技术领域
[0001] 本
发明涉及一种光伏并网检测技术，特别涉及一种光伏并网发电系统的孤岛检测控制方法。
背景技术
[0002] 目前，光伏并网发电系统作为一种分布式
能源具有渗透率高、污染少、效率高等特点，但仍有许多问题亟待解决，其中最主要的就是孤岛检测问题。孤岛是由于输电
线路跳闸、设备故障、操作失误、系统维护等原因，光伏并网发电系统脱离
电网，由光伏阵列独立为负荷供电的状态。孤岛存在以下危害：对维修人员造成安全隐患，威胁生产线工人的安全；影响电网重合闸，进而导致设备损坏或线路重新跳闸；使得分布式电源输出
电能质量下降，导致敏感设备故障。因此，研究一种高效可靠的孤岛检测技术十分必要。研究人员提出了多种孤岛检测的方法，主要可分为主动检测和被动检测两类。
[0003] 被动检测技术主要有过/欠压和过/欠频检测法、
频率变化率检测法、
电压相位突变检测法、电压谐波检测法等。被动检测的优点在于成本低、实现简单、检测时间短、不影响配电网的电能质量；但其主要缺点是检测盲区较大，且需要设置合理的
阈值，阈值过低将引起不必要的跳闸，阈值过高将导致孤岛检测失败。主动检测技术主要有主动移频法、改进的滑模
频率偏移法、sandia频率偏移法、有功
电流扰动法、
无功功率扰动法等。主动检测法虽然减小了检测盲区，但是引入的扰动降低了系统的电能质量。
发明内容
[0004] 本发明是针对目前光伏并网发电系统的孤岛检测存在检测盲区较大、检测方法复杂、系统电能质量欠佳的问题，提出了一种光伏并网发电系统的孤岛检测控制方法，当
光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率不匹配时，由过/欠压检测或过/欠频检测完成孤岛检测；当
光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率匹配时，引入无功功率扰动，由过/欠频检测完成孤岛检测。有效克服检测盲区大及系统电能质量欠佳的问题。
[0005] 本发明的技术方案为：一种光伏并网发电系统的孤岛检测控制方法，具体包括如下步骤：
[0006] 1)从并网状态到孤岛状态时刻，检测光伏逆变器输出的有功、无功功率P,Q以及负荷消耗的有功、无功功率PL，QL，并将
信号送
扰动信号发生器；
[0007] 2)在
扰动信号发生器中计算失配的有功、无功功率δP、δQ，失配的有功、无功功率为δP、δQ，δP＝P-PL，δQ＝Q-QL，并判断δP和δQ是否为零，若两者均为零，即光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率发生匹配，此时产生无功功率扰动信号，无功功率扰动量
开关闭合，引入双边无功功率扰动，无功功率扰动量△Q’为10％Qref，Qref为光伏逆变器输出的参考无功功率，添加扰动后执行步骤3)；
[0008] 当δP和δQ中有一个不为零时，并网点PCC处电压幅值或频率将产生
波动，进入步骤3)进行保护判断；
[0009] 3)检测并网点PCC处电压幅值Ui或频率fi，若超过国际标准规定的范围，进行过/欠压或过/欠频保护，断开光伏给负载供电回路。
[0010] 本发明的有益效果在于：本发明光伏并网发电系统的孤岛检测控制方法，双边无功扰动主动检测+被动检测方法，结合IGBT关断与开关分断的二级系统保护制策略，使检测在500ms内完成孤岛检测和保护响应，切断电网与光伏发电系统的连接，有效解决反孤岛控制在工程应用中盲区大、响应速度慢等
瓶颈技术难题，性能高于UL1741、DIN0126等技术要求；解决共直流
母线直流母线电压波动或振荡，实现直流母线分布式接入系统高
稳定性的运行控制。
附图说明
[0011] 图1为本发明光伏并网发电系统的孤岛检测原理图；
[0013] 图3为本发明孤岛检测下的逆变器整体控制电路图；
[0014] 图4为本发明光伏并网发电系统的孤岛检测控制
流程图；
[0015] 图5为本发明功率不匹配时孤岛检测
波形图；
[0016] 图6为本发明功率匹配时孤岛检测波形图。
具体实施方式
[0017] 如图1所示光伏并网发电系统的孤岛检测原理图，图中S1为电网侧开关，S2为光伏侧开关；
电阻R、电感L、电容C并联构成本地负载；P、Q为光伏逆变器输出的有功、无功功率；ΔP、ΔQ为电网侧流入并网点PCC的有功、无功功率。
[0018] 当电网正常工作时，S1、S2均闭合，PCC处电压幅值为电网电压幅值Ug，频率为电网频率fg，由功率平衡关系可得：
[0019]
[0020] 当系统
孤岛运行时，S1断开、S2闭合，ΔP＝ΔQ＝0，光伏发电系统单独向负载供电，假设光伏发电系统输出的有功、无功功率不变，此时功率平衡关系为：
[0021]
[0022] 式中：Ui、fi为孤岛状态下PCC处电压幅值和频率。
[0023] 联合式(1)和式(2)可得：
[0024]
[0025] 式中，QC为电容提供的无功功率。
[0026] 由式(3)可知，从并网状态到孤岛状态，当光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率不匹配时，PCC处电压或频率产生波动，此时可根据过/欠压检测或过/欠频检测实现孤岛检测；当光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率匹配时，PCC处电压幅值和频率保持不变，此时传统的被动检测法失效，进入孤岛检测盲区。
[0027] 从检测盲区入手，解决光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率匹配时的孤岛检测问题。IEEE929-2000规定：在负载品质因数Qf＝2.5时，允许的频率f的范围为：59.3Hz≤f≤60.5Hz，允许的电压U的范围为：88％≤U/Un≤110％(其中Un为额定电压)，且在孤岛发生后的2秒内，应检测到孤岛状态并采取相应的保护措施。失配的有功、无功功率为δP、δQ，δP＝P-PL，δQ＝Q-QL，PL,QL分别为负荷消耗的有功、无功功率，检测盲区用有功、无功功率的失配度δP/P,δQ/Q表示为：
[0028]
[0029] fmax和fmin分别为负载供电允许的最大频率和最小频率，Umax和Umin分别为负载供电允许的最大电压和最小电压值。
[0030] 将国际标准规定的参数代入式(4)得：
[0031]
[0032] 由式(5)可知，无功功率失配度的检测盲区明显窄于有功功率失配度的检测盲区，即无功功率的失配度对孤岛检测更敏感。因此，针对被动检测法存在检测盲区的现象，在PCC处引入双边无功功率扰动，使频率超出国际标准允许的范围，从而达到孤岛检测的效果。
[0033] 如图2、3所示孤岛检测主电路和逆变器整体控制电路图，图中Relay1为孤岛保护继电器常闭触头；Relay2为电网侧继电器常闭触头，为模拟孤岛状态，触发继电器线圈吸合，Relay2常闭触头断开。Signal1、Signal2信号分别为控制图3中KG和图2中Relay1开断的开关信号；PL,QL分别为负荷消耗的有功、无功功率；Pref,Qref分别为光伏逆变器输出的参考有功、无功功率；△Q’为引入的无功功率扰动量，无功功率扰动量△Q’为10％Qref，直接加到Qref进行扰动。如图4所示，检测控制实施的具体步骤为：
[0034] (1)孤岛时，检测光伏逆变器输出的有功、无功功率P,Q以及负荷消耗的有功、无功功率PL，QL送扰动信号发生器。
[0035] (2)在扰动信号发生器中计算失配的有功、无功功率δP、δQ，并判断δP和δQ是否为零，若两者均为零，即光伏发电系统输出功率与负荷消耗功率发生匹配，此时产生无功功率扰动信号，即signal1＝1，开关KG闭合，引入双边无功功率扰动，加快检测速度；无功功率扰动量△Q’为10％Qref，确保系统跳出孤岛检测的检测盲区，添加扰动后执行步骤(3)。当δP和δQ中有一个不为零时，此时signal1＝0，开关KG断开，此时，PCC处电压幅值或频率将产生波动，进入步骤(3)进行保护判断。
[0036] (3)检测PCC处电压幅值Ui或频率fi，若超过国际标准规定的范围，则signal2＝1，Relay1常闭触头断开，进行过/欠压或过/欠频保护，断开光伏给负载供电回路。
[0037] 图5中波形①为PCC处相电流波形，波形②为PCC处线电压波形，波形③为电压波动时相应的跳变信号波形。波形③发生跳变时刻即为孤岛起始时刻t1＝38.8ms；由于PCC处线电压幅值由380V上升至420V，超出国际标准规定的上限，系统实施过压保护，在t2＝198ms时断开Relay1。故系统孤岛保护的时间为159.2ms，在国际标准规定的2s以内。
[0038] 图6中波形①为PCC处线电压波形，波形②为PCC处相电流波形，波形③为Relay2两端的电压波形。系统正常并网运行时，光伏逆变器输出稳定的380V线电压和1.8A相电流，且Relay2两端的电压为零，当Relay2断开时，Relay2两端的电压发生跳变，这一跳变时刻即为孤岛发生时刻t3＝116ms；由于光伏逆变器输出功率与负荷消耗功率发生匹配，此时引入双边无功功率扰动，其值为10％的参考无功功率；t4＝306.8ms时通过过/欠频检测完成系统的孤岛检测，并将Relay1断开。故系统孤岛检测的时间为190.8ms，在国际标准规定的2s以内。
[0039] 因此，该检测方法在完成孤岛检测的同时，大大缩短了孤岛检测时间。
