技术领域
背景技术
[0002]
孤岛运行是指当
电网由于电气故障、误操作或者自然因素等原因中断供电时，光伏微网供电系统作为独立的电源继续向电网输出
电能和向本地负载供电，从而形成一个电网无法控制的自给供电孤岛。在分布式
光伏发电系统处于孤岛运行状态时，可能会影响电能
质量甚至损坏电气设备，严重时可能会危及维护人员的人身安全。因此，无论是从安全方面还是从可靠性方面考虑，都应该及时有效地检测出孤岛运行状态，并将光伏逆变器从公共连接点(PCC)处断开，这就是孤岛检测。
[0003] 而目前应用较多的孤岛检测方法主要有主动法和被动法，无源法主要根据
电网孤岛发生后公共点
电压、
相位或者频率的偏移是否超过
阈值来检测孤岛，无源法的特点是
算法简单，容易实现，并且没有对电网施加扰动，不会对电网的电能质量造成影响。但是当负载有功和
无功功率都小于逆变输出有功无功时，其频率、相位和公共点电压幅值偏移不会超过阈值，这样就存在检测盲区。主动法是通过主动给电网
电流或者电压添加扰动的孤岛检测方法。主动法大大减小了检测盲区，加快了孤岛检测速度，但是却牺牲了电能质量，使得并网电流的总谐波失真(Total Harmonic Distortion,THD)明显增加。
发明内容
[0004] 本发明的目的为解决主动法造成并网点电流THD增大和被动法检测盲区大的问题，提出一种基于滑膜
频率偏移法和被动法结合的混合孤岛检测法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006] 本发明所述的一种基于滑膜频率偏移法和被动法结合的混合孤岛检测法，包括如下步骤：
[0007] (1)采集逆变输出电流，
输出电压和公共点电压，负载电流，计算出逆变输出的有功功率和无功功率，负载消耗有功功率和无功功率。
[0008] (2)逆变输出有功功率减去负载消耗有功功率，其差值大于0输出1，否则为0。
[0009] (3)逆变输出无功减去负载消耗无功，其差值大于0时输出1，否则为0。
[0010] (4)对步骤(2)和步骤(3)结果相或，其输出接一累加器，累加器累加到阈值1000时，e输出为1，采用被动法中的过/欠频检测法得到参考电流值，否则，e输出为零，使用滑膜频率偏移法得到参考电流值。
[0011] (5)当负载变化时，对累加器进行复位，重复步骤(2)、步骤(3)步骤(4)。
[0012] (6)实际逆变输出电流值与参考电流值比较，经PI
控制器使得逆变输出电流
跟踪参考电流，PI控制器输出与逆变输出电压相加，作为载波
信号，与SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)控制方式的三
角波信号进行比较，生成占空比正弦规律变化的方波信号，经过LC滤波后成逆变输出电压信号。
[0013] (7)检测逆变电压频率，频率超过阈值时，参考电流设为0。
[0014] 进一步，所述的步骤(4)为：
[0015] (4-1)设置阈值1000是设置逆变输出无功或有功功率和负载消耗有功或无功功率存在差值的持续时间(当阈值为1000时，持续时间为0.5S)。即当逆变输出有功或无功功率持续大于或小于负载消耗有功或无功的时间大于阈值所设定时间0.5S时才启动孤岛检测算法的切换。设置阈值是为了防止负载突然变化引起孤岛检测算法切换的误动作。
[0016] (4-2)采用滑膜频率偏移法时参考电流：
[0017] I＝Imsin(2πft+θSMS) (1)
[0018] Im为参考电流峰值，f为上一个
采样时刻电压频率值，t为采样计数值，θSMS为电流相位偏移角。θSMS由下式获得。
[0019]
[0020] 式中，θm为最大频率
相移，本文取11°；fm为产生最大相移时对应的频率；fg为电网频率；f为公共点频率。一般取|fm-fg|＝3Hz。
[0021] 采用被动法的过/欠频检测法时参考电流值为：
[0022] I＝Imsin(2πft) (3)
[0023] 本发明的特点及有益效果：
[0024] (1)能够跟踪负载的变化，实时切换不同的算法。
[0025] (2)累加器的设置可以防止瞬时电压电流的跳变导致的孤岛检测算法切换的误动作。
[0026] (3)滑膜频率偏移法和被动法结合可以减少单独使用被动法的检测盲区和加快检测速度，可以降低单独使用滑膜频率偏移法的电网电流的THD。
附图说明
[0027] 附图1为本发明的系统结构图。
[0029] 附图3为本发明设置情景1时各个示波器
波形图。
[0030] 附图4为本发明设置情景2时各个示波器波形图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和工作原理对本发明的具体实施方式进行详细说明。
[0032] 如图1所示，本发明是基于滑膜频率偏移法和被动法的孤岛检测算法。主要是在光伏并网模型中，实时采样逆变输出电压电流，和负载端电压电流，根据逆变输出和负载消耗有功功率无功功率的不同，切换不同的孤岛检测算法生成参考电流，并经过PI控制器，使实际输出电流跟踪参考输入电流，控制逆变输出电流的频率偏离阈值，进而断开电网，实现孤岛检测的目的。
[0033] 如图2所示，本发明实施的控制方法包括以下步骤：
[0034] (1)采集逆变输出电压，电流，负载端电压电流，并计算逆变输出有功功率Pinv无功功率Qinv，负载消耗有功功率Pload无功功率Qload。
[0035] (2)当Pinv-Pload>0时，计a＝1，否则a＝0；当Qinv-Qload>0时，计b＝1，否则b＝0。
[0036] (3)当a+b>0，计C＝1，否则C＝0，对C进行累加，累加器累加值超过1000时，e输出为1，此时采用被动法中的过/欠频法得到参考电流；否则e输出为0采用滑膜频率偏移法得到参考电流。滑膜频率偏移法参考电流为式(1)，被动法中的过/欠频检测法参考电流为式(2)。
[0037] 对于在不同条件下采用不同孤岛检测法现做如下说明：
[0038] 电网在正常运行情况下，
开关S闭合，由于受到大电网的钳制作用，并网工作时逆变器输出的电流和电压的频率和相位和电网相同。并网逆变器会输出有功功率Pinv和无功功率Qinv，一部分给电网，一部分给负载消耗，具体公式如下：
[0039]
[0040]
[0041] 当电网出现故障时，开关S断开，设此时逆变器输出角频率为w，输出的电压为U，且由于S关断，前后逆变器输出的有功功率Pinv、无功功率Qinv、近似保持不变，得到此时的功率关系为
[0042]
[0043]
[0044] 综合以上(4)-(7)四式，由于逆变器输出的有功功率是不变的，所以可以得到：
[0045]
[0046] 由于逆变器输出的无功功率也是不变的，所以可以得到：
[0047]
[0048] 其中Qc＝W0CU02是
电路中的电容消耗的无功功率
[0049] 有(8)，(9)可得：
[0050]
[0051] 式(8)和(10)表明逆变器输出电压频率、幅值与逆变器输出有功、无功有关。如果Qgrid,Pgrid均为零，式(10)可化为
[0052]
[0053] 式(8)和(11)表明，电网出现故障时，如果电网没有消耗逆变器逆变的
能量，而全部能量给了负载，那么逆变器的输出电压、频率均不会产生变化，此时如果用频率检测法是检测不到孤岛的。因此在这种情况下就要使用主动法进行孤岛检测。否则被动法也能检测出孤岛。
[0054] (4)当负载变化时，对C清零，重新累加。
[0055] (5)混合孤岛检测法单元输出电流参考值，经过PI控制器，使得实际逆变输出电流跟踪参考输入。
[0056] (6)PI输出和逆变电压相加，作为载波信号，与SPWM控制方式的三角波进行比较，生成占空比成正弦变化的方波信号，经LC滤波后成逆变输出电压。
[0057] (7)检测逆变输出电压频率，如果超过阈值则参考电流设为0。
[0058] 如图3所示，设置逆变输出无功功率大于负载消耗无功功率，逆变输出有功功率大于负载消耗有功功率。在0.2S时增加负载，在0.4S时断开电网。波形图如图a所示。在算法切换图中，累加器在0.2S时因为负载变化，清零重新累加。当累加值超过1000时，e输出为1时切换被动法中的过/欠频法。输出为0时采用混合孤岛检测法中的滑膜频率偏移法。图b显示的是逆变输出电压电流波形，由图b可知，在电网断开之后，由于算法切换图中输出为1，切换到被动法中的过/欠频，在0.66S时检测出孤岛，断开逆变输出。
[0059] 如图4所示，设置在0.2S前，逆变输出有功功率大于负载有功功率，逆变输出无功功率小于负载消耗无功功率；在0.2S时增加负载，使得逆变输出有功功率小于负载消耗无功功率，逆变输出无功功率小于负载小于无功功率、波形图如a所示。在0.2S之前，由于逆变输出有功功率大于负载消耗无功功率，累加器累加到1000时，e为1，切换被动法中过/欠频检测法。在0.2S之后，负载变化，此时逆变输出有功功率小于负载消耗无功功率，逆变输出无功功率小于负载小于无功功率，e输出为0，切换滑膜频率偏移法。图b显示的是逆变输出电压电流波形，由图b可知，0.2S之前采用的是被动法中的过/欠频检测法，在0.2S之后采用的是滑膜频率偏移法，在0.48S检测出孤岛，断开逆变输出。
