[发明专利]基于相位突变和主动频率偏移相结合的孤岛检测方法

说明书

技术领域

本发明属于大规模新能源集中并网的防孤岛保护领域，特别涉及一种基于相位突变和主动频率偏移相结合的孤岛检测方法。 

背景技术

孤岛是指电网故障后，分布式发电系统仍向周围负载供电，从而形成一个无法控制的局域供电网络。非计划孤岛会给电力系统的安全稳定运行带来一些严重的问题。孤岛检测的主要作用在于当分布式系统与主网脱离时，及时断开分布式电源，防止非计划孤岛运行。目前常用的孤岛检测方法可分为远程法、被动检测法、主动检测法三大类。被动检测法是通过采集本地信号，在不外加任何扰动的情况下进行孤岛检测，其优点是原理简单，设备投入少，易于实现，对电网无干扰，对电能质量无影响；在多台逆变器下，检测效率不会降低，缺点是检测盲区较大。主动检测法是通过人为向分布式发电系统引入微小电压、电流或频率扰动信号进行检测判定，优点是当分布式电源输出功率与负载所需功率匹配时，主动法仍能检测出孤岛，盲区较小、灵敏度较高，缺点是如引入分布式发电系统的扰动控制不当，会导致微电网进入孤岛状态后无法稳定运行。 

相位突变法是利用逆变电源输出电流与公共耦合点(Point of Common Coupling，PCC)电压间相位差变化来检测孤岛的发生。并网状态下，由于并网逆变器中存在锁相环(Phase-Locked Loop，PLL)，确保系统工作在单位功率因数模式，并网逆变器的输出电流始终与电网电压保持同步。当孤岛产生时，PCC点电压不受电网电压钳制作用，由于负载阻抗角的存在，使得PCC点电压相位发生跳变，与电流的相位差转变为负载的阻抗角。因此，通过逆变器输出电流 与PCC点电压的相位差变化即可判定孤岛的产生。相位突变检测法简单、易于实现，不会对逆变器输出的电能质量和系统的暂态稳定产生影响。但当负载阻抗角接近0时，即负载近似呈阻性时，该方法失效，需采用其他孤岛检测手段进行辅助判断。 

基于逆变器的主动频率偏移法(Active Frequency Drift，AFD)是较为常用的主动式孤岛检测方法。AFD法的基本原理是：以逆变器输出单位功率因数为例，不施加主动频率偏移技术时，逆变器输出电流与PCC点电压同频同相，由锁相环检测PCC点电压的频率作为输出电流的频率，每个电压过零点为电流新半波的开始，这样电流与电压同频同相。施加主动频率偏移技术后，电流半波的初始时刻不变，但对电流频率添加扰动，使其比上一周期PCC点电压的频率略高(或略低)，若电流半波已完而电压未到过零点，则强制电流给定为零，直到电压过零触发到来，电流才开始下一个半波。图1是AFD法的工作原理图，图中实线代表PCC点电压，虚线代表经AFD法作用后逆变器输出的电流，定义频率扰动cf： 

cf=2tzTVDG---(1)]]>

其中，频率扰动cf表示的是电流频率的偏移量，t_z是在逆变器输出电流的参考值上每周期加入的一个死区时间，T_VDG是电网电压周期。在电网正常时，PCC点电压受电网电压的钳制，频率保持不变；电网失压后PCC点电压的频率受电流频率的影响会发生偏离，频率偏移到一定程度便可判断出孤岛。如果负载为纯阻性负载，电流在经过负载后，AFD法设定的偏移角会完全传递到电压上，电压频率增大，超过一定的阈值后触发过频保护。若负载是容性负载或感性负载，电流在经过RLC负载后，AFD法设定的偏移角会与负载相位角叠加，此时， 若AFD法设定的偏移角与负载相位角方向相反，将降低AFD法的性能，当AFD法设定的偏移角与负载相位角恰好抵消时，AFD法失效。 

综合以上分析可知，相位突变法只在负载为阻性时存在检测盲区，在负载非阻性时，检测无盲区；AFD法在负载为非阻性时存在检测盲区，在负载为阻性时，检测无盲区。因此，这两种方法可以互补，利用各自的优点，实现孤岛检测无盲区。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于相位突变和主动频率偏移相结合的孤岛检测方法，其特征是，该孤岛检测方法的具体步骤为：