[0046] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0047] 以下是本发明的原理：
[0048] 请参照图2、图3，其分别为光伏系统正常并网及孤岛状态时的电路和功率分布示意图，光伏并网发电系统通过并网开关将光伏系统与本地负载相连接。当电网正常运行时，电网侧一方面提供负载所需的无功功率，另一方面在并网逆变器输出的有功功率小于负载所需的有功功率时，向负载提供相应的有功功率，而在并网逆变器输出的有功功率大于负载所需的有功功率时，吸收多余的有功功率。孤岛发生时，公共连接点处电压电流均产生不对称变化。
[0049] 图4是光伏逆变器控制策略框图，逆变器采用双闭环控(电压外环，电流内环)，其中电压控制模块将直流电压参考值Vdc,ref与光伏阵列输出电压Vdc之间的误差经过PI调节得到电流d轴分量参考值id,ref；电流控制模块将d轴电流分量参考值id,ref与d轴电流分量id之间的误差经过电流环PI调节，计算光伏并网逆变器输出的d轴电压分量vd，改变id,ref以改变光伏并网逆变器输出的有功功率；电流控制单元将q轴电流分量参考值iq,ref与q轴电流分量iq之间的误差经过电流环PI调节，计算光伏并网逆变器输出的q轴电压分量vq，改变iq,ref以改变光伏并网逆变器输出的无功功率。
[0050] 图5是反孤岛策略动作逻辑图，可将公共耦合点处电压、电流均进行监测，然后计算其值所对应的变化量，并依据对称分量法，分别求得其对应的正负序分量的变化量，并计算综合阻抗序分量的值，并设立相应的门槛值，当综合阻抗序分量的变化量大于等于所设定的门槛值时，即可认为此时处于孤岛状态。
[0051] 光伏发电系统通常在公共连接点(PCC)处与电网相连接向负载供电，当光伏系统逆变器侧发出功率大于负载所需功率时，由光伏系统单独向负载供电；当光伏系统逆变器侧发出功率小于负载所需功率时，电网侧同时向负载供电。而当光伏系统逆变器侧发出功率等于负载所需功率时，电网侧输出功率基本为零，所以当电网侧由于停电维修或者故障事故使得电网断开时，逆变器侧继续向负载供电，可能会对用户的设备造成损坏并且危及检修人员的人身安全等。孤岛发生时，功率流由逆变器侧流向负载侧，由于PCC处电压、电流不能突变，且均会产生不对称波动变化直至孤岛稳定，通过使用对称分量法分解可得电压、电流正、负序分量。从而求解综合序阻抗正、负分量幅值判断孤岛发生。通过监测公共耦合点处的电流、电压信号在正常并网运行及孤岛运行时所表现的差异，对其使用对称分量法分解求得正、负序电压与电流，从而通过综合序阻抗的变化实现孤岛故障的判别。
[0052] 光伏逆变器采用电网电压定向的矢量控制，从中提取电压、电流信号的基波分量，通过对称分量法分解求得各正、负序分量，比较50Hz频率信号综合序阻抗正负分量在正常并网运行和孤岛运行时所表现的差异实现了孤岛故障的检测。
[0053] 本发明通过基于综合序阻抗的孤岛检测方法，使用对称分量法分解求得电压、电流正、负序分量，而电压、电流的波动都是非线性的，所以综合序阻抗分量是一个变量，当超过预设阈值时，即可检测到孤岛发生。
[0054] 如图1所示，本发明方法具体包括以下步骤：步骤一，在公共耦合点处，从逆变器侧的传感器中获得电气量信号。
[0055] 在公共耦合点处与电网相连接向负载供电，从逆变器侧的传感器中获得电气量信号，当光伏系统逆变器侧发出功率大于负载所需功率时，由光伏系统单独向负载供电；当光伏系统逆变器侧发出功率小于负载所需功率时，电网侧同时向负载供电；当光伏系统逆变器侧发出功率等于负载所需功率时，电网侧输出功率为零。
[0056] 由于在并网公共耦合点处具有较大电流、较高电压，不能直接用普通的电流表、电压表进行测量，需借助互感器将原电路的电量按比例变化为某一较小的电量后，从副边侧采样正常运行与孤岛故障时的信号。经传感器将电流、电压信号输入到A/D转换器，通过一定的电路将模拟量转变为数字量，进而传输给计算机。
[0057] 步骤二，利用对称分量法将所提取的电气量信号进行分解，得出并网逆变器端电压、电流的正、负序分量。
[0058] 电力系统正常运行时可认为是对称平衡的，当发生故障时，电力系统会发生不对称运行。在计算电力系统不平衡情况下引用了对称分量法，即任何三相不平衡的电流、电压都可以分解成为三个平衡的相量成分即正相序、负相序、零相序，从而方便与电力系统正常运行时的电流、电压相比较。
[0059] 步骤三，将电压、电流正、负序分量通过快速傅里叶方法分解，孤岛故障发生时可得到特定频率(指基频、2倍频或3倍频等高能量频次的频率)的电压、电流正负序分量(是指将提取到的电气量信号进行频谱分析，得到故障时基波的电压、电流正、负序分量)；并分别求得其所对应的变化量。
[0060] 步骤四，使用滑模数据窗的方法求解公共耦合点处电压与电流正、负序分量变化量的幅值，做比分别求得特定频率(指基频、2倍频或3倍频等高能量频次的频率)综合序阻抗正、负分量的幅值|ΔZ(1)|、|ΔZ(2)|；
[0061] 根据综合阻抗定义，其正序分量为：
[0062]
[0063] 式中ΔZ(1)表示综合阻抗正序分量，UPCC(1)、UPCC(1)′分别表示正常并网与孤岛状态下公共点处电压正序分量，IPCC(1)、IPCC(1)′分别表示正常并网与孤岛状态下公共点处电流正序分量。
[0064] 根据综合阻抗定义，其负序分量为：
[0065]
[0066] 式中ΔZ(2)表示综合阻抗负序分量，UPCC(2)、UPCC(2)′分别表示正常并网与孤岛状态下公共点处电压负序分量，IPCC(2)、IPCC(2)′分别表示正常并网与孤岛状态下公共点处电流负序分量。
[0067] 其中，综合序阻抗为孤岛故障幅值，滑模数据窗滑动时间为一个周波20ms。
[0068] 步骤五，首先，依据IEEE Std.1547标准允许的孤岛效应检测时间(表1)，在0.16s的允许检测时间内，并且为了防止正常运行时由于外界小干扰所引起的综合序阻抗波动导致检测装置动作，需要设定一定的裕度，在保证裕度的情况下设置门槛值，设定门槛值Zset1、Zset2的大小，具体的，门槛值Zset1、Zset2的大小通过配电网相关参数、并网逆变器参数、负载类型以及线路参数确定，而相关参数均与电力系统网络有关，在对应系统中经过多次试验从而确定当特定频率为基波分量时门槛值大小为0.5，并保留一定裕度。
[0069] 表1 IEEE Std.1547允许的孤岛效应检测时间
[0070] Table.Detection time of islanding effect allowed by IEEE Std.1547[0071]
[0072] ①上表适用于额定功率≤30KW的发电装置，对额定功率≥30KW的发电装置，电压和频率的范围以及孤岛效应检测时间都是现场可调的。
[0073] ②Vn指电网电压幅值的额定值。对于中国的单相市电，为交流220VAC。
[0074] ③fn指电网电压频率的额定值。对于中国的单相市电，为50Hz。
[0075] 由于并网系统正常运行时，综合序阻抗幅值基本为零，而电力系统整定需要留有一定裕度，此处分别取为0.5Ω、0.5Ω。
[0076] 再比较特定频率(指基频、2倍频或3倍频等高能量频次的频率)综合序阻抗正、负分量的幅值|ΔZ(1)|、|ΔZ(2)|与设定门槛值Zset1、Zset2的大小，当|ΔZ(1)|、|ΔZ(2)|分别小于门槛值Zset1、Zset2时，则未发生孤岛；当|ΔZ(1)|≥Zset1或|ΔZ(2)|≥Zset2时，则孤岛发生。
[0077] 图6(a)、6(b)为光伏并网发电系统运行示意图，PV阵列输出电压为600V，逆变装置选取IGBT三相全桥逆变电路，输出线电压为270V，输出电流为1000A，输出功率为470kW。本地负载选取三角形接法的RLC并联电路进行仿真(此时处于孤岛最严重的情况)，品质因数取为1，R＝0.4673Ω，L＝0.001487H，C＝6812μF。经由两级升压变压器将电压等级升至110kV馈送至电网。
[0078] 如图6(a)、6(b)两个框图分别代表光伏并网逆变器输出电压(kV)、输出电流(kA)。系统运行时间为1.2s，孤岛故障发生在t＝1s时刻。由图6(a)、6(b)可知，在正常运行以及孤岛运行时，系统的运行参数基本没有改变，说明此时处于孤岛最严重的情况。应用本发明进行检测，其中采样频率为16kHz，采样时间为0.08s(0.98-1.06s)。本发明以基频(50Hz)为例，进行的仿真验证。
[0079] 图7(a)、7(b)为三相断路故障情况下，应用本发明的孤岛检测50Hz综合正负序阻抗分量波形图。
[0080] 在并网运行时，综合序阻抗基本为0，当孤岛故障发生时(采样点数为320)，综合序阻抗故障分量没有发生变化，经过一个周波(20毫秒，采样点数为640)后，综合序阻抗故障分量逐渐发生变化，50Hz综合序阻抗大于门槛值，与设定的条件一致，孤岛检测成功。
[0081] 图8(a)、8(b)为单相断路故障情况下，应用本发明的孤岛检测50Hz综合正负序阻抗分量波形图。
[0082] 在并网运行时，综合序阻抗基本为0，当孤岛故障发生时(采样点数为320)，综合序阻抗故障分量没有发生变化，经过一个周波(20毫秒，采样点数为640)后，综合序阻抗故障分量逐渐发生变化，50Hz综合序阻抗大于门槛值，与设定的条件一致，孤岛检测成功。
[0083] 图9(a)、9(b)为两相断路故障情况下，应用本发明的孤岛检测50Hz综合正负序阻抗分量波形图。
[0084] 在并网运行时，综合序阻抗基本为0，当孤岛故障发生时(采样点数为320)，综合序阻抗故障分量没有发生变化，经过一个周波(20毫秒，采样点数为640)后，综合序阻抗故障分量逐渐发生变化，50Hz综合序阻抗大于门槛值，与设定的条件一致，孤岛检测成功。
[0085] 图7(a)、(b)、图8(a)、(b)、图9(a)、(b)表明本发明所提供的基于综合序阻抗的孤岛检测方法无论系统处于何种工作状态，均能在不影响电力系统电能质量的情况下，快速有效地检测出孤岛效应。
[0086] 在并网开关单相和两相断开情况下仍然能够进行判别。能够实现无盲区孤岛检测，此方法的原理简单，适用范围广。
[0087] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)
.jpg.150x150.jpg)