[发明专利]主动式频率偏移孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式发电系统中并网逆变器的运行控制技术具体是一种，具体是一种主动式频率偏移孤岛检测方法。

背景技术

在分布式发电系统中，“孤岛效应”是指公共电网停电后，由于分布式电源的存在（与电网相连并输送电能），使电网停电区域的部分线路仍维持带电状态并给停电区域的负载继续供电，形成由分布式电源独立供电的孤岛。

在孤岛状态下，电力公司失去了对孤岛区域的线路电压与频率的控制，会带来一系列的安全隐患及事故纠纷：

1）人身安全。

电网停电后电气维护人员进入停电区作业，如果此时分布式发电系统继续供电，可能导致作业人员不慎接触带电体，引发人身伤亡。

2）设备损害。例如：

（1）电网供电中断后恢复供电时，如果电网与光伏发电系统相位（频率）失步，将产生大的冲击电流，损坏并网发电设备，或损坏当地负载，引发更长时间的电力中断。

（2）电网正常，由于雷电等自然灾害引起输电线路自动开关跳闸，在自动重合闸过程中分布式发电系统的存在可能引起重合闸失败（自动开关重合闸时会间隔几秒作多次尝试，每次间隔时间逐渐缩短，失败后放弃合闸）。

（3）孤岛运行时电力公司失去了对电压、频率控制，却可能因光伏发电系统输出电压、频率的不正常，使相关责任难以认定的情况。

因此，电力公司要求并网的分布式发电系统能及时必须及时检测出孤岛，并将分布式发电装置与公共电网间的连线断开。

在分布式并网逆变器控制策略中，均会同时采用被动式与主动式孤岛检测技术。主动式孤岛检测技术一般有电压扰动法、频率偏移扰动法、相位扰动法、有功扰动法、无功扰动法等。这些方法普遍存在两个问题。

一是这些方法的扰动判断条件与负载条件无关，当负载为非阻性负载时，扰动方向可能会与孤岛发生后的负载频率特性相反，抵消了实际孤岛检测的效果；

二是一些方法在单台并网逆变器运行时是有效的，但是当多逆变器并联运行时，由于多台逆变器扰动量的偏移方向可能相反，会抵消实际孤岛检测的效果；

三是一些方法基本是以系统运行在单位功率因数为前提，对逆变器相关变量进行扰动。这与当前智能电网的发展不相一致。在分布式电站中，电网会要求逆变器实现无功补偿，此时变流器输出功率因数不再为单位功率因数，同时也不再满足这类主动式孤岛检测的技术前提，这种情况下一些方法会出现误判断的问题。

当前，许多频率偏移式的孤岛检测技术是通过施加无功电流，间接地使电流频率发生变化，逆变器输出电压频率并未改变。这种方法的问题在于：1、要求系统运行在单位功率因数，在进行无功补偿情况下会出现误判断；2、由于输出电流频率改变，也使电流波形发生畸变，影响了电能质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够保证频率偏移与负载特性的匹配，并能够使输出电流波形无畸变，保证电能质量的主动式频率偏移孤岛检测方法。

在孤岛发生时，逆变器输出电压的频率与逆变器输出有功、无功及负载性质有关。如果输出无功为负，表明负载为容性负载，孤岛效应发生时逆变器输出电压的频率将下降；如果输出无功为正，表明负载为感性负载，孤岛效应发生时逆变器输出电压的频率将上升。

根据这一基本的负载频率特性，本发明提出的主动式频率偏移孤岛方法包括如下步骤：

a.检测出当前电网频率f_i，并判断条件f_i＞f_N+Δf_N1或f_i＜f_N-Δf_N2是否满足，其中f_N为电网额定频率，f_N2为电网允许的频率负偏移量，f_N1为电网允许的正偏移量；

b.如果满足步骤a中判断条件，则认为发生孤岛或电网频率超限，并网逆变器立即保护停机；

c.如果不满足步骤a中判断条件，则判断逆变器当前的无功功率符号或判断当前功率因数；

d.如果断逆变器当前的无功功率符号为正，则对逆变器输出电压施加正方向的频率扰动，即f_i+1＝f_i+Δf，其中，f_i+1为下次逆变器需输出电压的频率，Δf为频率偏移量，Δf＞0；

e.如果断逆变器当前的无功功率符号为负，则对逆变器输出电压施加负方向的频率扰动，即f_i+1＝f_i-Δf；