_refsin2πf_kt

重復(fù)執(zhí)行步驟102～103。

上述孤島檢測(cè)方法檢測(cè)速度快，檢測(cè)時(shí)間短，能有效避免系統(tǒng)重合閘失敗對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)造成的危害，并且較大程度的提高了并入電網(wǎng)電流的電能質(zhì)量。