技术领域
[0001] 本
发明涉及新
能源控制技术领域，特别是涉及一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测方法及装置。
背景技术
[0002] 近来科学家面临如何获得清洁，高效，环保的能源这样一大挑战，光伏
电池作为新兴的绿色能源收到越来越多人的关注，因此对
光伏发电装置的研究有重要的意义。光伏逆变器控制方法中有效检测孤岛状态具有重大意义。
[0003] 并网逆变器的孤岛现象是指
电网因故中断供电时逆变器仍向电网传输
电能，和本地负载形成一个公共电网系统无法控制的自给供电孤岛。该现象的发生会威胁到电网维修人员的安全，影响配电系统的保护
开关动作程序，在重合闸时可能对用电设备造成损坏等。在孤岛检测中，仅依靠被动式检测方法容易漏检，通常采用被动与主动相结合的方法以减小检测盲区。然而主动检测法需对逆变器的输出施加扰动，再检测公共点的
电压、
频率、阻抗等的变化来判断电网存在的情况。这种方法会对电网产生较大谐波。
[0004] 目前，光伏孤岛状态检测方法主要分为被动式检测法和主动式检测法。被动式检测法主要包括过/欠电压、高/低频率检测法，电压谐波检测法，电压
相位突变法。过/欠电压、高/低频率检测法是指通过检测公共耦合点的电压、频率来实现孤岛状态检测，该方法比较简单，成本低，但是检测盲区较大；电压谐波检测法通过监测逆变器端
输出电压的总谐波畸变量来实现孤岛状态检测，检测出孤岛，但是由于电网运行较为复杂，并且含有很多非线性器件，使得谐波的变化比较复杂，因而很难确定一个合适的总谐波畸变量检测
阈值；电压相位突变法是通过逆变器输出的
电流与电压之间的
相位差来实现孤岛状态检测，此方法较为简单，既不影响电能
质量也不影响系统的暂态响应，但选择合适的相位阈值是一个难点。主动式检测法主要包括有源
频率偏移法、有功功率扰动法、
无功功率补偿法。有源频率偏移法是通过改变逆变输出电流的频率来检测孤岛状态，但是然存在着检测盲区；有功功率扰动法是通过对逆变器的输出功率进行周期性的扰动，从而破坏原有的平衡，检测出孤岛状态；缺点是对有多个逆变器的并网系统，由于所有的逆变器的扰动并不一定同步，则有可能失效；无功功率补偿法应用无功功率补偿技术检测孤岛状态，但是当补偿的功率与负载需求一致，就会存在检测盲区。因此现有的检测方法主要缺点是存在检测盲区，增加输出电流的总谐波率。
[0005] 总体而言，上述的一些研究对光伏孤岛状态的检测具有重要的借鉴意义。然而，对于这些光伏孤岛状态的检测方面存在明显的不足，还需要结合相关研究进行拓展。
发明内容
[0006] 针对
现有技术的不足，本发明提供了一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测方法及装置，该方法综合考虑了有效减下光伏孤岛检测盲区，减小对电网的谐波注入。通过引入随机序列对光伏逆变器的电流进行周期性匹配扰动。首先通过检测光伏逆变器输出电流和负载电压变化得到相关性系数，把相关性系数与阈值比较得到相关性系数的逻辑值，再通过随机序列相邻两码元差的绝对值和对应时刻上述逻辑值进行同或运算。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] 步骤1：选取合适长度的自相关性强的随机序列；
[0009] 步骤2：根据所述的随机序列码元的分布对光伏逆变器的输出电流幅度进行周期性匹配扰动；
[0010] 步骤3：根据相关性特性计算所述的光伏逆变器在每个周期内的输出电流的变化和负载电压的变化的相关性系数及所述的相关性系数的逻辑值，将所述的每个相关性系数的逻辑值与对应相邻两码元差的绝对值进行同或运算；
[0011] 步骤4：根据所述的同或运算的结果统计1所占的比率，判断所述的光伏逆变器是否处于孤岛状态。
[0012] 作为优选，所述的随机序列的周期T＝L*△T；其中T是随机序列检测光伏孤岛状态的总周期，L是随机序列的长度，△T是与电流匹配的扰动周期。
[0013] 作为优选，所述的步骤2的具体实现包括以下子步骤：
[0014] 步骤2.1：确定光伏逆变器输出控制电流的脉冲
信号；当码元为1且相应的扰动系数为a时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为a*sin(2πft)；当码元为0且相应的扰动系数为b时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为b*sin(2πft)；其中f为电流信号的频率，t为电流信号当前的时刻；
[0015] 步骤2.2：所述的扰动系数与所述的光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号相乘，与电流周期匹
配对电流幅度进行周期性扰动。
[0016] 作为优选，所述的步骤3的具体实现包括以下子步骤：
[0017] 步骤3.1：计算相邻两周期同一相位点上的电流的变化量△I＝It-It-Ts；其中t为电流信号当前的时刻；Ts为电流信号的周期；
[0018] 步骤3.2：计算相邻两周期同一相位点上的电压的变化量△V＝Vtv-Vtv-Ts1；其中tv为电压信号当前的时刻；Ts1为电压信号的周期；
[0019] 步骤3.3：计算所述的电流的变化量ΔI和所述的电压的变化量ΔV的相关性系数 其中M为电流的一个周期内所取的计算相关性系数的点数；△Ij为本电流周期j点上的电流与对应前一周期j点上电流的变化量，△Vj为本电压周期j点上的电压与对应前一周期j点上电压的变化量，1≤j≤M；如果所述的相关性系数 大于设定的相关性系数阈值，则所述的相关性系数的逻辑值 判决为1，否则判决为0；
[0020] 步骤3.4：计算相邻两码元差的绝对值△φ＝|φ(n)-φ(n-1)|；其中φ(n)为当前码元的值；φ(n-1)为相邻前一码元的值；
[0021] 步骤3.5：所述的相关性系数的逻辑值 与所述的相邻两码元差的绝对值△φ进行同或运算。作为优选，所述的步骤4的具体实现包括以下子步骤：
[0022] 步骤4.1：统计所述的步骤3中同或运算结果为1的次数N；
[0023] 步骤4.2：计算比率α＝N/L，L为随机序列的长度，当所述的比率α大于设定的比率阈值时，则
光伏发电系统处于孤岛状态。
[0024] 本发明还公布了一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测装置，其特征在于，包括：光伏电池、脉冲信号产生器、功率模
块、滤波电感、电流
传感器、电压传感器、电流信号采集器、电压信号采集器、随机序列相关孤岛检测器、第一
断路器、电网、第二断路器；
[0025] 所述的光伏电池作为所述的检测装置中的光伏电池板，作为光伏逆变装置的前端光伏直流源；
[0026] 所述的脉冲信号产生器用于控制功率模块，将光伏直流源逆变成交流源；
[0027] 所述的功率模块作为将光伏直流源转逆变成交流源；
[0028] 所述的滤波电感用于滤除逆变电流的谐波；
[0029] 所述的电流传感器、电流信号采集器用于逆变电流的采集；
[0030] 所述的电压传感器、电压信号采集器用于负载电压的采集；
[0031] 所述的随机序列相关孤岛检测器用于随机序列相关的光伏孤岛状态的检测；
[0032] 所述的第二断路器用于所述的检测装置中模拟电网断开；
[0033] 所述的电网用于所述的检测装置中模拟电网；
[0034] 所述的负载用于所述的检测装置中模拟负载；
[0035] 第一断路器的作用是接收随机序列相关孤岛检测器产生的孤岛
控制信号，当孤岛发生，第一断路器断开，无孤岛发生，断路器闭合；
[0036] 所述的光伏电池通过
导线与所述的功率模块连通，所述的功率模块通过导线与所述的滤波电感连通，所述的滤波电感通过导线与所述的电流传感器连通，所述的脉冲信号发生器通过导线与所述的功率模块连通，所述的电流传感器通过导线与所述的第一断路器连通，所述的第一断路器通过导线与所述的负载连通，所述的负载通过导线与所述的电压传感器连通，所述的电压传感器通过导线与电压信号采集器连通，所述的电流传感器通过导线与电流信号采集器连通，所述的电流信号采集器通过导线与所述的随机序列相关孤岛检测器连通，所述的电压信号采集器通过导线与所述的随机序列相关孤岛检测器连通，所述的第二断路器通过导线与所述的负载连通，所述的电网通过导线与所述的第二断路器连通。
[0037] 本发明的技术方案将光伏逆变器输出的电流和负载电压变化量的相关性系数检测光伏孤岛状态；将上述相关性系数和阈值比较得到相关性系数逻辑值；计算上述相邻两码元间差的绝对值分布；将上述相关性系数逻辑值和上述码元差的绝对值进行同或计算如果逻辑值为真则变量加1；根据同或运算的结果统计1所占的比率，判断所述的光伏逆变器是否处于孤岛状态。这种基于随机序列相关的光伏孤岛状态的检测方法，可以实现光伏孤岛状态的无盲区检测，有效减小对电网谐波的注入。
附图说明
[0039] 图2：为本发明的装置电气结构示意图；
[0040] 图3：为本发明
实施例的Kasami序列生成过程示意图；
[0041] 图4：为本发明实施例的Kasami序列示意图；
[0042] 图5：为本发明实施例的电流按照Kasami序列分布变化的示意图；
[0043] 图6：为本发明实施例的光伏输出逆变电流，负载电压示意图；
[0044] 图7：为本发明实施例的上一周期码元为1，本周期码元为0，本周期相关性系数逻辑值为1示意图；
[0045] 图8：为本发明实施例的上一周期码元为0，本周期码元为1，本周期相关性系数逻辑值为1示意图；
[0046] 图9：为本发明实施例的上一周期码元为0，本周期码元为0，本周期相关性系数逻辑值为0示意图；
[0047] 图10：为本发明实施例的上一周期码元为1，本周期码元为1，本周期相关性系数逻辑值为0示意图；
[0048] 图11：为本发明实施例的孤岛同或运算计数方法的流程图；
具体实施方式
[0049] 以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
[0050] 请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测方法，包括以下步骤：
[0051] 步骤1：选取合适长度的自相关性强的随机序列；随机序列的周期T＝L*△T；其中T是随机序列检测光伏孤岛状态的总周期，L是随机序列的长度，△T是与电流匹配的扰动周期。步骤2：根据随机序列码元的分布对光伏逆变器的输出电流幅度进行周期性匹配扰动；其具体实现包括以下子步骤：
[0052] 步骤2.1：确定光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号；当码元为1且相应的扰动系数为a时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为a*sin(2πft)；当码元为0且相应的扰动系数为b时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为b*sin(2πft)；其中f为电流信号的频率，t为电流信号当前的时刻；
[0053] 步骤2.2：扰动系数与光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号相乘，与电流周期匹配对电流幅度进行周期性扰动。
[0054] 步骤3：根据相关性特性计算光伏逆变器在每个周期内的输出电流的变化和负载电压的变化的相关性系数及相关性系数的逻辑值，将每个相关性系数的逻辑值与对应相邻两码元差的绝对值进行同或运算；其具体实现包括以下子步骤：
[0055] 步骤3.1：计算相邻两周期同一相位点上的电流的变化量△I＝It-It-Ts；其中t为电流信号当前的时刻；Ts为电流信号的周期；
[0056] 步骤3.2：计算相邻两周期同一相位点上的电压的变化量△V＝Vtv-Vtv-Ts1；其中tv为电压信号当前的时刻；Ts1为电压信号的周期；
[0057] 步骤3.3：计算所述的电流的变化量ΔI和所述的电压的变化量ΔV的相关性系数 其中M为电流的一个周期内所取的计算相关性系数的点数；△Ij为本电流周期j点上的电流与对应前一周期j点上电流的变化量，△Vj为本电压周期j点上的电压与对应前一周期j点上电压的变化量，1≤j≤M；如果所述的相关性系数 大于设定的相关性系数阈值，则所述的相关性系数的逻辑值 判决为1，否则判决为0；
[0058] 步骤3.4：计算相邻两码元差的绝对值△φ＝|φ(n)-φ(n-1)|；其中φ(n)为当前码元的值；φ(n-1)为相邻前一码元的值；
[0059] 步骤3.5：相关性系数的逻辑值 与相邻两码元差的绝对值△φ进行同或运算。
[0060] 步骤4：根据同或运算的结果统计1所占的比率，判断光伏逆变器是否处于孤岛状态。其具体实现包括以下子步骤：
[0061] 步骤4.1：统计步骤3中同或运算结果为1的次数N；
[0062] 步骤4.2：计算比率α＝N/L，L为随机序列的长度，当比率α大于设定的比率阈值时，则光伏发电系统处于孤岛状态。
[0063] 请见图2，本发明还公布了一种随机序列相关的光伏孤岛状态的检测装置，包括：光伏电池、脉冲信号产生器、功率模块、滤波电感、电流传感器、电压传感器、电流信号采集器、电压信号采集器、随机序列相关孤岛检测器、第一断路器、电网、第二断路器；
[0064] 光伏电池作为检测装置中的光伏电池板，作为光伏逆变装置的前端光伏直流源；
[0065] 脉冲信号产生器用于控制功率模块，将光伏直流源逆变成交流源；
[0066] 功率模块作为将光伏直流源转逆变成交流源；
[0067] 滤波电感用于滤除逆变电流的谐波；
[0068] 电流传感器、电流信号采集器用于逆变电流的采集；
[0069] 电压传感器、电压信号采集器用于负载电压的采集；
[0070] 随机序列相关孤岛检测器用于随机序列相关的光伏孤岛状态的检测；
[0071] 第二断路器用于检测装置中模拟电网断开；
[0072] 电网用于检测装置中模拟电网；
[0073] 负载用于检测装置中模拟负载；
[0074] 第一断路器的作用是接收随机序列相关孤岛检测器产生的孤岛控制信号，当孤岛发生，第一断路器断开，无孤岛发生，断路器闭合；
[0075] 光伏电池通过导线与功率模块连通，功率模块通过导线与滤波电感连通，滤波电感通过导线与电流传感器连通，脉冲信号发生器通过导线与功率模块连通，电流传感器通过导线与第一断路器连通，第一断路器通过导线与负载连通，负载通过导线与电压传感器连通，电压传感器通过导线与电压信号采集器连通，电流传感器通过导线与电流信号采集器连通，电流信号采集器通过导线与随机序列相关孤岛检测器连通，电压信号采集器通过导线与随机序列相关孤岛检测器连通，第二断路器通过导线与负载连通，电网通过导线与第二断路器连通。
[0076] 光伏孤岛状态的检测与负载特性相关。本实施例选取Kasami序列作为随机序列，对负载特性符合功率因数为2.5，负载谐振频率为50Hz进行光伏孤岛状态的检测；首先选取Kasami序列产生扰动系数对电流幅度进行周期扰动；然后计算电压和电流变化量的相关性系数的逻辑值和对应相邻两码元的差的绝对值；最后将相关性系数的逻辑值和相邻两码元差的绝对值做同或，计算同或运算为1的次数来判断孤岛状态。
[0077] 本实施例中的Kasami序列是0，1分布的伪随机序列，扰动系数是根据上述伪随机序列的0，1分布，根据不同的扰动系数改变电流幅度，负载电压的变化量是指当前市电周期与前一周期相同相位上电压差的绝对值，负载电流的变化量是指当前市电周期与前一周期相同相位上电流差的绝对值，相关性系数的逻辑值是指相关性系数与固定阈值比较，如果大于阈值则相关性系数的逻辑值为1，小于阈值为0，同或运算是指相关性系数的逻辑值与相邻两码元差的绝对值相等则同或运算为1，不相等为0。
[0078] 以下分步骤详细说明本实施例的实现过程。
[0079] 本实施例的光伏发电装置可以看作是电流源。需要根据Kasami序列的码元分布特性对电流幅度进行周期性扰动。首先产生一定长度的Kasami序列，然后在市电的每个周期电流过零点的时候根据Kasami序列码元对电流幅度进行周期性扰动。其具体实现包括如下步骤：
[0080] 步骤a1：选取长度为2n-1的m序列a(n为偶数)，对序列a以2n/2+1周期进行抽样形成长度为2n/2-1序列b，再将序列b周期延拓2n/2+1次，形成新的序列c；
[0081] 步骤a2：将序列a和序列c逐位进行模2加，得到Kasami序列；
[0082] 请见图3，是本发明实施例的Kasami序列生成过程示意图。首先选取长度L＝15的m序列a:[1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0]，以周期5进行
采样得到序列b:[1 1 0]，然后序列b重复5次得到序列c:[1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0]，序列a与序列c逐位模2加得到Kasami序列[01 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0]；
[0083] 步骤a3：根据kasami序列0，1的分布特性，在每个电流周期电流过零点的时候对光伏逆变器输出电流幅度进行周期性扰动；
[0084] 请见图4，为本发明实施例的Kasami序列示意图；请见图5，为本发明实施例的电流按照Kasami序列分布变化的示意图；Kasami序列中每个码元的周期为0.02S，与光伏逆变器输出的电流周期相同。当Kasami序列码元为1且相应的扰动系数为a时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为a*sin(2πft)；当Kasami序列码元为0且相应的扰动系数为b时，则对应光伏逆变器输出控制电流的脉冲信号为b*sin(2πft)；
[0085] 本发明实施例的计算相关性系数逻辑值的方法中，是以光伏输出逆变电流为周期计算，取相邻两周期电压和电流的变化量求两者间的相关性系数，然后把相关性系数与相关性系数的阈值进行比较。其具体实现包括如下步骤：
[0086] 步骤b1：请见图6，为本发明实施例的光伏输出逆变电流，负载电压示意图；电流的变化量为Ib-Ia，电压的变化量为Vb-Va，(Vb-Va)*(Ib-Ia)为对应时刻电压和电流相关性变化量；按照上述公式求出t2-t1对应的t4-t3时间内所有相关性变化量然后相加，得到相关性系数；
[0087] 步骤b2，如果相关性系数大于设定相关性系数阈值，则对应t4时刻相关性系数的逻辑值为1，否则为0。
[0088] 本发明实施例的相关性系数逻辑值与相邻两码元差的绝对值判别的方法中，把每一时刻的相关性系数的逻辑值与它对应相邻两码元的差绝对值做同或运算。其具体实现包括如下步骤：
[0089] 步骤c1：请见图7，为本发明实施例的上一周期码元为1，本周期码元为0，本周期相关性系数逻辑值为1示意图；图8，为本发明实施例的上一周期码元为0，本周期码元为1，本周期相关性系数逻辑值为1示意图；图9，为本发明实施例的上一周期码元为0，本周期码元为0，本周期相关性系数逻辑值为0示意图；图10，为本发明实施例的上一周期码元为
1，本周期码元为1，本周期相关性系数逻辑值为0示意图；首先计算对应时刻例如时刻t4，对应相邻两码元差的绝对值。将0-t2时间段内对应码元值和t2-t4时间段内对应码元值相减求绝对值。
[0090] 步骤c2，根据求得码元差的绝对值与相关性系数的逻辑值做同或运算；请见图7，对应码元差的绝对值为1，相关性系数的逻辑值为1，同或运算结果为1；请见图8，对应码元差的绝对值为1，相关性系数的逻辑值为1，同或运算结果为1；请见图9，对应码元差的绝对值为0，相关性系数的逻辑值为0，同或运算结果为1；请见图10，对应码元差的绝对值为0，相关性系数的逻辑值为0，同或运算结果为1；除上述4中情况外，同或运算结果均为0。
[0091] 本发明实施例根据同或运算的结果统计1所占的比率，判断光伏逆变器是否处于孤岛状态，请见图11，为本发明实施例的孤岛同或运算计数方法的流程图；其具体实现包括如下步骤：
[0092] 步骤d1：当同或运算结果为1，相应技术变量N加1；否则继续判断同或运算结果。其中，N为Kasami随机序列码元周期内同或运算结果1的次数。
[0093] 步骤d2：当同或运算结果为1所占的比率N/L大于一定阈值时，则可以判断孤岛产生；否则返回步骤d1，继续判断同或运算结果。其中，L为Kasami随机序列的长度。
[0094] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
