一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法

2023-09-17 16:31:50 2

一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏發電系統的孤島保護方法，該方法是一種基於雙矢量角的主動式孤島保護技術，該技術採用擾動前和擾動後兩個電壓矢量角，提取其中的擾動分量，並融入Sandia孤島保護技術；該方法不僅提高了光伏系統孤島保護的性能，而且克服了傳統相位擾動算法帶來的有功功率波動的缺點，提高了正常運行時的逆變器輸出功率性能。
【專利說明】-種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力電子和光伏發電逆變器控制領域，特別是涉及一種基於雙矢量角 的併網光伏系統孤島保護方法。

【背景技術】
[0002] 隨著能源的日益緊張和用戶對供電可靠性的要求越來越高，分布式發電在電力系 統中起著越來越大的作用，太陽能光伏（photovoltaic，PV)發電系統是分布式發電中非常 重要的發電方式之一。太陽能發電系統將電能送上電網，稱為併網系統。當電網供電因故 障事故或停電維修而跳閘時，各個用戶端的光伏發電系統未能及時檢測出停電狀態從而將 自身切離市電網絡，最終形成有光伏併網發電系統和其相連負載組成的一個自給供電的孤 島發電系統。孤島發電系統會帶來以下危害：電網中的電壓頻率相位無法控制，可能對用 戶設備帶來損害；使得一些被認為已經與所有電源斷開的線路帶電，這會給相關人員（如電 網維修人員和用戶）帶來電擊的危險；而當電網恢復後，又會由於相位或頻率和電網不同步 帶來很高的衝擊電流，從而損害孤島系統中的分布式發電裝置，甚至導致電網重新跳閘。因 此，不管從安全性還是可靠性方面來考慮，光伏發電系統都應具備孤島保護功能。而且現在 國內光伏系統都需要通過金太陽認證，其中對孤島保護做出了強制要求。
[0003] 目前光伏逆變器孤島保護方法一般分為兩大類：第一類稱為被動式孤島保護策 略，如不正常的電壓和頻率、相位監視和諧波監視等；第二類稱為主動式孤島保護策略，如 頻率偏移和輸出功率擾動等。第一類方法比如過/欠壓，過/欠頻保護，通過檢測併網點的 電壓和頻率是否異常來判斷孤島狀態，比較簡單，但是只有在電源一負載不匹配程度較大 時才能有效，在其他情況可能會導致孤島檢測失效。第二類方法如頻率或者相位偏移，這類 主動式方法在控制信號中人為注入擾動成分，從而使得頻率或者相位偏移，這類主動式方 法大大增強了系統的孤島保護能力。
[0004] 主動式孤島保護最為常用的方案是擾頻法（AFD)，擾頻法主要通過向併網點注入 頻率變化的電流信號，使併網點發生頻率的變化，從而形成正反饋過程，最終併網點電壓的 頻率超出正常的工作閾值進而觸發保護，達到孤島保護的目的。然而AFD的思想在三相併 網逆變器的實現上，又不同於單相的理論，需要通過無功功率擾動的角度分析。而且在實際 應用來中存在速度過慢和有功功率波動的缺點。


【發明內容】

[0005] 本發明提出了一種新型的基於雙矢量角的AFD孤島保護方法，該技術採用擾動前 和擾動後兩個電壓矢量角，提取其中的擾動分量，並融入Sandia孤島保護技術，該方法不 僅提高了孤島保護的性能，而且克服了經典AFD算法帶來的有功功率波動的缺點，提高了 正常運行時的逆變器輸出功率性能。
[0006] 本發明技術方案如下： 一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，所述方法步驟包括：電網電壓的矢 量定位的控制方法；雙矢量角的孤島保護方法。
[0007] 進一步的，所述電網電壓的矢量定位的控制方法即用一個靜止 坐標系下的矢量角度來表達三相電壓/電流的相位信息，通過電網電壓矢量角將三相 交流量轉為同步旋轉dq坐標系下的直流量，再通過電壓反饋環和電流反饋環產生PWM調製 信號。
[0008] 進一步的，所述雙矢量角的孤島保護方法的步驟包括： a、 電網電壓矢量角通過軟體鎖相環獲得； b、 擾動角度的計算； c、 Sandia加速方法的實現； d、 雙矢量角AFD保護方法的實現。
[0009] 進一步的，步驟b中設基準頻率為Π ，擾動頻率f2,向上擾動頻率f2, f2>fl，門限 計算值由下式求得

【權利要求】
1. 一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，所述方法步驟包括：電網電壓的 矢量定位的控制方法；雙矢量角的孤島保護方法。
2. 根據權利要求1所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特徵在 於：所述電網電壓的矢量定位的控制方法即用一個《多坐標系下的矢量角度來表達三相電 壓/電流的相位信息，通過電網電壓矢量角將三相交流量轉為同步旋轉dq坐標系下的直流 量，再通過電壓反饋環和電流反饋環產生PWM調製信號。
3. 根據權利要求1所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特徵在 於，所述雙矢量角的孤島保護方法的步驟包括： a、 電網電壓矢量角通過軟體鎖相環獲得； b、 擾動角度的計算； c、Sandia加速方法的實現； d、 雙矢量角AFD保護方法的實現。
4. 根據權利要求3所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特徵在 於：步驟b中設基準頻率為Π，擾動頻率f2,向上擾動頻率f2>fl，門限計算值由下式求得：
設電網電壓矢量角度為--,擾動角度為色，按下式求得
5. 根據根據權利要求3所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特 徵在於：步驟c中的Sandia加速算法的實現按下式求得頻率擾動量石， fd=fi + A(f-Jg)； 然後用頻率擾動量力計算擾動頻率/2，如下式：f^=fs ; 式中，"4為頻率擾動量，Λ表示電網標準頻率50Ηζ，Λ為頻率擾動量基值，J為加速 因子，/為當前電壓頻率，/2為擾動頻率。
6. 根據根據權利要求3所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特 徵在於：步驟d計算出電網電壓矢量角度β和擾動角度貧，使用電網電壓矢量角度β,通過 dq變換，將三相電流轉換為同步旋轉dq坐標系下的電流有功分量Zli和電流無功分量; 同理，再使用擾動角度貧計算出擾動的^，從其中提取出擾動量，最終將此擾動量Δ& 加入進無功電流給定值& ;其中心^ 4 -Ifl。
7.根據權利要求6所述的一種基於雙矢量角的併網光伏系統孤島保護方法，其特徵在 於：所述dq變換公式如下：
式中，/a、4、Ztr分別為a相、b相、c相三相電流。
【文檔編號】H02J3/38GK104269830SQ201410542172
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】石方舟, 閔澤生, 陳建國, 蔣馳雷, 陳輝, 徐純科 申請人:四川東方電氣自動控制工程有限公司