主动防孤岛控制方法和相关设备与流程

本技术涉及并网控制，尤其涉及主动防孤岛控制方法和相关设备。

背景技术：

1、随着光伏发电系统、储能变流器、微型逆变器及其他分布式电源大量接入低压配电网，并网逆变器不仅需要完成有功功率输出、电流跟踪和并网同步控制，还需要在公共电网异常或断开时及时停止向电网侧供电，以避免形成非计划孤岛运行状态。孤岛状态可能导致检修安全风险、电压频率失控、保护配合异常以及电网恢复时的冲击问题，因此并网逆变设备通常需要具备孤岛检测及脱网保护功能。

2、主动孤岛检测通常向并网电流的相位或频率引入扰动，并根据并网点的响应判断公共电网是否仍然提供频率支撑。相位扰动按照固定方向连续施加，或者按照固定幅值周期性施加。连续非零相位偏移容易改变并网电流与并网点电压之间的相位关系，并可能引起无功功率波动、功率因数偏移或电流波形畸变。若为了减小上述影响而降低扰动强度，孤岛状态下的频率响应又可能不足。因此，存在难以同时兼顾正常并网状态下的电能质量和孤岛探测能力的问题。

技术实现思路

1、本技术提供主动防孤岛控制方法和相关设备，以解决主动孤岛检测难以同时兼顾正常并网状态下的电能质量和孤岛探测能力的技术问题。

2、第一方面，提供一种主动防孤岛控制方法，包括：获取并网控制基准相位和当前并网频率；在根据当前并网频率确定满足稳态扰动条件的情况下，在稳态扰动周期内，基于窗口扰动策略生成稳态相位扰动量；其中，稳态扰动周期包括多个扰动时间窗，窗口扰动策略包括：在不同的扰动时间窗输出不同类型的相位扰动；将稳态相位扰动量叠加至并网控制基准相位，得到控制参考相位，控制参考相位用于并网闭环控制；其中，稳态扰动周期包括多个子周期，扰动时间窗由连续且相位扰动方向相同或者均为零相位扰动的一个或多个子周期组成；多个子周期包括第一子周期和第二子周期，第一子周期为多个子周期中除最后一个子周期以外的任一子周期，第二子周期为第一子周期的下一子周期；基于窗口扰动策略生成稳态相位扰动量，包括：在第一子周期结束后，获取当前并网频率相对于响应频率基准的稳态频率响应量；根据稳态频率响应量确定第二子周期对应的扰动方向和扰动幅值；根据第二子周期对应的扰动方向和扰动幅值生成第二子周期对应的稳态相位扰动量。

3、通过在多个扰动时间窗中输出不同类型的相位扰动，可以减少单位时间内持续非零相位偏移，并使不同方向的扰动提供互补探测机会；通过在相邻子周期之间获取稳态频率响应量并据此更新扰动方向和扰动幅值，可以把前一子周期的实际频率响应反馈到后一子周期的扰动生成过程，从而形成随系统响应变化的稳态扰动闭环；再通过将稳态相位扰动量叠加至并网控制基准相位形成闭环控制，可以在保留主动探测作用的同时降低正常并网状态下的平均扰动影响，从而改善稳态电能质量与孤岛探测能力之间的平衡。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，多个扰动时间窗包括正向扰动窗口、反向扰动窗口和无扰动窗口，正向扰动窗口被用于输出正向相位扰动，反向扰动窗口被用于输出反向相位扰动，无扰动窗口被用于输出零相位扰动；稳态扰动周期的扰动占空比根据正向扰动窗口和反向扰动窗口的持续时长之和相对于稳态扰动周期的持续时长的比值确定，正向扰动窗口和反向扰动窗口的持续时长之和小于稳态扰动周期的持续时长。

5、通过使正向扰动窗口和反向扰动窗口的持续时长之和小于稳态扰动周期的持续时长，可以限制单位周期内非零相位扰动的累计时长，从而进一步减小正常并网状态下的平均扰动量。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据稳态频率响应量确定第二子周期的扰动方向和扰动幅值包括：在稳态频率响应量大于或等于正向响应阈值的情况下，确定第二子周期对应的扰动方向为正向，并将预设目标扰动幅值作为第二子周期对应的扰动幅值；在稳态频率响应量小于或等于负向响应阈值的情况下，确定第二子周期对应的扰动方向为反向，并将预设目标扰动幅值作为第二子周期对应的扰动幅值，负向响应阈值小于正向响应阈值；在稳态频率响应量大于负向响应阈值且小于正向响应阈值的情况下，将第一子周期对应的扰动方向，作为第二子周期对应的扰动方向，对第一子周期的扰动幅值进行衰减，并将衰减后的扰动幅值作为第二子周期对应的扰动幅值。

7、通过在稳态频率响应量达到正向响应阈值或负向响应阈值时选择对应方向和预设目标扰动幅值，并在稳态频率响应量位于两个阈值之间时衰减扰动幅值，可以在响应明显时强化有效扰动方向、在响应不明显时降低扰动强度，从而兼顾疑似孤岛检测效率和正常并网电能质量。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，多个子周期包括正向扰动子周期和反向扰动子周期，正向扰动子周期为扰动方向为正向的子周期，反向扰动子周期为扰动方向为反向的子周期；正向扰动子周期和反向扰动子周期对应的扰动幅值均大于或等于最小稳态扰动幅值，且小于或等于最大稳态扰动幅值。

9、通过将正向扰动子周期和反向扰动子周期的扰动幅值限制在最小稳态扰动幅值与最大稳态扰动幅值之间，可以在保留基本孤岛探测能力的同时限制功率因数偏移、无功功率波动和电流谐波增加。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，最小稳态扰动幅值根据额定输出功率、功率因数控制目标、允许无功功率范围、滤波器相位补偿量和/或并网电流相位补偿量确定。

11、结合产品功率和相位补偿条件确定最小稳态扰动幅值，可以使稳态扰动幅值与设备功率等级、功率因数控制目标和并网约束相适配。

12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述方法还包括：在根据当前并网频率确定满足快速扰动条件的情况下，进入快速扰动阶段，根据当前并网频率相对于额定频率的偏移方向确定快速扰动方向；根据快速扰动方向和快速扰动幅值生成快速相位扰动量，快速扰动幅值大于稳态扰动周期内的非零扰动幅值；将快速相位扰动量叠加至并网控制基准相位，得到控制参考相位。

13、通过在满足快速扰动条件时沿当前并网频率相对于额定频率的偏移方向施加幅值更大的快速相位扰动，可以利用已经形成的频率偏移趋势加快局部频率向保护阈值移动，从而提高明显疑似孤岛状态下的检测效率。

14、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，快速扰动阶段包括多个快速扰动周期；多个快速扰动周期包括第一快速扰动周期和第二快速扰动周期，第一快速扰动周期为多个快速扰动周期中除最后一个快速扰动周期以外的快速扰动周期，第二快速扰动周期为第一快速扰动周期的下一快速扰动周期；上述方法还包括：获取短时间频率响应量；在短时间频率响应量大于或等于快速扰动响应阈值的情况下，增大第一快速扰动周期的快速扰动幅值，并将增大后的快速扰动幅值作为第二快速扰动周期的快速扰动幅值；在短时间频率响应量小于快速扰动响应阈值的情况下，减小第一快速扰动周期的快速扰动幅值，并将减小后的快速扰动幅值作为第二快速扰动周期的快速扰动幅值。

15、通过根据短时间频率响应量逐周期增大或减小快速扰动幅值，可以使下一快速扰动周期的扰动强度与上一快速扰动周期的实际响应相适配，从而降低固定快速扰动幅值过强或不足的风险。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，上述方法还包括：在根据当前并网频率确定满足快速扰动退出条件的情况下，进入扰动恢复阶段，对快速扰动幅值进行衰减；根据衰减后的快速扰动幅值生成渐退相位扰动量；将渐退相位扰动量叠加至并网控制基准相位，得到控制参考相位。

17、通过在快速扰动退出后逐步衰减快速扰动幅值，并根据衰减后的快速扰动幅值生成渐退相位扰动量，可以避免控制参考相位从较大扰动状态直接跳变至稳态，从而降低电流环瞬态冲击、无功功率跳变和扰动状态抖动风险。

18、第二方面，提供一种主动防孤岛控制装置，包括：相位频率获取模块，用于获取并网控制基准相位和当前并网频率；扰动生成模块，用于在根据当前并网频率确定满足稳态扰动条件的情况下，在稳态扰动周期内，基于窗口扰动策略生成稳态相位扰动量；其中，稳态扰动周期包括多个扰动时间窗，窗口扰动策略包括：在不同的扰动时间窗输出不同类型的相位扰动，多个扰动时间窗对应的相位扰动包括正向相位扰动、反向相位扰动和零相位扰动；相位叠加模块，用于将稳态相位扰动量叠加至并网控制基准相位，得到控制参考相位，控制参考相位用于并网闭环控制；其中，稳态扰动周期包括多个子周期，扰动时间窗由连续且相位扰动方向相同或者均为零相位扰动的一个或多个子周期组成；多个子周期包括第一子周期和第二子周期，第一子周期为多个子周期中除最后一个子周期以外的任一子周期，第二子周期为第一子周期的下一子周期；基于窗口扰动策略生成稳态相位扰动量，包括：在第一子周期结束后，获取当前并网频率相对于响应频率基准的稳态频率响应量；根据稳态频率响应量确定第二子周期对应的扰动方向和扰动幅值；根据第二子周期对应的扰动方向和扰动幅值生成第二子周期对应的稳态相位扰动量。

19、第三方面，提供一种计算机设备，包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式提供的主动防孤岛控制方法。

20、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式提供的主动防孤岛控制方法。