[发明专利]光伏并网发电系统的孤岛运行检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电和光伏并网发电技术领域，具体是一种光伏并网发电系统的孤岛运行检测方法。

背景技术

能源已经成为国际社会共同关注的重大问题，太阳能等新能源由于其可再生和清洁等特点越来越受到重视，而光伏并网发电又是大规模利用太阳能的一种重要形式。光伏并网发电系统(以下简称为PV系统)通过并网逆变器将太阳能电池发出的直流电转换成波形良好的交流电，直接向电网供电，不需要诸如蓄电池之类的储能装置，系统的建设和维护成本低、转换效率和可靠性高。

随着PV系统的不断增加，对其应对各种异常状况的保护措施的要求也越来越高，其中需要考虑一种特殊的非正常运行情况即孤岛运行现象。孤岛运行现象是指PV系统在电气上与大电网断开后，仍然继续为此时与之相连的局部区域负荷供电的情况。在图1所示的光伏并网发电系统中，当开关S闭合时，系统并网运行；当开关S断开时，系统孤岛运行。如果发生孤岛后不能及时地将其检测出、并停止该PV系统的运行，可能会造成如下危害：

·威胁维修供电线路人员的安全。

·造成电网保护电路不能正常工作，影响电网的重合闸。

·供电线路恢复时，由于PV系统在负载上产生的电压幅值和相位很可能与电网不一致，造成环流而损坏相关的电气设施。

·单相PV系统继续供电，从而造成电网中三相负载缺相供电。

因此，要求PV系统能及时地检测出是否发生孤岛运行现象，并在发生孤岛时停止供电，电网公司及并网标准均要求相关的并网发电控制器产品拥有防孤岛的功能，IEEE Std.929-2000提出了一个标准的测试过程。

防孤岛运行的重点和难点在于对孤岛的检测，可在以下几个方面对孤岛检测方法的性能进行比较：

1.并网运行时的稳定性，没有误动作；

2.检测速度，标准要求在孤岛发生后的2秒内检测出孤岛并关闭并网发电系统；

3.软件和硬件成本；

4.对多台并联PV系统的适用性；

5.对系统的干扰，尽量减小并网电流的谐波畸变率(THD)。

孤岛检测技术常可分成被动式和主动式两类。被动式检测技术一般是监测电网状态，如电压、频率，作为判断电网是否故障的依据。常用的被动式检测方法有过电压、欠电压、过频及欠频，一旦并网点的电压、频率超出正常范围，判断电网发生故障，保护电路将停止PV系统的运行。被动式检测的优点是不需要外加扰动，因此不会影响电能质量。但其缺点是当控制器的输出功率与负载功率保持平衡时，电网切断后系统电压和频率并不出现明显变化，无法检测出孤岛运行现象。

主动检测法则是由并网逆变器定时向电网注入干扰信号，检测系统受扰动后的响应，判断电网是否已被切断。常用的主动检测法有电网阻抗检测法和主动频率偏移法(Active Frequency Drift：AFD)。

电网阻抗检测法通过向并网电流中注入扰动，检测对应的电压响应来计算电网阻抗，当电网阻抗发生突变时，判断出现孤岛运行现象。其缺点是在多台并联PV系统中不够可靠，因为各PV系统的输出扰动难以同步。

AFD法通过控制软件实现，其并网电流指令i^*_grid的频率f_i以式f_i(i)＝f_PCC(i-1)±Δf₀确定，在实时检测获得的并网点电压v_PCC的频率f_PCC上加入一个恒定的偏移量Δf₀，作为并网电流指令i^*_grid的频率f_i，形成对系统频率的扰动。

参照图2，正常并网运行时，v_PCC被电网电压钳位，f_PCC等于电网频率，不会累积偏移；在发生孤岛的情况下，v_PCC没有了电网电压的支撑，其频率会受到并网电流的影响，从而输出电流的频率扰动Δf₀的效应会逐渐累积，在一段时间后f_PCC会达到频率保护的阈值，即可判断系统出现孤岛运行现象。此方法的优点在于对多台并联PV系统的检测效果好，缺点是给并网电流引入较大的谐波。仿真结果表明，在保证通过IEEE929测试的前提下，AFD法会使并网电流的THD增加约3％。