CN103066618A - 薄膜太阳能光伏发电站接入系统及其孤岛监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于薄膜太阳能光伏发电的微网接入技术领域中的一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统及其孤岛监测方法。系统包括电压并联型滤波器和孤岛检测单元；电压并联型滤波器串联到太阳能光伏发电站和并网逆变器之间；孤岛检测单元串联到太阳能光伏发电站和母线之间；孤岛监测方法包括：孤岛检测单元将公共连接点电压前馈；通过预设算法，输出电流幅值扰动量；计算太阳能光伏发电站输出电流；确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。本发明实现了光伏并网发电系统并网逆变器的谐波抑制和孤岛检测。

Description

薄膜太阳能光伏发电站接入系统及其孤岛监测方法

技术领域

本发明属于基于薄膜太阳能光伏发电的微网接入技术领域，尤其涉及一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统及其孤岛监测方法。

背景技术

开展大容量光伏并网对电网的影响研究，研究有可操作性、全面、有效的并网管理标准和技术规范，从规范管理和技术可靠的角度对并网光伏发电系统提出要求，在保证光伏发电系统电能质量、可靠性和安全性的前提下，对最大程度的利用太阳能发电资源具有重要意义。

光伏发电有离网和并网两种工作方式。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电多数被用于偏远的无电地区，而且以户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏产业及其市场发生了极大的变化，开始由边远农村地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成的方向快速迈进，太阳能己经全球性地由“补充能源”的角色被认可将是下一代“替代能源”。

我国正处在经济转轨和蓬勃发展时期，但能源问题严峻，城市中由于大量使用化石能源，环境持续恶化。2000年世界卫生组织侧HO)公布的世界上污染最严重的十个大城市中，中国占了八个，其中北京居于第七位。大力发展光伏并网发电将有助于尽早解决这一问题。国家有关领导部门已经开始给予足够重视，首先是国家科技部已规划有步骤地推进相关的科技创新研究、示范及其产业化进程。“八五”和“九五”期间把“光伏屋顶并网发电系统”列入了“国家科技攻关计划”，在深圳和北京分别建成了1OOKWp、17KWp、7KWp5KWp的光伏屋顶并网发电系统并成功地实现了并网发电。国内最大的单个屋顶型薄膜太阳能光伏发电系统日前在深圳开始并网发电。此项目已被纳入国家“金太阳”示范工程目录，预计将获得1500万元的补助资金。

到目前为止，我国光伏并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，但面对如此巨大的国内需要，脚踏实地地发展具有自我知识产权的相关高技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统及其孤岛监测方法。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统，其特征是所述系统包括电压并联型滤波器和孤岛检测单元；

所述电压并联型滤波器串联到太阳能光伏发电站和并网逆变器之间，用于抑制并网逆变器产生的谐波；所述电压并联型滤波器由顺序连接的指令电流运算模块和补偿电流发生模块组成；所述指令电流运算模块用于检测补偿对象电流中的谐波和无功功率，并生成补偿电流的指令信号；补偿电流发生模块用于根据指令电流运算模块得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流；

所述孤岛检测单元串联到太阳能光伏发电站和母线之间，用于监测太阳能光伏发电站的输出电流，从而确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。

一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统的孤岛监测方法，其特征是所示方法包括：

步骤1：孤岛检测单元将公共连接点电压前馈；

步骤2：通过预设算法，输出电流幅值扰动量；

步骤3：计算太阳能光伏发电站输出电流；

步骤4：确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。

本发明实现了光伏并网发电系统并网逆变器的谐波抑制和孤岛检测。

附图说明

图1是薄膜太阳能光伏发电站接入系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是薄膜太阳能光伏发电站接入系统结构图。图1中，本发明提出的薄膜太阳能光伏发电站接入系统，包括电压并联型滤波器和孤岛检测单元。

电压并联型滤波器串联到太阳能光伏发电站和并网逆变器之间，用于抑制并网逆变器产生的谐波。电压并联型滤波器由顺序连接的指令电流运算模块和补偿电流发生模块组成。指令电流运算模块用于检测补偿对象电流中的谐波和无功功率，并生成补偿电流的指令信号。补偿电流发生模块用于根据指令电流运算模块得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。

孤岛检测单元串联到太阳能光伏发电站和母线之间，用于监测太阳能光伏发电站的输出电流，从而确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。

在公用电力系统中，近年来由于功率半导体器件的大量应用，使电力系统受到很大的污染，尤其是在电力系统中运行的各种变流设备易产生大量谐波，是电力系统最大的污染源之一，它影响到电力供应的品质，对连接在系统中其他的精密设备产生不良影响或者增加变压器、旋转电机及电力线等设备的功率损失，甚至引起保护设备的误动作，而造成很大的损失，甚至干扰到通讯系统及电脑系统的正常运作。随著工业用电的日益增加，谐波污染益加严重，所以谐波问题的研究也就更趋重要与迫切。

光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能,再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流,并入电网,在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中,会产生大量谐波。

光伏发电工作在低功率区时，会有较大的电流谐波。针对现有并网逆变器，谐波抑制的有效解决方案有群控技术和综合补偿控制两种。

群控技术是指为了使逆变器工作在高效区，将多台逆变器并联运行，逆变器间进行协调控制的一种方式。由于群控时各逆变器的直流侧并联，提高了直流侧的容量，相对于非群控的低功率状态，通过协调控制使得此时只有1台逆变器工作，可使此逆变器工作较高效率区，从而可以提高逆变器发电功率、降低谐波含量。

补偿控制技术则是在逆变器中集成交流滤波器，主要为有源滤波技术，通过综合控制，实现输出有功/无功功率控制的同时，抵消产生的谐波分量。

由于薄膜光伏发电站接入系统直接将太阳能逆变后馈送给电网，所以一定要有各种完善的方法来加以保护。对于系统正常工作时，比较容易通过硬件电路配合软件检测、判断、识别并进行处理可能出现的功率器件过流、功率器件驱动信号欠压、功率器件过热、太阳电池阵列输出欠压以及电网过压、欠压等故障状态。但对于光伏并网发电系统来说，还需要考虑在一种特殊的故障状态下的应对方案，即孤岛效应的防止和对策。

孤岛效应是指:当电力公司的供电，因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的太阳能并网发电系统未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网路，而形成由太阳能并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。

当发生孤岛效应时，电网无法控制孤岛中的电压和频率。若电压和频率超出允许的范围，可能会对用户的设备造成损坏，降低了电网的安全性；若负荷容量大于光伏系统的总容量，光伏系统过载运行，容易将其烧毁；断路器的复位及自动重合闸会使主系统与孤岛失步。由此可见。孤岛的发生会导致严重的后果，所以当电网停电后，必须立刻中止系统对电网的供电，防止孤岛效应的发生。

由此可知反孤岛效应的关键是电网断电的检测，且检测时间越短效果越好。一般有两种检测方法，被动检测法和主动检测法。被动检测法是实时检测电网电压的频率和相位，通过频率和相位的异常来判断电网是否失电。采用被动的孤岛检测方法不足以在负载匹配的情况下有效检测出孤岛现象，为此，必须采用主动式的检测方法。主动检测法是通过实时对电网参数发出干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电。可采用主动频率偏移法，滑模频率偏移法和输出功率扰动检测法等来检测，但是都有一定的盲区。

这里提出一种新的孤岛检测方法——电压前馈正反馈扰动孤岛检测方法。具体方法是将公共连接点电压前馈，经过一定的预设算法，输出量作为电流幅值扰动量。运用改进算法得出PV系统（光伏发电系统）输出电流，为了验证所提方法的有效性，需要对孤岛发生后可能出现的所有情况进行分析。该方法通过引入正反馈，使公共耦合点电压趋于不稳定，并加入扰动量，打破了孤岛发生后可能出现电压平衡的状态，实现了单台或多台PV并网系统运行时的快速孤岛检测，消除了传统孤岛检测方法中存在的检测盲区。该方法实现简单，对电能质量影响小，具有较强的工程应用价值。

本发明的目的是研究光伏电站微网集中接入高压配网，对电网和负荷影响及对策。探讨解决技术难点的方法。提出了光伏电站的发电功率预测技术，组网技术等。

解决谐波问题的工程实际新方法，为了消除这些谐波，过去通常采用电容电感所组成的被动式滤波器，根据被动式滤波器来消除谐波有很多缺点，己非很好的解决方法。在电力电子变换器的接入方式设计中选择合理的并网滤波器是改善谐波的比较好的方式之一，本工程使用新型可动态抑制谐波的电压并联型滤波器。其中系统由两大部分组成，即指令电流运算模块和补偿电流发生模块(由电流跟踪控制模块、驱动模块和主电路三个部分构成)。其中，指令电流运算模块的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功功率等电流分量，为谐波和无功电流检测模块。补偿电流发生模块的作用是根据指令电流运算模块得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路目前均采用PWM变流器。

本发明还提出了一种孤岛检测方法——电压前馈扰动孤岛检测方法。具体方法是将公共连接点电压前馈，经过一定的预设算法，输出量作为电流幅值扰动量。运用改进算法得出PV系统输出电流，为了验证所提方法的有效性，需要对孤岛发生后可能出现的所有情况进行分析。该方法通过引入正反馈，使公共耦合点电压趋于不稳定，并加入扰动量，打破了孤岛发生后可能出现电压平衡的状态，实现了单台或多台PV并网系统运行时的快速孤岛检测，消除了传统孤岛检测方法中存在的检测盲区。该方法实现简单，对电能质量影响小，在本次工程中有一定的应用价值。

在本工程应用中发现在使用主动频率偏移法，滑模频率偏移法和输出功率扰动检测法等主判据的同时，需要考虑这些主判据适用的条件，增加必要的闭锁条件。以输出功率扰动检测法为例，在微电网内部故障时，输出功率扰动检测法判据也会启动。为了防止误动，本装置增加了进线电流的方向闭锁条件，即故障电流方向指向微电网内部时，认为发生了微电网内部故障，此时把孤岛检测判据闭锁。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统，其特征是所述系统包括电压并联型滤波器和孤岛检测单元；

所述电压并联型滤波器串联到太阳能光伏发电站和并网逆变器之间，用于抑制并网逆变器产生的谐波；所述电压并联型滤波器由顺序连接的指令电流运算模块和补偿电流发生模块组成；所述指令电流运算模块用于检测补偿对象电流中的谐波和无功功率，并生成补偿电流的指令信号；补偿电流发生模块用于根据指令电流运算模块得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流；

所述孤岛检测单元串联到太阳能光伏发电站和母线之间，用于监测太阳能光伏发电站的输出电流，从而确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。

2.一种薄膜太阳能光伏发电站接入系统的孤岛监测方法，其特征是所示方法包括：

步骤1：孤岛检测单元将公共连接点电压前馈；

步骤2：通过预设算法，输出电流幅值扰动量；

步骤3：计算太阳能光伏发电站输出电流；

步骤4：确定太阳能光伏发电站是否与母线电网断电。