[发明专利]一种基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法

说明书

本发明涉及一种基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法，采用锁相环控制获得锁相角，锁相角与电网电压相角间存在相位差，根据电网断电后稳态下的负载功率与逆变器输出功率的关系得到无功电流、有功电流、电压频率的关系，利用正切函数实现频率与给定无功电流之间的正反馈，通过正反馈使得电压频率始终向同一方向偏移来消除相位差。在电网正常时，公共点电压频率稳定在50Hz或有很小的波动，施加的无功电流扰动很小，对系统的功率因数影响较小。如果电网出现孤岛情况，无功电流与频率之间的正反馈会让频率迅速朝一个方向变化，直到触发孤岛保护，具有影响小、效率高的特点。

技术领域

本发明涉及一种孤岛检测方法，特别涉及一种高效的基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法，属于并网发电领域。

背景技术

孤岛检测是光伏并网发电系统的必备功能，在大型光伏发电系统中，三相并网逆变器是发电系统的重要组成部分，逆变器将光能转化为电能传输到电网中，在发电过程中我们不仅需要检测逆变器输出电能质量，还需考虑电网断电时形成的孤岛状态。当孤岛时，逆变器继续并网运行会对供电设备和人员造成潜在的危害，所以现今有多种孤岛检测的方法。目前主要的孤岛检测方法分为无源检测和有源检测两大类，无源孤岛检测方法最突出的优点是对输出电能质量无影响，但是存在检测盲区，有源孤岛检测方法可以减小检测盲区甚至消除盲区，但是引入的扰动将引起电能质量下降。

发明内容

本发明基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法公开了新的方案，采用正切函数实现电压频率与给定无功电流间的正反馈，解决了现有方案存在检测盲区或影响电能质量的问题。

本发明基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法包括步骤：

⑴三相电网输入电压经过锁相环PLL控制处理得到锁相角θp，锁相角θp 与电网电压相角θ间存在相位差；

⑵根据电网断电后稳态下的负载功率与逆变器输出功率的关系得到无功电流I_q、有功电流I_d、电压频率f的关系A：

负载的品质因数负载的谐振频率

(3)利用以下关系B实现电压频率f与给定无功电流间的正反馈：

关系B中的f_g是电网额定频率，关系B中的K是正反馈无功系数；

(4)在满足以下关系C的前提下通过正反馈使得电压频率f始终向同一方向偏移来消除相位差：

(5)通过关系A、关系B、关系C得到正反馈无功系数：

进一步，本方案步骤(1)的锁相环控制过程是：三相电网输入电压经过abc/ α β坐标变换得到复平面上的α、β轴分量Vα和Vβ，利用锁相角θp的正弦量和余弦量进行α β/dq坐标变换得到dq同步旋转坐标系下d、q轴分量Vd和Vq， Vq中含有电网相位角和锁相角间的误差信息，上述误差信息经过比例积分PI调节器处理后得到ωc，ωc与标称频率ω₀＝100π叠加后积分得到锁相角θp。

进一步，本方案基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法的 Matlab/Simulink平台的仿真模型：三相逆变器额定功率15kW，开关频率10kHz，电网电压220V/50Hz，直流母线电压400V，每相负载中R＝15.55Ω，L＝19.7mH， C＝510.7μF，负载品质因数为2.5，谐振频率为50.1Hz，有功电流给定Id^*20A，无功电流给定根据关系B确定，正反馈无功系数K≥2，电网断开后Iq^*持续偏移导致频率f始终向单一方向偏移，系统在电网断开后0.1s内检测出孤岛。

本发明基于无功电流与电压频率反馈的孤岛检测方法采用正切函数实现电压频率与给定无功电流间的正反馈，具有影响小、效率高的特点。