專利名稱：一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)中戶用型逆變器(IkW-IOkW)的并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)的方法。
背景技術(shù)：
由于常規(guī)能源的逐漸枯竭、環(huán)境污染的逐漸加劇，新能源的發(fā)展及應(yīng)用得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。隨著國(guó)家對(duì)智能電網(wǎng)概念的提出，以及建設(shè)高品質(zhì)、高可靠性電力系統(tǒng)的要求，逆變器作為新能源系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備，對(duì)其性能的穩(wěn)定性、優(yōu)越性、尤其是并網(wǎng)質(zhì)量的要求也越來越高。而鎖相環(huán)與孤島檢測(cè)是保證并網(wǎng)高質(zhì)量、高可靠性的重要環(huán)節(jié)。孤島檢測(cè)方法有被動(dòng)式孤島檢測(cè)和主動(dòng)式孤島檢測(cè)，而主動(dòng)式檢測(cè)方法主要包括輸出電壓擾動(dòng)法、有源頻率擾動(dòng)法、自動(dòng)相位偏移法等。目前大部分并網(wǎng)逆變器采用輸出電壓擾動(dòng)法。即通過對(duì)逆變器控制信號(hào)加入很小的電壓干擾信號(hào)，然后對(duì)逆變器輸出進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)逆變器與主電網(wǎng)相連則擾動(dòng)信號(hào)的作用很小，而當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)擾動(dòng)信號(hào)的作用就會(huì)顯現(xiàn)出來，當(dāng)輸出變化超過規(guī)定的門限值就能預(yù)報(bào)孤島的發(fā)生。鎖相環(huán)有模擬鎖相和數(shù)字鎖相，而數(shù)字鎖相中又包括過零、虛擬乘法器、構(gòu)造虛擬兩相等多種方法。目前大部分并網(wǎng)逆變器采用過零鑒相+同步鎖相算法。即通過不斷比較電網(wǎng)電壓周期和并網(wǎng)電流周期，從而改變SPWM波的載波周期的值，如此反復(fù)調(diào)整后控制誤差在一個(gè)極小的范圍內(nèi)來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)同步鎖相。此并網(wǎng)方法存在一些缺陷(1)由于微小電壓的干擾，導(dǎo)致并網(wǎng)波形的THD變大， 影響供電質(zhì)量；(2)在輸出電壓擾動(dòng)中沒有采用正反饋，導(dǎo)致孤島檢測(cè)速度過慢，及時(shí)性較差；(3)過零鑒相+同步鎖相算法雖然實(shí)現(xiàn)了最小超調(diào)量，但鎖相所用時(shí)間較長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高逆變器的并網(wǎng)質(zhì)量和光伏系統(tǒng)的可靠性的檢測(cè)系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)的方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括全橋逆變器，全橋逆變器的輸出端連接濾波電路，前級(jí)的直流電壓經(jīng)全橋逆變器及濾波電路后轉(zhuǎn)換為工頻正弦交流電，其特征在于濾波電路的第一輸出端依次串聯(lián)電流互感器L8、繼電器REl后連接兩個(gè)用戶負(fù)載接入端中的第一端口，控制單元通過電流互感器L8捕獲電流，控制單元的逆變輸出控制信號(hào)端連接光耦U15,光耦U15通過半導(dǎo)體器件控制繼電器REl打開或閉合，濾波電路的第二輸出端直接連接用戶負(fù)載接入端中的第二端口及電網(wǎng)接入端中的第三端口，電網(wǎng)接入端中的第四端口連接繼電器RE2的一端，繼電器RE2的另一端連接在繼電器REl與第一端口之間的電路上，控制單元的獨(dú)立/并網(wǎng)模式切換控制信號(hào)端連接光耦U16，光耦U16通過半導(dǎo)體器件控制繼電器RE2打開或閉合，電壓互感器L6跨接在濾波電路的第一輸出端與第二輸出端之間，控制單元通過電壓互感器L6捕獲全橋逆變器的輸出電壓，電壓互感器L7跨接在第四端口與第三端口之間，控制單元通過電壓互感器L7捕獲電網(wǎng)電壓。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體器件為三極管。優(yōu)選地，所述濾波電路為L(zhǎng)C濾波電路。優(yōu)選地，所述控制單元為相互連接的DSP及智能功率模塊。優(yōu)選地，所述控制單元通過各自的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路分別由所述電流互感器L6捕獲電流、由所述電流互感器L8捕獲電流、由所述電壓互感器L7捕獲電壓，該信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括放大器，放大器與電流互感器L6、電流互感器L8或電壓互感器L7相連，放大器串聯(lián)比較器，比較器連接所述控制單元。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種采用上述的無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟為
步驟1、通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否突變，若電網(wǎng)電壓突變，則說明孤島發(fā)生，全橋逆變器應(yīng)立即停止并網(wǎng)；若沒發(fā)生，再由過零檢測(cè)電路通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否過零點(diǎn)；若電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)之后，再由控制單元捕獲其上升沿，當(dāng)頻率在 49. 5Hz-50. 5Hz時(shí)接受，進(jìn)入25周期并網(wǎng)檢測(cè)； 步驟2、25周期并網(wǎng)檢測(cè)
當(dāng)并網(wǎng)開始時(shí)，由控制單元每25個(gè)周期檢測(cè)一次孤島，其中，前兩個(gè)周期檢測(cè)擾動(dòng)的頻率信號(hào)是否存在，來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生孤島現(xiàn)象，在確定系統(tǒng)正常之后，其他23個(gè)周期用來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同步鎖相，具體步驟為
步驟2. 1、由濾波電路輸出的電流為并網(wǎng)電流，在第1個(gè)周期時(shí)，將并網(wǎng)電流主動(dòng)移相
&0
步驟2.1在第2個(gè)周期，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在Α 的相移，若不存在，則說明孤島發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行，否則，進(jìn)入下一
止
少；
步驟2. 3、全橋逆變器輸出的電壓頻率或電流頻率即為并網(wǎng)頻率，強(qiáng)制將該并網(wǎng)頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，每次在電網(wǎng)電壓變相的時(shí)候，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在接近于Δ￡ 的相移，若存在，則計(jì)數(shù)一次，當(dāng)在剩余23個(gè)周期內(nèi)成功計(jì)數(shù)50次，認(rèn)為本次鎖相成功，否則，認(rèn)為鎖相失敗，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行。本發(fā)明中采用了連續(xù)主動(dòng)檢測(cè)孤島的方法，即每個(gè)周期控制并網(wǎng)逆變器輸出的主動(dòng)擾動(dòng)系統(tǒng)。即使是在發(fā)電輸出功率與負(fù)載功率匹配的情況下，也會(huì)及時(shí)通過擾動(dòng)破壞功率平衡狀態(tài)，造成逆變系統(tǒng)的相位、電壓、頻率有明顯波動(dòng)，再通過控制單元檢測(cè)出來而將光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電隔離，及時(shí)防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生。該發(fā)明中的25個(gè)周期，是基于控制單元產(chǎn)生的16Κ中斷，不但超調(diào)量小，而且鎖相速度快。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高逆變器的并網(wǎng)質(zhì)量及光伏系統(tǒng)的可靠性。


圖1為逆變器并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓采集電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供的一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括全橋逆變器，該全橋逆變器由場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q2、場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3及場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q4組成。全橋逆變器的輸出端連接濾波電路，濾波電路由電感Ll及電容C22組成。前級(jí)的直流
電壓&經(jīng)全橋逆變器及濾波電路后轉(zhuǎn)換為工頻正弦交流電。濾波電路的第一輸出端依次
串聯(lián)電流互感器L8、繼電器REl后連接兩個(gè)用戶負(fù)載接入端中的第一端口 4?？刂茊卧ㄟ^電流互感器L8捕獲電流。控制單元的逆變輸出控制信號(hào)端連接光耦U15,光耦U15通過半導(dǎo)體器件(在本實(shí)施例中，該半導(dǎo)體器件選用三極管Q6)控制繼電器REl打開或閉合。濾波電路的第二輸出端直接連接用戶負(fù)載接入端中的第二端口 5及電網(wǎng)接入端中的第三端口 2。電網(wǎng)接入端中的第四端口 1連接繼電器RE2的一端，繼電器RE2的另一端連接在繼電器REl與第一端口 4之間的電路上?？刂茊卧莫?dú)立/并網(wǎng)模式切換控制信號(hào)端連接光耦U16，光耦U16通過半導(dǎo)體器件(在本實(shí)施例中，該半導(dǎo)體器件選用三極管Q7 )控制繼電器 RE2打開或閉合。電壓互感器L6跨接在濾波電路的第一輸出端與第二輸出端之間，控制單元通過電壓互感器L6捕獲全橋逆變器的輸出電壓。電壓互感器L7跨接在第四端口 1與第三端口 2之間，控制單元通過電壓互感器L7捕獲電網(wǎng)電壓。在進(jìn)行并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓同步的過程中，控制單元需要采集電網(wǎng)電壓信號(hào)和并網(wǎng)電流信號(hào)的相位。由于控制單元只能采集TTL信號(hào)，所以需要硬件電路實(shí)現(xiàn)將電網(wǎng)的正弦波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成5V脈沖信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)方法為
控制單元通過各自的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路分別由電流互感器L6捕獲電流、由電流互感器L8 捕獲電流、由電壓互感器L7捕獲電壓，該信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括放大器，放大器與電流互感器 L6、電流互感器L8或電壓互感器L7相連，放大器串聯(lián)比較器，比較器連接控制單元。電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)過放大器及比較器后變成脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)和正弦波信號(hào)具有相同的過零點(diǎn)，即在正弦信號(hào)的過零點(diǎn)，產(chǎn)生脈沖躍變。當(dāng)控制單元給出逆變輸出控制信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)光耦U15導(dǎo)通，從而使得三極管Q6導(dǎo)通，繼電器REl閉合。而此時(shí)獨(dú)立/并網(wǎng)模式切換控制信號(hào)端無效，所以全橋逆變器經(jīng)過端口第一端口 4及第二端口 5獨(dú)立輸出220V交流電，可以為用戶負(fù)載提供交流電。此時(shí)，控制單元通過電壓互感器L6捕獲全橋逆變器的輸出電壓，用于獨(dú)立工作模式的電壓控制。當(dāng)控制單元給出獨(dú)立/并網(wǎng)模式切換控制信號(hào)有效時(shí)(此時(shí)，逆變輸出控制信號(hào)同時(shí)有效)，驅(qū)動(dòng)光耦U16導(dǎo)通，從而使得三極管Q7導(dǎo)通，繼電器RE2閉合，而此時(shí)逆變輸出控制信號(hào)同時(shí)有效，即繼電器REl同樣處于閉合狀態(tài)，全橋逆變器的輸出經(jīng)過第四端口 1及第三端口 2并入電網(wǎng)。本發(fā)明提供了一種采用上述系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟為
步驟1、通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否突變，若電網(wǎng)電壓突變，則說明孤島發(fā)生，全橋逆變器應(yīng)立即停止并網(wǎng)；若沒發(fā)生，再由過零檢測(cè)電路通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否過零點(diǎn)；若電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)之后，再由控制單元捕獲其上升沿，當(dāng)頻率在 49. 5Hz-50. 5Hz時(shí)接受，進(jìn)入25周期并網(wǎng)檢測(cè)； 步驟2、25周期并網(wǎng)檢測(cè)，其中，62. 5us
當(dāng)并網(wǎng)開始時(shí)，由控制單元每25個(gè)周期檢測(cè)一次孤島，其中，前兩個(gè)周期檢測(cè)擾動(dòng)的頻率信號(hào)是否存在，來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生孤島現(xiàn)象，在確定系統(tǒng)正常之后，其他23個(gè)周期用來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同步鎖相，具體步驟為
步驟2. 1、由濾波電路輸出的電流為并網(wǎng)電流，在第1個(gè)周期時(shí)，將并網(wǎng)電流主動(dòng)移相 Al ，在本實(shí)施例中Δβ取值為4-12° ；
步驟2. 2、在第2個(gè)周期，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在Αβ的相移，若不存在，則說明孤島發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行，否則，進(jìn)入下一
止
少；
步驟2. 3、全橋逆變器輸出的電壓頻率或電流頻率即為并網(wǎng)頻率，強(qiáng)制將該并網(wǎng)頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，每次在電網(wǎng)電壓變相的時(shí)候，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在接近于的相移，在本實(shí)施例中，接近于是指士2°，若存在，則計(jì)數(shù)一次，當(dāng)在剩余23個(gè)周期內(nèi)成功計(jì)數(shù)50次，認(rèn)為本次鎖相成功，否則，認(rèn)為鎖相失敗，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行。
實(shí)施例2
在本實(shí)施例中，控制單元采用了 DSP和智能功率模塊(英文簡(jiǎn)稱為IPM)來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。DSP控制單元捕獲到過零信號(hào)之后，應(yīng)用上述的25周期檢測(cè)并網(wǎng)法，使得其檢測(cè)時(shí)間更短，更加快速的發(fā)現(xiàn)孤島并同步鎖相。應(yīng)用IPM模塊，使得整個(gè)電路更加的簡(jiǎn)單。這樣逆變器的并網(wǎng)質(zhì)量和可靠性會(huì)更高。其他結(jié)構(gòu)及步驟同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括全橋逆變器，全橋逆變器的輸出端連接濾波電路，前級(jí)的直流電壓經(jīng)全橋逆變器及濾波電路后轉(zhuǎn)換為工頻正弦交流電，其特征在于濾波電路的第一輸出端依次串聯(lián)電流互感器L8、繼電器REl后連接兩個(gè)用戶負(fù)載接入端中的第一端口(4)，控制單元通過電流互感器L8捕獲電流，控制單元的逆變輸出控制信號(hào)端連接光耦U15，光耦U15通過半導(dǎo)體器件控制繼電器REl打開或閉合，濾波電路的第二輸出端直接連接用戶負(fù)載接入端中的第二端口(5)及電網(wǎng)接入端中的第三端口(2)，電網(wǎng)接入端中的第四端口( 1)連接繼電器RE2的一端，繼電器RE2的另一端連接在繼電器REl與第一端口(4)之間的電路上，控制單元的獨(dú)立/并網(wǎng)模式切換控制信號(hào)端連接光耦U16，光耦U16通過半導(dǎo)體器件控制繼電器RE2打開或閉合，電壓互感器L6跨接在濾波電路的第一輸出端與第二輸出端之間，控制單元通過電壓互感器L6捕獲全橋逆變器的輸出電壓，電壓互感器L7跨接在第四端口( 1)與第三端口( 2 )之間，控制單元通過電壓互感器L7捕獲電網(wǎng)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述半導(dǎo)體器件為三極管。
3.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述濾波電路為L(zhǎng)C濾波電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元為相互連接的DSP及智能功率模塊。
5.如權(quán)利要求1所述的一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元通過各自的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路分別由所述電流互感器L6捕獲電流、由所述電流互感器L8 捕獲電流、由所述電壓互感器L7捕獲電壓，該信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括放大器，放大器與電流互感器L6、電流互感器L8或電壓互感器L7相連，放大器串聯(lián)比較器，比較器連接所述控制單兀。
6.一種采用如權(quán)利要求1所述的無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于，步驟為步驟1、通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否突變，若電網(wǎng)電壓突變，則說明孤島發(fā)生，全橋逆變器應(yīng)立即停止并網(wǎng)；若沒發(fā)生，再由過零檢測(cè)電路通過電壓互感器L7檢測(cè)電網(wǎng)電壓是否過零點(diǎn)；若電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)之后，再由控制單元捕獲其上升沿，當(dāng)頻率在 49. 5Hz-50. 5Hz時(shí)接受，進(jìn)入25周期并網(wǎng)檢測(cè)； 步驟2、25周期并網(wǎng)檢測(cè)當(dāng)并網(wǎng)開始時(shí)，由控制單元每25個(gè)周期檢測(cè)一次孤島，其中，前兩個(gè)周期檢測(cè)擾動(dòng)的頻率信號(hào)是否存在，來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生孤島現(xiàn)象，在確定系統(tǒng)正常之后，其他23個(gè)周期用來實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同步鎖相，具體步驟為步驟2. 1、由濾波電路輸出的電流為并網(wǎng)電流，在第1個(gè)周期時(shí)，將并網(wǎng)電流主動(dòng)移相 ΑΘ ；步驟2.1在第2個(gè)周期，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在Afl的相移，若不存在，則說明孤島發(fā)生，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行，否則，進(jìn)入下一止少；步驟2. 3、全橋逆變器輸出的電壓頻率或電流頻率即為并網(wǎng)頻率，強(qiáng)制將該并網(wǎng)頻率與電網(wǎng)頻率保持一致，每次在電網(wǎng)電壓變相的時(shí)候，由控制單元通過電流互感器L8捕獲并網(wǎng)電流，檢測(cè)該并網(wǎng)電流是否存在接近于Afl的相移，若存在，則計(jì)數(shù)一次，當(dāng)在剩余23個(gè)周期內(nèi)成功計(jì)數(shù)50次，認(rèn)為本次鎖相成功，否則，認(rèn)為鎖相失敗，立刻停止并網(wǎng)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無變壓器型的光伏并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括全橋逆變器，前級(jí)直流電壓經(jīng)過全橋逆變器逆變并經(jīng)濾波后得到工頻正弦交流電，逆變工作方式可根據(jù)需要使逆變器工作于并網(wǎng)工作模式或獨(dú)立供電模式，它們之間的切換由控制器通過對(duì)繼電器的控制實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還提供了一種采用上述系統(tǒng)的方法，該方法采用了連續(xù)主動(dòng)檢測(cè)孤島，即每個(gè)周期控制并網(wǎng)逆變器輸出的主動(dòng)擾動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高逆變器的并網(wǎng)質(zhì)量及光伏系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102522770SQ20111039584
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月4日
發(fā)明者孫以澤, 孟婥, 王強(qiáng), 陳玉潔 申請(qǐng)人:東華大學(xué)