虛擬同步發電機的孤島檢測方法、系統以及微網控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法、系統以及微網控制系統，利用同步發電機的下垂特性，在并網運行時，將逆變器輸出角頻率和電壓作為VSG算法的參考值；當非計劃孤島發生時，采用孤島檢測檢測到孤島現象并給出控制信號切換到孤島運行，并將參考頻率及參考電壓設置為固定值，來保證系統頻率穩定，并在孤島檢測方法中引入正反饋來加快檢測速度，減小檢測盲區；本發明專利技術中并網逆變器通過孤島檢測算法可以快速有效地,到孤島現象并及時切換到孤島運行，實現并網到孤島的柔性切換。

【技術實現步驟摘要】
基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法、系統以及微網控制系統
本專利技術屬于分布式發電微網
，具體涉及一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法、系統以及微網控制系統。
技術介紹
隨著環境問題的日益凸顯與化石能源的逐漸枯竭，新能源發電受到越來越多的關注。在分布式發電基礎上提出的將分布式電源、儲能裝置、電力電子設備及本地負荷等裝置融合而成的一種新的供電方式，即微電網，既可以并網運行，由大電網維持內部電壓和頻率的穩定；當檢測到大電網出現故障時也可轉到孤島運行，電壓與頻率的穩定變為內部的分布式電源支撐。微電網存在的最主要的電能質量問題就是電壓和頻率的偏移問題。基于虛擬同步發電機控制算法的并網逆變器具有電壓源的外特性。通過對微網內負荷功率需求和指令功率之間的偏差，以及電壓和頻率調節環節，可以不斷修正有功和無功指令，以滿足微電網內有功、無功功率的供需平衡，可有效地降低電壓和頻率的偏移問題。但若大電網由于故障或自然因素等原因停止供電時，并網運行的分布式電源若不能及時檢測出孤島現象的發生，不能及時調節功率偏差，那么微網內頻率和電壓將會發生偏移，嚴重影響電能質量。無論是計劃孤島還是非計劃孤島，都需有效的檢測到孤島現象的發生。目前，通常采用主動式和被動式的孤島檢測方法，但主動式檢測方法對輸出電能質量產生影響而被動式檢測盲區大。如何在電網故障發生時，快速檢測到孤島現象并切換到孤島運行，這就亟需本領域技術人員解決相應的技術問題。
技術實現思路
本專利技術針對被動孤島檢測存在較大檢測盲區，傳統主動檢測算法會對輸出電能質量產生影響的問題，提出了一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法、系統以及微網控制系統，當主電網因故障等原因而使并網合閘開關跳閘時，并網逆變器可通過基于虛擬同步發電機技術的孤島檢測算法快速有效地檢測到孤島現象并及時切換到孤島運行，實現并網到孤島的柔性切換，并且通過調節指令功率與負荷功率需求間的偏差維持微電網內電壓和頻率的穩定。本專利技術解決上述技術問題的技術方案如下：一方面，本專利技術提供了一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，所述方法包括：在并網合閘開關跳閘時，虛擬同步逆變器通過孤島檢測算法檢測孤島的發生，并切換到離網狀態進行運行，實現并網到孤島的無縫切換。進一步的，在并網時，孤島檢測算法將參考頻率和參考電壓設置為并網逆變器輸出角頻率和電壓。進一步的，孤島檢測算法時刻檢測逆變器輸出頻率和電壓的偏移差值是否大于預設值，若大于，則檢測到非計劃孤島發生，逆變器切換到孤島狀態運行，孤島檢測算法將參考頻率和參考電壓分別設置為固定值。進一步的，在非計劃孤島發生后，孤島內部產生功率缺額，有功功率和無功功率發生變化，根據下垂特性得到有功功率變化和逆變器輸出頻率之間的關系，進而得到固定的參考頻率值；根據下垂特性得到無功功率變化和逆變器輸出電壓之間的關系，進而得到固定的參考電壓值。進一步的，在孤島檢測算法中引入正反饋，在功率變化接近零時，加入反饋強度系數，加強正反饋作用，使逆變器輸出頻率和電壓快速度發生變化，縮短孤島檢測算法檢測到非計劃孤島發生的時間。另一方面，本專利技術提供了一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測系統，所述系統包括：VSG控制模塊和孤島檢測算法模塊，所述VSG控制模塊和孤島檢測模塊通過控制開關相連；所述孤島檢測算法模塊，用于在并網合閘開關跳閘時，檢測孤島的發生；所述VSG控制模塊，用于在孤島發生時，切換到離網狀態進行運行，實現并網到孤島的無縫切換。進一步的，所述孤島檢測算法模塊，還用于在并網時，將參考頻率和參考電壓設置為并網逆變器輸出角頻率和電壓。進一步的，所述孤島檢測算法模塊，具體用于時刻檢測逆變器輸出頻率和電壓的偏移差值是否大于預設值，若大于，則檢測到非計劃孤島發生，并將參考頻率和參考電壓分別設置為固定值。進一步的，所述VSG控制模塊，具體用于在非計劃孤島發生后，根據下垂特性得到有功功率變化和逆變器輸出頻率之間的關系，進而得到固定的參考頻率值；根據下垂特性得到無功功率變化和逆變器輸出電壓之間的關系，進而得到固定的參考電壓值。進一步的，所述孤島檢測算法模塊，用于在自身中引入正反饋，在功率變化接近零時，加入反饋強度系數，加強正反饋作用，使逆變器輸出頻率和電壓快速度發生變化，縮短檢測到非計劃孤島發生的時間。再一方面，本專利技術提供一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測的微網控制系統，其特征在于，所述系統包括電網、至少一個基于虛擬同步發電機的并網逆變器以及多個負載；電網、至少一個基于虛擬同步發電機的并網逆變器以及多個負載之間均通過靜態開關電連接；每個所述基于虛擬同步發電機的并網逆變器中都包括所述的VSG控制模塊和孤島檢測算法模塊。本專利技術有益效果：本專利技術把基于虛擬同步發電機技術的孤島檢測算法加入VSG控制算法，在外部大電網故障時，可以快速檢測到孤島的發生，并切換到孤島運行，從而可以提高系統供電可靠性并改善電能質量，實現微網運行模式間的柔性切換控制；并且無需加入新的檢測算法，且對輸出電能質量無影響，可實現無盲區檢測，減少檢測所需時間。附圖說明圖1為本專利技術所涉及一種基于虛擬同步發電機技術的逆變器并網運行示意圖；圖2為本專利技術所涉及一種基于虛擬同步發電機技術的并網逆變器控制框圖；圖3為本專利技術涉及的一種基于虛擬同步發電機技術的孤島檢測控制原理圖。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本專利技術，并非用于限定本專利技術的范圍。實施例1、一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法。下面結合圖1至圖3對本實施例提供的方法進行詳細說明。參見圖1至圖3，一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，所述方法包括：在并網合閘開關跳閘時，虛擬同步逆變器通過孤島檢測算法檢測孤島的發生，并切換到離網狀態進行運行，實現并網到孤島的無縫切換。具體的,在并網時，孤島檢測算法將參考頻率和參考電壓設置為并網逆變器輸出角頻率和電壓。即并網時令參考頻率ωn＝ωo和參考電壓un＝uo，其中ωo和uo為并網逆變器輸出角頻率和電壓，受電網電壓箝位，ωo和uo不會有較大波動。孤島檢測算法時刻檢測逆變器輸出頻率和電壓的偏移差值是否大于預設值，若大于，則檢測到非計劃孤島發生，逆變器切換到孤島狀態運行，孤島檢測算法將參考頻率和參考電壓分別設置為固定值。在非計劃孤島發生后，孤島內部產生功率缺額，有功功率和無功功率發生變化，根據下垂特性得到有功功率變化和逆變器輸出頻率之間的關系，進而得到固定的參考頻率值；根據下垂特性得到無功功率變化和逆變器輸出電壓之間的關系，進而得到固定的參考電壓值。具體的，根據IEEEStd.1547對孤島效應最大檢測時間的限制，取電壓正常工作的范圍為：0.88Vn<V<1.1Vn；頻率正常工作的范圍為：fn-0.7<f<fn+0.5；當非計劃孤島發生時，由于電網失電，即電網不再向孤島供入能量，從而使孤島內部產生功率缺額。由同步發電機的下垂特性可知，其輸出電壓的幅值和頻率隨著負載無功和有功功率的變化而變化，當逆變器輸出端電壓對頻率和電壓的箝位作用消失，此時逆變器輸出頻率和電壓會向某一方向偏移，當頻率或電壓偏移超過預設值時，檢測到孤島現象發生；當要進行主動孤島運行，即計劃性孤島運行時，同步逆變器不再采用ωo和uo作為參考頻率和參考電壓，而是將置為一個固定值，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，其特征在于，在并網合閘開關跳閘時，并網逆變器通過虛擬同步發電機的下垂特性來檢測孤島現象的發生，并切換到離網狀態進行運行，實現并網到孤島的無縫切換。

【技術特征摘要】
1.一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，其特征在于，在并網合閘開關跳閘時，并網逆變器通過虛擬同步發電機的下垂特性來檢測孤島現象的發生，并切換到離網狀態進行運行，實現并網到孤島的無縫切換。2.如權利要求1所述的一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，其特征在于，在并網時，將參考頻率和參考電壓設置為并網逆變器輸出角頻率和電壓；時刻檢測逆變器輸出頻率和電壓的偏移差值是否大于預設值，若大于，則檢測到非計劃孤島發生，逆變器切換到孤島狀態運行，將參考頻率和參考電壓分別設置為固定值。3.如權利要求2所述的一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，其特征在于，在非計劃孤島發生后，孤島內部產生功率缺額，有功功率和無功功率發生變化，根據下垂特性得到有功功率變化和逆變器輸出頻率之間的關系，進而得到固定的參考頻率值；根據下垂特性得到無功功率變化和逆變器輸出電壓之間的關系，進而得到固定的參考電壓值。4.如權利要求3所述的一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測方法，其特征在于，還包括在孤島檢測算法中引入正反饋，在功率變化接近零時，加入反饋強度系數，加強正反饋作用，使逆變器輸出頻率和電壓快速度發生變化，縮短孤島檢測算法檢測到非計劃孤島發生的時間。5.一種基于虛擬同步發電機的孤島檢測系統，其特征在于，所述系統包括：VSG控制模塊和孤島檢測算法模塊，所述VSG控制模塊和孤島檢測模塊通過控制開關相連；所述孤島檢測算法模塊，用于在并網合閘開關跳閘時，檢測孤島的發...

【專利技術屬性】
技術研發人員：施凱，焦龍，徐培鳳，葉海涵，孫宇新，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32