CN107947240A

CN107947240A - 一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法

Info

Publication number: CN107947240A
Application number: CN201711389264.0A
Authority: CN
Inventors: 王晓寰; 杨庆收; 张莹; 冯建周; 张纯江
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2018-04-20

Abstract

本发明公开了一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、构建三相并网逆变器主电路系统；步骤2、计算三相并网逆变器的输出有功功率和无功功率；步骤3、利用加入扰动k(f‑f_g)/s的改进P‑f下垂控制器计算电压幅值和相位的参考输出。步骤4、将参考电压和相位与实际电压和相位作差得到误差电压值，作为外环调节器的参考输入，调节器的输出为内环电流的参考输入，再与实际电流作差得到误差电流值，作为内环调节器的输入，最终得到输出调制信号；步骤5、实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f‑f_g)|的值进行孤岛判断。本发明在传统孤岛监测下垂改进方法基础上将其扰动部分增加了积分，不仅增大了|dΔθ/dt|的幅值而且也使其幅值维持在稳定的幅值，从而避免了孤岛误判。

Description

一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法

技术领域

本发明涉及电网检测领域，尤其是一种下垂控制的微电网孤岛监测方法。

背景技术

随着可再生能源发电技术的发展，分布式发电技术应运而生。近年来下垂控制的逆变器由于具有“即插即用”、无需通信等优点，在分布式发电系统中应用越来越广泛。在微网运行过程中会遇到并网与孤岛两种情况，孤岛效应是指当电力系统因故障停止供电时，分布式发电系统继续向本地负载提供有功和无功功率的现象，孤岛又分为计划性孤岛和非计划性孤岛。对非计划性孤岛的监测精度和速度很重要。所以很有必要对目前普遍使用的下垂微网控制方案的孤岛监测进行研究。

对于传统的基于下垂控制的微网孤岛监测方案，不仅不易监测而且还容易发生误判。使得孤岛监测结果不能达到令人满意的结果。

发明内容

本发明目的在于提供一种监测容易、监测误差低的下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建三相并网逆变器主电路系统；

步骤2，计算三相并网逆变器的输出有功功率和无功功率；

步骤3，利用加入扰动k(f-f_g)/s的改进下垂控制器计算电压幅值和相位的参考输出；式中k为比例系数，f为下垂输出的频率，f_g为电网频率，s为拉式算子。

步骤4，将参考电压和相位与实际电压和相位作差得到误差电压值，作为外环调节器的参考输入，调节器的输出为内环电流的参考输入，再与实际电流作差得到误差电流值，作为内环调节器的输入，最终得到的输出为调制信号；

步骤5，实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f-f_g)|的值进行孤岛判断。式中k为比例系数，f为下垂输出的频率，f_g为电网频率，Δθ为相位变化。

进一步的，步骤1中，三相主电路结构采用三相半桥结构和LC滤波结构。

进一步的，步骤3中，将传统孤岛监测P-f下垂控制器的角度输出

变为

得到：

式中，P为逆变器输出实际有功功率，P^*为给定的有功功率，m为下垂系数，f^*为下垂给定的频率，f'＝f，f为下垂输出频率，f_g为电网的实际频率，θ'为下垂最终输出的角度，k＝2πk'。式中k为比例系数，s为拉式算子。

进一步的，步骤5中，实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f-f_g)|的值，其值为稳定值时，作为判断孤岛发生的依据。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、对干扰项进行了积分，增大了|dΔθ/dt|的变化幅值，使孤岛发生时有较大的幅值变化，监测更容易。

2、在下垂曲线上加入扰动量，系统整体仍然具有下垂特性。

3、增大了检测量，并具有滤波作用和低通效果，有利于抑制干扰，增强了孤岛监测的准确性。

附图说明

图1为逆变器的控制策略结构图。

图2为改进下垂控制结构框图。

图3是为图2的等效简化图。

图4为并网运行时频率扰动后逆变器与电网之间的相位差及其变化率。

图5为PCC点频率偏移量f-f_g、|dΔθ/dt|、孤岛检测信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建三相并网逆变器主电路系统；三相主电路结构采用三相半桥结构和LC滤波结构。

步骤2，计算三相并网逆变器的输出有功功率和无功功率；

步骤3，利用加入扰动k(f-f_g)/s的改进下垂控制器计算电压幅值和相位的参考输出；式中k为比例系数，为下垂输出的频率，f_g为电网频率，s为拉式算子。

改进后的下垂相角输出为：

由此可以得到新的下垂：f'＝f^*-m(P-P^*)+k'(f'-f_g)

变形得到：

式中，P为逆变器输出实际有功功率，P^*为给定的有功功率，m为下垂系数，f^*为下垂给定的频率，f'＝f，f为下垂输出频率，f_g为电网的实际频率，θ'为下垂最终输出的角度，k＝2πk'。式中k为比例系数、为了上述表达式表述方便引入k'，s为拉式算子。如图1、2、3所示。

步骤5，实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f-f_g)|的值进行孤岛判断，其值为稳定值时，作为判断孤岛发生的依据。式中k为比例系数，为下垂输出的频率，f_g为电网频率，Δθ为相位变化。

系统参数如下：并网逆变器直流侧电压700V；电网相电压峰值为311V；下垂控制器额定有功功率为2kW，额定无功功率为0；负载有功功率为3kW进行验证。实验结果如附图4～5所示。图4为并网运行时频率扰动后逆变器与电网之间的相位差及其变化率，从图中可以看出即使并网运行过程中发生频率干扰，也不会发生孤岛误判。图5为PCC点频率偏移量f-fg、|dΔθ/dt|、孤岛检测信号图，从图中可以看出孤岛发生后，信号变化率比较大且处于稳定值经过一段时间后可以认为孤岛发生。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建三相并网逆变器主电路系统；

步骤2，计算三相并网逆变器的输出有功功率和无功功率；

步骤3，利用加入扰动k(f-f_g)/s的改进下垂控制器计算电压幅值和相位的参考输出；式中k为比例系数，f为下垂输出的频率，f_g为电网频率，s为拉式算子；

步骤5，实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f-f_g)|的值进行孤岛判断，式中k为比例系数，f为下垂输出的频率，f_g为电网频率，Δθ为相位变化。

2.根据权利要求1所述的一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法，其特征在于：步骤1中，三相主电路结构采用三相半桥结构和LC滤波结构。

3.根据权利要求1所述的一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法，其特征在于：步骤3中，将传统孤岛监测P-f下垂控制器的角度输出

变为

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变形得到：

式中，P为逆变器输出实际有功功率，P*为给定的有功功率，m为下垂系数，f*为下垂给定的频率，f'＝f，f为下垂输出频率，f_g为电网的实际频率，θ'为下垂最终输出的角度，k＝2πk'，式中k为比例系数，s为拉式算子。

4.根据权利要求1所述的一种下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法，其特征在于：步骤5中，实时监测|dΔθ/dt|＝|k(f-f_g)|的值，其值为稳定值时，作为判断孤岛发生的依据。