[发明专利]一种基于无功扰动的光伏系统并网孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网发电技术领域，具体是一种基于无功扰动的光伏系统并网孤岛检测方法。

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，而光伏并网发电是大规模利用太阳能的一种重要方式。光伏系统通过并网逆变器将太阳能电池发出的直流电转换成交流电，直接向电网供电，不需要蓄电池等储能装置，系统的建设和维护成本低。

当电网异常时，光伏发电系统和部分本地负载就会从主电网中脱离，而光伏系统仍然继续为此时与之相连的局部区域负载进行供电，形成局部带有发电装置和负载的电网结构，这种运行状况称为孤岛。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。如果孤岛发生后不能及时地将其检测出、并停止系统运行，可能会造成如下危害：光伏系统本身可能由于电压或频率的时控而造成损坏；用电设备可能由于孤岛中的电压或是频率超出可接受范围而受到损坏；对电力检修人员或公众的生命造成威胁；当电网重合闸时，由于孤岛和电网中的电压、频率及相位不匹配，可能造成短路器的再次跳闸或损害光伏发电系统中的设备；若负载容量大于逆变电源容量时，会对逆变电源造成损害等。

因此，要求光伏系统能够及时地检测出是否发生孤岛运行现象，并在发生孤岛时光伏系统能及时停止供电，IEEE Std.929-2000标准要求在孤岛发生后的2秒内要检测出孤岛并关闭并网发电系统。孤岛检测技术可分为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，被动式监测的优点是不需要外加扰动，因此不会影响电能质量，但其缺点是当光伏系统的输出功率与负载功率保持平衡时，电网切断后，系统电压和频率不会出现明显变化，无法检测出孤岛的运行现象。主动检测法则是由光伏系统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测量法和主动频移偏移法(AFD)；所述的电网阻抗测量法，其基本原理是在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，在孤岛发生时，该扰动可以使测量出的电网电压超出阈值，从而检测到孤岛的发生；所述的主动频率偏移法，其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生；无论是电压反馈的过欠压保护或主动频率偏移法的高低频保护都存在较大的非检测区；即使使用过欠压保护和高低频保护相结合，也存在着非检测盲区，因此如何尽量能的减少检验盲区，实现孤岛检验无盲区，且具有较快的检验速度，和工程实用性，是本领域需要的解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有光伏并网系统中孤岛检测技术的欠缺，实现光伏系统孤岛运行状态的快速且无盲区检测，且降低对电网的干扰。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于无功扰动的光伏并网发电系统的孤岛检测方法，包括以下步骤：

系统实时检测并网点的电压幅值和频率，判断并网点的电压幅值和频率是否达到系统保护的阈值，若达到，启动防孤岛保护信号；

否则，通过双边间歇周期性的无功功率扰动，控制系统的逆变输出信号，实现系统输出电压幅值和频率的变化，并实时检测；上述双边间歇周期性的周期包括无功功率输出时间段和间歇时间段，各时间段的无功功率扰动值以电网电压的周期和系统的采样周期为调节变量。上述无功功率扰动，通过无功功率外环的逆变控制实现系统输出频率和电压幅值的变动。

进一步，

实时检测和判断并网点的电压幅值和频率的步骤包括：运行软件锁相环程序，获得系统并网点的频率，并判断并网点的频率是否达到频率保护的阈值，若达到，启动防孤岛保护机制；否则，运行三相电压采样程序，并计算三相电压的有效值，并判断三相电压有效值是否达到电网电压幅值保护的阈值，若达到，启动孤岛保护机制；

对所述电网电压的周期和系统的采样周期进行计数，电网电压的周期计数循环为100次，系统的采样周期的计数循环为204次；所述各时间段的无功功率扰动值计算方法如下：

第0个电网周期内，无功功率扰动值，θ_p＝K*P*(m/204)；

第1至4个电网周期内，无功功率扰动值，θ_p＝K*P；

第5个电网周期内，无功功率扰动值，θ_p＝K*P*(1-m/204)；

第6个电网周期内，无功功率扰动值，θ_p＝-K*P*(m/204)；