[发明专利]一种直流孤岛检测速度与稳定裕度协同提升方法

说明书

本发明公开了一种直流孤岛检测速度与稳定裕度协同提升方法，通过调节直流变换器的输出阻抗，抑制由特定频率电压正反馈直流孤岛检测环路引发的等效电流源子系统相位超前问题，解决直流孤岛检测快速性与稳定性之间的矛盾，实现宽范围内的检测速度和稳定裕度协同提升。本发明通过引入并网电流作为有源阻尼控制器的反馈输入，并将阻尼电流叠加至电流环控制指令，实现相位超前–滞后调节。该有源阻尼控制器只在并网模式下有效，不会影响孤岛检测性能。所发明方法相比传统通过参数折中设计保证并网稳定性的方法，可以在提升孤岛检测速度的同时显著提高并网稳定裕度，在直流微网保护领域具有重要应用价值。

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，具体涉及一种直流孤岛检测速度与稳定裕度协同提升方法。

背景技术

随着光伏、燃料电池、电动汽车等具有直流属性的分布式电源和负载的广泛应用，直流微网比交流微网显示出功率变换等级更少、效率更高、建造成本更低等优势。此外，直流微网不存在同步和无功功率补偿问题，有效降低了系统复杂度。这些优点使得直流微网成为现代电力系统中的重要组成部分。直流微网具有两种运行状态，即并网运行与孤岛运行。所谓孤岛运行，指微电网与公共电网断开的工况，此时只有分布式电源向负载供电，母线电压失去控制，严重威胁设备和运维人员的安全。但是，由于检测自由度的缺乏，直流微网孤岛检测仍然面临巨大挑战。

直流孤岛检测主要分为被动法和主动法两种。传统的被动孤岛检测法通过观测母线电压或电流是否超出正常范围来判断直流孤岛事件的发生，该方法只适用于源荷功率不匹配的情况，具有非常大的检测盲区。另一方面，基于电压正反馈的主动式孤岛检测方法通过向控制器叠加小扰动信号，使母线电压在孤岛事件发生后产生振荡来表征孤岛事件，可以有效减小检测盲区，在直流微网保护领域具有广泛应用前景。

传统基于全频率电压正反馈的直流孤岛检测方法需要将并网电压移出正常工作范围以表征孤岛事件的发生，这对电能质量有很大影响。为了改善无缝切换过程的电能质量，基于特定频率电压正反馈的直流孤岛检测方法能够使并网电压在特定频率下发生微小振荡来表征孤岛事件。但是，正反馈环路极大降低了直流系统在并网工况下的稳定裕度。现有方法通过参数折中设计来保证系统的并网稳定性，但这种方法极大地牺牲了检测速度。因此，孤岛检测速度和并网系统稳定性之间的矛盾需要进一步探索和解决。

发明内容

针对现有技术所存在的上述问题，本发明提出了一种基于并网电流的直流孤岛检测速度与稳定裕度协同提升方法。该发明引入并网电流反馈，然后将其送入有源阻尼控制器获取阻尼电流，并将其叠加至电流环控制指令上，实现相位超前–滞后调节。该阻尼环节等效于在分布式电源变换器输出端口并联了有源电阻，有源电阻的倒数被称为有源导纳，通过调节变换器的输出阻抗，抑制等效电流源子系统的相位超前问题，使得互联子系统的最小环路增益在正反馈系数的变化范围内始终满足阻抗稳定准则，从而可以有效解决孤岛检测速度随正反馈系数的增大而提高，但系统稳定裕度随之降低的矛盾。相比传统参数折中设计方案，本发明有源阻尼控制器设计简单，可实现宽范围内的稳定裕度和检测速度协同提升。

本发明首先公开了一种直流孤岛检测速度与稳定裕度协同提升方法，通过引入并网电流作为有源阻尼致稳环节的反馈输入，然后将其送入有源阻尼控制器，获取阻尼电流，并将其叠加至电流环控制指令上，实现相位超前–滞后调节。使得互联子系统的最小环路增益的相位始终在[-180°,180°]范围内，满足阻抗稳定准则。

作为本发明的优选方案，本发明有源阻尼控制器主要包括比例增益环节、微分环节和低通滤波环节。有源阻尼控制器传递函数可表示为G_damp(s)＝K_d(s+ω_d)/(s+ω_c)，其中K_d是稳定增益，ω_d是临界稳定频率点，ω_c是低通滤波截止频率，s是拉普拉斯算子；通过调节ω_d可以准确提升有源导纳负阻尼频带的相位；再通过调整K_d可以提升有源导纳的幅值；进一步，为了避免微分器导致的谐波噪声，引入低通滤波环节对阻尼电流进行调节。