变流器控制器,能量转换系统,光伏能量转换系统和方法

摘要

本发明揭示一种能量转换系统，其包括变流器装置，用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量，以及变流器控制器，用于调节输出能量的有功分量和无功分量。该变流器控制器包括孤岛防护模块，其用于接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号，以及将该孤岛扰动信号和扰动补偿信号作用成调节该输出能量中有功分量和无功分量中的任意一者或者全部，以在发生孤岛状况时将该测量的电参数值移出正常范围之外。

说明书

技术领域

本发明公开的实施方式涉及能量转换系统和方法，特别涉及一种对该能量转换系统的孤岛状况进行检测的系统和方法。 

背景技术

发电系统，特别是分布式发电系统(例如，光伏发电系统及风力发电系统等)存在着所谓的“孤岛”运行状况，其是指分布式发电系统在与主电网断开电连接后，仍然持续给电系统的一部分提供电能。“孤岛”状况下运行的发电系统会引发一些安全方面的顾虑。其中一种顾虑是当电网丢失或者脱离连接时，被派送去作安全维修的人员如果没有意识到其进行维修的部分仍在接收发电系统提供的电能时，可能会遭受到安全损害。另外一种顾虑是当电网跳闸时，该电网会失去对发电系统发出的电能的电压和频率的控制，因此，当电网重新恢复时，在电网电压和变流器输出电压之间可能存在比较大的相位差，而大的相位差可能引起较大的冲击电流流向发电系统，从而可能损坏发电系统内的逆变器装置等。 

业界已经发展制定出一些工业标准(例如，IEEE1547以及UL1741)来解决上述安全顾虑。通常，这些工业标准要求发电系统需要具备抗孤岛运行功能，也即，能够通过特别设置的保护机制来检测孤岛运行状况，并且在检测到孤岛运行状况后能够在一定的时间范围内(例如，2秒内)断开发电系统和本地负载之间的连接(或者停止向本地负载供电)。基本而言，现有的孤岛检测方法可以分成两类。第一类为被动式检测方法，其通过被动地检测发电系统输出端的电压或者频率，并在所检测到电压或者频率的测量值超过预设的阈值或者预设的阈值范围时，进行相应的孤岛防护操作。第二类孤岛检测方法为主动式检测方法，其通过主动地给系统引入一个较小的扰动信号(例如，频率扰动信号，有功扰动信号或者无功扰动信号)，然后在正反馈机制地 作用下，将发电系统输出端的电压或者频率移出预设的阈值范围，从而实现孤岛运行的检测。然而，上述两种检测方法均存在着非检测区域(Non-Detection Zone，NDZ)问题。非检测区域一般发生于发电系统和负载之间存在匹配的情形下，并且匹配到一定程度时，不管是用主动式检测方法还是用被动式检测方法都无法检测到孤岛状况。 

因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。 

发明内容

有鉴于上述技术问题，本发明的一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括变流器装置和变流器控制器。该变流器装置被配置成用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量；该变流器控制器与该变流器装置电性连接，该变流器控制器被配置成用于调节输出能量的有功分量和无功分量。该变流器控制器包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接。该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号和扰动补偿信号作用成调节该输出能量中有功分量和无功分量中的任意一者或者全部，以在发生孤岛状况时将该测量的电参数值移出标准范围之外。 

在一些实施方式中，在此提供的能量转换系统中，该孤岛防护模块包括频率变化检测单元，扰动产生单元以及补偿单元。该频率变化检测单元被配置成用于接收该能量转换系统中的锁相环装置所获得的频率信号，并基于该频率信号产生频率变化信号。该扰动产生单元被配置成接收该频率变化信号，并基于该频率变化信号产生该孤岛扰动信号，以将该输出能量的频率值移出正常的频率范围。该补偿单元与该扰动产生单元电性连接，该补偿单元被配置成用于产生该扰动补偿信号，以用于补偿由孤岛扰动信号所引起的非期望的变化量。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该孤岛扰动信号包括无功电流扰动信号或者无功功率扰动信号。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该孤岛扰动信号包括无功电流扰动信号和无功功率扰动信号。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该扰动补偿信号包括q轴电压补偿信号。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该补偿单元还被配置成产生扰动过补偿信号。在发生孤岛状况时，该扰动过补偿信号结合该孤岛扰动信号使得该变流器装置输出端的频率加速移出正常的频率范围。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该孤岛防护模块进一步包括频率变化率检测单元和动态增益调整单元。该频率变化率检测单元被配置成用于基于该频率变化信号产生频率变化率信号；该动态增益调整单元与该频率变化率检测单元电性连接，该动态增益调整单元被配置成基于该频率变化率信号产生对应的动态增益信号。该动态增益信号被作用到该扰动产生单元，以用于动态调整该扰动产生单元所产生的孤岛扰动信号的幅值。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该孤岛防护模块包括电压变化检测单元，扰动产生单元以及补偿单元。该电压变化检测单元被配置成用于接收该能量转换系统中的电压变换单元所获得的电压信号，并基于该电压信号产生电压变化信号。该扰动产生单元被配置成接收该电压变化信号，并基于该电压变化信号产生该孤岛扰动信号，以将该输出能量的电压值移出正常的电压范围。该补偿单元与该扰动产生单元电性连接，该补偿单元被配置成用于产生该扰动补偿信号，以用于补偿由孤岛扰动信号所引起的非期望的变化量。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该扰动补偿信号包括d轴电压补偿信号。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该补偿单元还可以被配置成产生扰动过补偿信号。在发生孤岛状况时，该扰动过补偿信号结合该孤岛扰动信号使得该变流器装置输出端的电压加速移出正常的电压范围。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该孤岛防护模块进一步包括电压变化率检测单元和动态增益调整单元。该电压变化率检测单元被配置成用于基于该电压变化信号产生电压变化率信号。该动态增益调整单元与该电压变化率检测单元电性连接，该动态增益调整单元被配置成基于该电压变化率信号产生对应的动态增益信号，该动态增益信号被作用到该扰动产生单元，以用于动态调整该扰动产生单元所产生的孤岛扰动信号的幅值。 

本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括变流器装置和变流器控制器。该变流器装置被配置成用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量；该变流器控制器与该变流器装置电性连接，该变流器控制器被配置成用于调节输出能量的有功分量和无功分量。该变流器控制 器包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的频率变化信号和频率变化率信号，并至少根据该测量的频率变化信号和频率变化率信号产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。 

本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括变流器装置和变流器控制器。该变流器装置被配置成用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量；该变流器控制器与该变流器装置电性连接，该变流器控制器被配置成用于调节输出能量的有功分量和无功分量。该变流器控制器包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电压变化信号和电压变化率信号，并至少根据该测量的电压变化信号和电压变化率信号产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。 

本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括变流器装置和变流器控制器。该变流器装置被配置成用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量；该变流器控制器与该变流器装置电性连接，该变流器控制器包括第一控制回路和第二控制回路，该第一控制回路被配置成用于调节该输出能量的有功分量，该第二控制回路被配置成调节该输出能量的无功分量。该变流器控制器还包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号，该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号作用到该第二控制回路，以对该输出能量的无功分量作扰动。该孤岛防护模块还被配置成将该扰动补偿信号作用到该第二控制回路，对该第二控制回路产生的电压指令作补偿，以在作用该孤岛扰动信号时维持该第一控制回路的有功分量保持稳定。 

本发明的另一个方面在于提供一种能量转换系统。该能量转换系统包括变流器装置和变流器控制器。该变流器装置被配置成用于将能量源提供的输入能量转换成输出能量；该变流器控制器与该变流器装置电性连接，该变流器控制器包括第一控制回路和第二控制回路，该第一控制回路被配置成用于调节该输出能量的有功分量，该第二控制回路被配置成调节该输出能量的无功分量。该变流器控制器还包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器 装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号作用到该第一控制回路，以对该输出能量的有功分量作扰动，该孤岛防护模块还被配置成将该扰动补偿信号作用到该第一控制回路，对该第一控制回路产生的电压指令作补偿，以在作用该孤岛扰动信号时维持该第二回路的无功分量保持稳定。 

本发明的另一个方面在于提供一种变流器控制器，其被配置成用于控制变流器装置执行能量转换操作。该变流器控制器包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号，该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号和扰动补偿信号作用成调节该输出能量中有功分量和无功分量中的任意一者或者全部，以在发生孤岛状况时将该测量的电参数值移出标准范围之外。 

本发明的另一个方面在于提供一种变流器控制器，其被配置成用于控制变流器装置执行能量转换操作。该变流器控制器包括第一控制回路和第二控制回路，该第一控制回路被配置成用于调节该变流器装置提供的输出能量的有功分量，该第二控制回路被配置成调节该变流器装置提供的输出能量的无功分量。该变流器控制器还包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号作用到该第二控制回路，以对该输出能量的无功分量作扰动，该孤岛防护模块还被配置成将该扰动补偿信号作用到该第二控制回路，对该第二控制回路产生的电压指令作补偿，以在作用该孤岛扰动信号时维持该第一控制回路的有功分量保持稳定。 

本发明的另一个方面在于提供一种变流器控制器，其被配置成用于控制变流器装置执行能量转换操作。该变流器控制器包括第一控制回路和第二控制回路，该第一控制回路被配置成用于调节该变流器装置提供的输出能量的有功分量，该第二控制回路被配置成调节该变流器装置提供的输出能量的无功分量。该变流器控制器还包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该变流器 装置的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该变流器装置输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号作用到该第二控制回路，以对该输出能量的无功分量作扰动。该孤岛防护模块还被配置成将该扰动补偿信号作用到该第二控制回路，对该第二控制回路产生的电压指令作补偿，以在作用该孤岛扰动信号时维持该第一控制回路的有功分量保持稳定。 

本发明的另一个方面在于提供一种用于对能量转换系统进行孤岛检测的方法。该方法至少包括如下步骤：接收该能量转换系统输出端所测量到的电参数；至少基于该电参数产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号；作用该孤岛扰动信号，以在发生孤岛状况时将该电参数移出正常范围之外；以及作用该扰动补偿信号，以补偿由孤岛扰动信号所引起的非期望的变化量。 

本发明的另一个方面在于提供一种用于对能量转换系统进行孤岛保护的方法。该方法至少包括如下步骤：接收该能量转换系统输出端所测量到的电参数；至少基于该电参数产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号；作用该孤岛扰动信号，以在发生孤岛状况时将该电参数移出正常范围之外；作用该扰动补偿信号，以补偿由孤岛扰动信号所引起的非期望的变化量；以及当该输出端所测量到的电参数被判断为超出该正常范围时，使该能量转换系统停止输出能量。 

本发明的另一个方面在于提供一种光伏能量转换系统。该光伏能量转换系统包括直流母线，光伏变流器以及光伏控制器。该直流母线被配置成用于接收光伏能量源提供的直流电能。该光伏变流器被配置成将该直流母线处的直流电能转换成交流电能。该光伏控制器包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该光伏变流器的输出端电性通信连接，该孤岛防护模块被配置成接收该光伏变流器输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号，该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号和扰动补偿信号作用成在发生孤岛状况时将该测量的电参数值移出标准范围之外。 

在一些实施方式中，在提供的能量转换系统中，该光伏能量转换系统还包括最大功率点追踪装置，该最大功率点追踪装置被配置成基于在该光伏能量源处测量到的光伏电压信号和光伏电流信号产生直流电压参考信号。其中，在发生孤岛状况时，该孤岛扰动信号旁路该直流电压参考信号。 

本发明的另一个方面在于提供一种光伏能量转换系统。该光伏能量转换系统包括直流母线，光伏变流器以及光伏控制器。该直流母线被配置成用于接收光伏能量源提供的直流电能。该光伏变流器被配置成将该直流母线处的直流电能转换成交流电能。该光伏控制器包括d轴控制回路和q轴控制回路，该d轴控制回路被配置成调节该光伏变流器输出端交流电能中的有功分量，该q轴控制回路被配置成调节该光伏变流器输出端交流电能中的无功分量。该光伏控制器还包括孤岛防护模块，该孤岛防护模块与该光伏变流器的输出端电性通信连接。该孤岛防护模块被配置成接收该光伏变流器输出端所测量到的电参数值，并至少根据该测量的电参数值产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛防护模块还被配置成将该孤岛扰动信号作用到该d轴控制回路，以对该输出能量的有功分量作扰动。该孤岛防护模块还被配置成将该扰动补偿信号作用到该d轴控制回路，对该d轴控制回路产生的电压指令作补偿，以在作用该孤岛扰动信号时维持该q轴控制回路的无功分量保持稳定。 

本发明提供的能量转换系统，变流器控制器，光伏能量转换系统，孤岛运行检测方法，以及孤岛运行保护方法等，通过主动地引入孤岛扰动信号对能量转换系统输出端的目标电参数进行扰动，以方便对该能量转换系统的孤岛运行状况进行检测，并且在引入孤岛扰动信号的过程中，通过扰动补偿信号动态地对孤岛扰动信号所引发的非期望的变化量进行补偿，使得孤岛扰动信号更加有效地对目标电参数进行扰动，以快速准确地检测出孤岛运行状况。此外，在扰动信号的作用过程中，还可以通过过补偿机制，加速目标电参数的移动，以缩短孤岛检测时间。进一步，还可以通过动态增益调整机制，动态调整孤岛扰动信号的幅值，以加速孤岛检测过程并维持系统稳定。 

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中： 

图1所示为能量转换系统的一种实施方式的模块示意图； 

图2所示为配置有改进的孤岛防护模块的光伏能量转换系统的一种实施方式的模块示意图； 

图3所示为图2所示的孤岛防护模块的一种实施方式的详细模块示意图； 

图4所示为图3所示的电流调节器和动态补偿单元的一种实施方式的详细模块示意图； 

图5所示为图3所示的电流调节器和动态过补偿单元的一种实施方式的详细模块示意图； 

图6所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图7所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图8所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图9所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图10所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图11所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图12所示为图11所示的电流调节器和动态补偿单元的一种实施方式的详细模块示意图； 

图13所示为图11所示的电流调节器和动态过补偿单元的一种实施方式的详细模块示意图； 

图14所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图15所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图16所示为图2所示的孤岛防护模块的另一种实施方式的详细模块示意图； 

图17所示为配置有改进的孤岛防护模块的光伏能量转换系统的另一种实施方式的模块示意图；以及 

图18所示为孤岛运行检测或者保护方法的一种实施方式的流程图。 

具体实施方式

本发明揭露的一个或者多个实施方式涉及能量转换系统，特别涉及主动式孤岛检测方法以及可以执行该主动式孤岛检测方法的能量转换系统，以进 行孤岛状况的检测和保护。在这里所谓的“主动式孤岛检测方法”是指通过有意或者人为地引入或者注入一个较小的扰动量到系统的控制结构中，打破系统的平衡状况，迫使能量转换系统输出端的一个或者多个目标电参数发生变化，以利于发现或者检测出系统的孤岛运行状况，并对系统以及负载提供保护。进一步，在主动式孤岛检测方法的基础上，本发明提出一种“孤岛扰动补偿机制”或者“孤岛扰动补偿算法”或者“孤岛扰动补偿方法”，通过执行该“孤岛扰动补偿机制，算法或者方法”可以有效地消除或者减小通常存在于传统的能量发电系统，例如有本地负载连接的分布式发电系统中的非检测区。在这里提及的“孤岛扰动补偿机制，算法或者方法”是指一种控制机制或者控制算法，其可以在执行的过程中基于孤岛扰动信号产生相应的扰动补偿信号，并将该扰动补偿信号作用到系统的控制回路，以消除，抵消或者减小由于作用孤岛扰动信号所引发的非期望的变化量。例如，该非期望的变化量可以是非期望的有功变化量，该非期望的有功变化量可能是由于在例如q轴控制回路引入无功电流或者无功功率扰动信号后，而在d轴控制回路产生的。在传统的能量转换系统或者分布式发电系统中，如果不对该非期望的变化量作补偿的话，该非期望的变化量会在反方向上减缓孤岛扰动信号对目标电参数的扰动，从而使得孤岛扰动的检测变得不是那么地有效。在这里提及的“孤岛扰动信号”也可以称作微扰信号，其是一个小信号，被引入或者注入到系统的控制回路中，在不影响正常发电过程输出电能质量的前提下，改变能量转换系统输出端的一个或者多个电参数(例如，电压，频率，相位，阻抗，谐波，有功功率和/或无功功率等)，从而在电网脱离能量转换系统时更容易地检测出孤岛状况。 

在一些实施方式中，通过该“孤岛扰动补偿机制”产生并作用的扰动补偿信号，可以恰恰好抵消或者消除由于孤岛扰动信号所引起的非期望变化量。在其他实施方式中，该扰动补偿信号可以通过特定的方式产生并作用，其不但消除非期望的变化量，而且可以对目标电参数的移动起到正反馈作用，也即，与孤岛扰动信号的扰动效果保持一致，加速目标电参数的移动，以使得目标电参数能更快速地移出正常的阈值范围，这样的补偿方式也可以称为“孤岛扰动过补偿机制”。 

进一步，在一些实施方式中，作为可以替换的方式或者在上述描述的“孤岛扰动补偿机制”的基础上，该能量转换系统还可以执行“动态增益调整机制”，以在电网脱离连接时，更快速的检测出孤岛运行状况。在此所谓的“动态增益 调整机制”是指在孤岛扰动信号的产生过程中，依据所观察的目标电参数的变化率作用一个动态的或者可调整的增益值。在此提及的“动态或者可调整的增益值”可以为一个连续的变量(也即，一个增益值对应一个目标电参数变化率值)，也可以为一个非连续的变量(也即，一个增益值对应一段目标电参数变化率值或者对应多个目标电参数变化率值)。举例而言，在早期阶段注入孤岛扰动信号时，目标电参数的变化率可能比较小，此时可以作用一个相对较大的增益值，以加速目标电参数的偏移；而在中期或者后期阶段注入孤岛扰动信号时，由于在正反馈的作用下该目标电参数的变化率可能相对较大，此时可以适当减小增益值，以维持系统的稳定。 

通过执行本发明所提出的“孤岛扰动补偿机制”进行孤岛运行状况的检测和保护，本发明至少可以取得减小非检测区的技术优点或者技术效果。通过减小非检测区，可以使得孤岛检测变得更加可靠和准确，也可以给执行安全维修的人员提供更好的安全保障，同时也可以避免由于电网恢复逆变器装置所遭受的冲击损害。此外，由于通过执行“孤岛扰动补偿机制”可以消除或者减小非期望的变化量，因此可以引入相对较小的扰动信号进行孤岛检测，以取得减小扰动信号对系统影响的技术效果。进一步的技术效果或者技术优点为：通过执行扰动过补偿机制，或者动态增益调整机制，或者其结合，可以缩短孤岛状况的检测时间。 

以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。 

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本 说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”或者“电路系统”以及“控制器”等可以包括单一组件或者由多个主动元件或者被动元件直接或者间接相连的集合，例如一个或者多个集成电路芯片，以提供所对应描述的功能。 

图1所示为本发明揭示的能量转换系统10的一种实施方式的概略模块示意图。在图示的实施方式中，该能量转换系统10大致包括变流器装置14，该变流器装置14被配置成将从能量源12获得的第一电能121转换成第二电能141，并将该第二电能141提供给负载19和/或电网16。该第一电能121可以为直流电能，例如，该直流电能可以通过例如光伏面板等装置产生；该第一电能121也可以为交流电能，例如，该交流电能可以通过例如风力涡轮机等装置产生。在其他实施方式中，该用于提供第一电能121的能量源12可以为任意类型的分布式发电装置，包括但不限于，燃料电池，蓄电池，微型涡轮机，水力涡轮机，潮汐能涡轮机等。当第一电能121为直流电能时，该变流器装置14可以被配置成单级的变流器结构或者双级的变流器结构(例如，直流-交流变流器和交流-直流变流器)，其在运作时可以将直流电能转换成具有特定电压和频率的交流电能，以供电网16输送，和/或供本地负载19消耗。当第一电能121为交流电能时，该变流器装置14也可以被配置成单级的变流器结构或者双级的变流器结构(例如，交流-直流变流器和直流-交流变流器)，其在运作时可以执行交流至交流的变换操作，以提供合适电压和频率的交流电能供电网16输送，和/或供本地负载19消耗。 

在图示的实施方式中，该能量转换系统10还可以包括变流器控制器18，该变流器控制器18可以被配置成与该变流器装置14的输出端通信连接，以接收在该变流器装置14的输出端所测量到的一个或者多个电参数值(例如，电压，频率，相位，阻抗，谐波，有功功率，和/或无功功率)，该等电参数可以通过一个或者多个传感器(图1中未示出)测量得到或者通过测量的数 据计算得到。在一些实施方式中，可以在变流器装置14和电网16之间连接线路上任意选择一点来测量该等电参数。特别地，在特定的实施方式中，可以选择一般被称为公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)的位置143来进行电参数的测量。在获得所测量到的电信号142之后，结合一个或者多个指令或者参考信号，该变流器控制器18可以执行一个或者多个控制算法或者控制机制，并基于执行结果发送控制信号182(例如，控制变流器装置14内半导体开关器件的开关信号)给变流器装置14，控制变流器装置14的运作，进而对变流器装置14输出端的一个或者多个电参数值进行调节。更具体而言，该变流器控制器18可以被配置成执行第一控制机制(例如，d轴控制回路)，以调节变流器装置14输出端的有功功率，或者调节变流器装置14输入端直流母线处的直流电压。该变流器控制器18还可以被配置成执行第二控制机制(例如，q轴控制回路)，以调节变流器装置14输出端的无功功率。在特定的实施方式中，该第一控制机制和该第二控制机制可以进行解耦控制，以实现对有功功率和无功功率的独立控制。 

请继续参阅图1，该变流器控制器18可以包括孤岛检测模块或者孤岛防护模块180，该孤岛防护模块180可以被变流器控制器18执行，以在电网跳闸或者与能量转换系统10断开电连接时，检测能量转换系统10的孤岛运行状况，并且在确定能量转换系统10确实运行在孤岛状况时，中断向负载19和/或电网16的能量供给。在具体的实施方式中，该孤岛防护模块180可以体现为一段计算机程序，该计算机程序可以包括若干条可被计算机执行的程序指令，并且该程序指令可以被存储在非瞬时(non-transitory)的存储装置内，以供读取和执行；该孤岛防护模块180也可以体现为一块硬件电路，该硬件电路可以包括多个相互连接的电子器件，其同样被配置成执行孤岛检测功能并提供相应的保护功能。在图示的实施方式中，该孤岛包括模块180可以像其他第一控制机制和第二控制机制一样，被设置在变流器控制器18内部执行，而形成一个单一的装置。在其他实施方式中，该孤岛防护模块180应当也可以被设置成相对变流器控制器180独立的装置。 

请继续参阅图1，在一种实施方式中，图1所示的孤岛防护模块180还被配置成产生孤岛扰动信号和扰动补偿信号。该孤岛扰动信号可以根据在变流器装置14输出端所测量到的一个或者多个电参数的变化量(例如，频率变化和/或电压变化)来产生，且该孤岛扰动信号可以作用在变流器控制器18 内的控制回路内，以改变该控制回路中的一个或者多个指令信号或者参考信号，从而改变该变流器装置14输出端的一个或者多个电参数值，以方便孤岛运行状况的检测。举例而言，该孤岛扰动信号可以为q轴无功电流扰动信号，其被用来修改无功电流的指令信号，进而改变输出的无功功率，从而引起输出的频率发生变化。然而，由于受控制回路之间的交叉耦合机制的影响，例如，在d轴控制回路和q轴控制回路之间的交叉耦合影响，注入的q轴无功电流扰动信号会同时引起变流器装置14输出的有功功率发生变化，该非期望的有功功率变化使得输出的频率变化不能达到期望的数值，因而使得扰动变得不够有效。为解决这一问题，在一种实施方式中，在注入孤岛扰动信号的过程中，同时产生一个扰动补偿信号，并将该扰动补偿信号以一定的方式作用在变流器控制18内的控制回路中，以尽量避免或者降低由于孤岛扰动信号例如无功电流扰动信号所引发的有功功率变动。当然，在其他实施方式中，该扰动补偿信号也可以通过特定的方式产生并作用到变流器控制器18内的控制回路中，例如，该扰动补偿信号可以为过补偿信号，该过补偿信号以与孤岛扰动信号相同的作用方式对目标电参数进行扰动，在正反馈的作用下，快速地将目标电参数扰出正常阈值范围，以实现孤岛运行状况的检测。 

图2所示为本发明揭示的光伏能量转换系统20的一种实施方式的模块示意图。虽然，在该实施方式中，光伏能量转换系统20被作为特定的例子，来对本发明涉及的改进的孤岛检测方法或者算法进行详细描述，但是，不应当因此而将本发明的保护范围仅限定在光伏领域，对本领域具有通常知识的人员来讲，将此揭露的改进的孤岛检测方法或者算法应用到其他类型的能量转换系统或者分布式发电系统中，例如燃料电池发电系统，风力发电系统以及水力或者潮汐能发电系统中，应当也是可行的。如图2所示，该光伏能量转换系统20大致包括光伏变流器装置24，该光伏变流器装置24被配置成将由光伏能量源22提供的直流电能转换成具有适当电压和频率的交流电能，以供电网34输送，和/或供本地负载36消耗。在一种实施方式中，该光伏能量源420可以包括一个或者多个光伏阵列，其中每一个光伏阵列又包括相互连接在一起的多个光伏单元，以用于根据光电效应将太阳辐射能转换成直流电能。 

在一种实施方式中，图2所示的该光伏变流器装置24基于两级式的架构，其包括光伏侧变流器26(也即靠近光伏能量源22侧的变流器)和网侧变流器32(也即靠近电网34侧的变流器，也称作网侧逆变器)。该光伏侧变流器 26可以包括直流-直流变流器，例如升压型直流-直流变流器，其可以升高由光伏电源22转换输出的直流电压，并将升高后的直流电压提供给直流母线28。该直流母线28可以包括一个或者多个电容器，用以将直流母线28的直流电压的电压值维持在特定的数值，从而可以控制从直流母线28到电网34的能量流动。该网侧变流器32可以包括直流-交流变流器，用以将直流母线28处的直流电压转换成适合交流电网34输送的交流电压。为方便描述，图2所示的光伏能量转换系统20仅仅示出了连接在网侧变流器32和电网34之间的一条连接线，以用于示例性地表示单相的电流信号和电压信号的测量。可以理解的是，在此揭露的光伏能量转换系统20可以应用到具有多种连接方式的场合，包括但不限于三相连线系统和/或多相连线系统。此外，在该网侧变流器32和电网34之间还可以进一步包括网侧滤波装置154。该网侧滤波器154包括一个或者多个容性元件和感性元件，用以滤除从网侧变流器32输出的交流电流或者交流电压中的谐波分量。虽然未在图2中作进一步之示意，该光伏能量转换系统20应当还可以根据实际的应用包括一个或者多个其他元件，包括但不限于，变压器，接触器，断路器等，该等元件可以被配置并连接在该网侧变流器32和电网34之间。 

在一种实施方式中，图2所示的光伏能量转换系统20进一步包括光伏变流器控制系统38，该光伏变流器控制系统38通过执行特定的控制机制或者控制算法，基于各种反馈信号以及指令信号，控制网侧变流器32的运作。更具体而言，该光伏变流器控制系统38包括电流变换单元164，该电流变换单元164接收由电流传感器152(放置在网侧变流器32和负载36或者电网34之间)所测量的电流信号162。在一种实施方式中，该电流变换单元164执行静止坐标系统至旋转坐标系下的坐标变换操作，将测量的电流信号162变换成旋转坐标系下的d轴电流信号216和q轴电流信号218。该d轴电流信号216和q轴电流信号218被传送给电流调节器208以对电流进行调节。 

在一种实施方式中，图2所示的该光伏变流器控制系统38还包括电压变换单元166，该电压变换单元166具有与电流变换单元164相类似的结构，并执行相应的电压变换操作。在可替换的实施方式中，也可以配置单一的变换单元，使其同时执行电压和电流的坐标变换操作。该电压变换单元166接收由电压传感器156(放置在网侧变流器32和负载36或者电网34之间)所测量的电压信号158。在一种实施方式中，该电压变换单元166执行静止坐 标系统至旋转坐标系下的坐标变换操作，将测量的电压信号158变换成旋转坐标系下的d轴电压信号175和q轴电压信号174。关于静止坐标系统至旋转坐标系下的坐标变换操作的详细细节，已为本领域具有一般知识的人员所熟知，因此在本实施方式将不对其作详细描述。 

在图2所示的实施方式中，由电压变换单元166所产生的q轴电压信号174被传送给锁相环装置168，以用于产生频率信号或者角频率信号176。锁相环装置168一般用来追踪电网的频率和相位，其可以通过传统的硬件或者软件装置来执行，因此关于锁相环装置168的详细结构在本实施方式中也不作详细描述。在图示的实施方式中，该d轴电压信号175和频率信号176被传送给孤岛防护模块172(与上文结合图1所描述的孤岛防护模块180相类似)。在一种实施方式中，该d轴电压信号175和频率信号176是反映输出端电参数的两种，其被特别用来评估光伏能量转换系统20是否运行在孤岛状态。举例而言，当所评估的电参数超过预设的正常范围阈值(例如，超过上限阈值，或者低于下限阈值)时，则认为该光伏能量转换系统20已经处于孤岛运行状态。在其他实施方式中，除了频率信号和电压信号之外，其他类型的参数信号，例如相位，阻抗，谐波等也可以被用来单独或者结合在一起评价该光伏能量转换系统20是否运行在孤岛状态。在一种实施方式中，当该频率信号176和该d轴电压信号175被判定为并未违反预设的孤岛运行规则时，也即，该频率信号176和该d轴电压信号175处于预设的正常阈值范围之内，该孤岛防护模块172可以被配置成根据该频率信号176或者该d轴电压信号175或者该两种信号的结合来产生孤岛扰动信号178以及扰动补偿信号184。一旦判断出光伏能量转换系统20运行在孤岛状态时，可以启动孤岛保护功能，将负载36和/或电网34与光伏能量转换系统20相隔离。 

在一种实施方式中，该孤岛防护模块172产生的孤岛扰动信号178以及扰动补偿信号184被作用到第一控制机制185或者第二控制机制187中。更具体而言，该第一控制机制185包括d轴控制回路，该第二控制机制187包括q轴控制回路。该d轴控制回路185包括直流电压调节器194，其被配置成接收通过直流电压传感器186测量到的直流电压反馈信号188以及代表期望在直流母线28处所获得的直流电压的直流电压指令信号192。该直流电压调节器194根据该直流电压反馈信号188和该直流电压指令信号192产生d轴电流指令信号196。该q轴控制回路187包括电压-无功调节器198，其被 配置成接收代表在网侧变流器32输出端所期望获得的无功功率的无功指令信号204以及无功反馈信号202，并对接收的信号作调节，以产生q轴电流指令信号206。在此提及的无功反馈信号202可以根据上述测量获得的电流信号162和电压信号158计算得到。 

在图2所示的实施方式中，该第一控制回路185和该第二控制回路187与电流调节器208连接，该电流调节器208被配置成接收直流电压调节器194提供的d轴电流指令信号196，电压-无功调节器198提供的q轴电流指令信号206，以及电流变换单元164提供的d轴电流反馈信号216和q轴电流反馈信号218。该电流调节器208根据接收的d轴和q轴电流反馈信号以及指令信号，进行电流调节，以产生d轴电压指令信号212和q轴电压指令信号214。该d轴电压指令信号212和q轴电压指令信号214被提供给坐标变换和调制单元138，根据锁相环装置168提供的频率信号176，该坐标变换和调制单元138将所接收的d轴电压指令信号212和q轴电压指令信号214从d-q参考坐标系旋转回静止坐标系下的电压信号，并且使用变换后的信号对载波信号进行调制，以产生供网侧变流器32使用的控制信号182。为了简化，图2使用单一的模块138示出了坐标变换功能和调制功能，在其他实施方式中，可以使用两个模块分别实现这两个功能。以下将详细描述孤岛防护模块172如何产生孤岛扰动信号178和扰动补偿信号184，以及如何将该孤岛扰动信号178和扰动补偿信号184作用到控制回路185和187中。 

图3至图10示出了图2所示的孤岛防护模块172的几个实施方式，其中，该孤岛防护模块172所产生的孤岛扰动信号178被作用到q轴控制回路或者无功控制回路187中，该扰动补偿信号184被作用成消除或者减轻由于注入孤岛扰动信号178所引起的负面影响。 

图3所示为图2所示的孤岛防护模块172的一种实施方式的详细模块示意图。在图示的实施方式中，该孤岛防护模块172包括频率变化检测单元222以及扰动产生单元226。该频率变化检测单元222与该锁相环装置168相连接，以接收该锁相环装置168所产生的频率信号176。在一种实施方式中，该频率变化单元222被配置成判断该接收的频率信号176是否偏离正常的频率值(例如，60Hz或者50Hz)。更具体而言，该频率变化检测单元222可以将该频率信号176和正常的频率值相比较，并得出频率偏差信号224。在一种实施方式中，该频率偏差信号224被提供给扰动产生单元226，以产生电 流扰动信号228。 

在一种实施方式中，该电流扰动信号228包括q轴电流扰动信号228，该q轴电流扰动信号228可以通过对由频率变化检测单元222所提供的频率偏差信号作用一个合适的增益来产生。该q轴电流扰动信号228被作用到q轴控制回路187中，以修改q轴电流指令信号238。在图3所示的实施方式中，该q轴电流扰动信号228经第一限幅单元232进行幅值限制。该限制的q轴电流扰动信号228然后被提供给求和元件236，以修改q轴电流指令信号238，并得到修改的或者扰动后的q轴电流指令信号242。在另外一种实施方式中，也可以使用非限制的q轴电流扰动信号228来修改或者扰动q轴电流指令信号238。该修改的q轴电流指令信号242被第二限幅单元244进行幅值限制后，被传送给电流调节器208，以进行电流调节。在可替换的实施方式中，该修改的q轴电流指令信号242也可以直接送给电流调节器208进行电流调节，并产生d轴电压指令信号212和q轴电压指令信号214。 

请继续参阅图3，在一种实施方式中，该孤岛防护模块172进一步包括扰动补偿单元248，以用于产生扰动补偿信号252。该扰动补偿信号252用于补偿由于引入q轴电流扰动信号228或者234，在d轴控制回路185所出现的非期望的变化。在不存在扰动信号或者稳态情形下，网侧变流器32输出端的有功功率和无功功率可以通过如下的公式表达： 

P_inv＝1.5(V_dI_d+V_qI_q)        公式(1)， 

Q_inv＝1.5(V_qI_d-V_dI_q)        公式(2)， 

其中，在公式(1)和公式(2)中，V_d和V_q分别为输出电压在d-q旋转坐标系下的d轴电压分量和q轴电压分量，I_d和I_q分别为输出电流在d-q旋转坐标系下的d轴电流分量和q轴电流分量，V_inv和Q_inv分别为网侧变流器32输出的有功功率和无功功率。根据公式(2)可以，在q轴电流指令信号238的基础上叠加一个小的电流扰动ΔI会引起网侧变流器32输出的无功功率发生变化。另外，无功功率也可以通过如下的公式(3)来表达： 

$Q_{\mathrm{inv}}={V_{\mathrm{inv}}}^2(\frac{1}{\mathrm{\omega L}}-\mathrm{\omega C})$公式(3)， 

其中，V_inv为网侧变流器32的输出电压，ω为网侧变流器32的输出频率，L和C分别为与网侧变流器32连接的本地负载的电感值和电容值。根据公式(3)，无功功率的变化会引起网侧变流器32的输出产生频率变化Δω，该频率变化Δω被进一步用来产生电流扰动ΔI，该电流扰动具有与频率变化相同的符号，如此使扰动以正反馈的方式运作，从而各次的频率变化在一个方向上得以持续的累积，最终使得输出的频率被扰出正常的频率范围之外。在一种实施方式中，该正常的范围被设置成具有一个上限值和一个下限值。在可替换的实施方式中，对其他一些电参数而言，该正常的范围可以仅具有一个上限值或者仅具有一个下限值。在正常运作中，当电网34与网侧变流器32连接时，由于电网的频率足够稳定以将输出的频率基本维持不变或者仅仅有小伏的波动但不会触发孤岛保护相关的动作，因此孤岛扰动信号所引起的频率扰动会由于电网的调节作用，而不会在一个方向上持续累积，从而不影响正常的电能输出。然而，当电网跳闸或者与光伏能量转换系统20失去电连接时，电网失去对光伏能量转化系统20输出频率的控制，因此，通过注入电流扰动ΔI而引发的频率变化Δω会持续累积，从而可以最终将输出频率移出正常的频率范围之外。在此情形下，可以检测出孤岛运行状况，并且可以启动相应的操作，例如，开启连接在网侧变流器装置32和本地负载36之间的开关，将本地负载36与网侧变流器装置32隔离开来，或者将网侧变流器装置32关闭，以切断向本地负载36的能量供给。 

由公式(3)，在作用电流扰动信号时，比较理想的状况是维持网侧变流器32输出端的电压保持不变，以使得无功功率仅与频率有关联。然而，当不对所作用的孤岛扰动信号引起的非期望变化量作任何补偿时，常常事与愿违。更具体而言，当q轴电流扰动信号228或者234被作用到q轴控制回路时，该网侧变流器32输出端的有功功率可以表述如下： 

P_{inv_dis}＝P_inv+ΔP       公式(4)， 

ΔP＝1.5(I_q+ΔI_q)ΔV_q    公式(5)， 

其中，在公式(4)和公式(5)中，ΔI_q为q轴电流扰动信号，ΔV_q为作用q轴电流扰动信号ΔI_q所引起的q轴电压变化，P_{inv_dis}为网侧变流器32输出端在扰动后的有功功率，ΔP为作用q轴电流扰动信号ΔI_q所引起的有功功率变化。 从公式(4)和(5)可以看出，引入q轴电流扰动信号，不仅使输出的无功功率发生变化，同时会引起不期望的有功功率变化。由于有功功率也可以表述如下： 

$P_{\mathrm{inv}}=\frac{{V_{\mathrm{inv}}}^2}{R}$公式(6)， 

其中，在公式(6)中，V_inv为网侧变流器32输出端的输出电压，R为与网侧变流器32输出端相连的本地负载的电阻值。为了解决上述非期望的有功功率变化问题，在一种实施方式中，由注入的q轴电流扰动信号228所引起的有功功率变化可以通过作用一个电压补偿信号，使得最终的q轴电压变化ΔV_q变为零。因此，该网侧变流器32输出端的输出频率可以更有效地通过引入q轴电流扰动信号加以改变，而不受非期望的有功功率的影响。 

在一种实施方式中通过该扰动补偿单元248产生的该扰动补偿信号252包括q轴电压补偿信号252。在一种实施方式中，该q轴电压补偿信号252通过限幅元件254进行幅值限制，并且该经过幅值限制的电压信号256被传送给求和元件258。该求和元件258将q轴电压指令信号214和q轴电压补偿信号256相加，以产生补偿后的q轴电压指令信号262。 

请进一步参阅图4，其所示为至少包括图3所示的动态补偿单元248和电流调节器208的元件在内的一种实施方式的模块示意图。该电流调节器208包括d轴电流调节器227，其被配置成根据d轴电流偏差信号225进行调节，以产生d轴电压指令信号229，其中，该d轴电流偏差信号225由求和元件223通过将d轴电流指令信号196与d轴电流反馈信号216相减而得到。该d轴电压指令信号229被传送给求和元件230，并被求和元件230用来与至少由q轴电流反馈信号218和阻抗235所计算得到的电压信号231相减，以产生d轴电压指令信号233。该电流调节器208进一步包括q轴电流调节器，其被配置成根据q轴电流偏差信号239进行调节，以产生q轴电压指令信号243，其中，该q轴电流偏差信号239由求和元件237通过将q轴电流指令信号206和q轴电流扰动信号228或者234的结合与q轴电流反馈信号218相减而得到。该q轴电压指令信号243被传送给求和元件258，该求和元件258接收至少由d轴电流反馈信号216和阻抗247计算得到的电压信号249，还 接收q轴电压补偿信号259，并对接收的信号求和，得到补偿后的q轴电压指令信号251。 

在图4所示的实施方式中，该动态补偿单元248包括q轴补偿调节器253和求反单元257。该q轴补偿调节器253可以通过对所接收的q轴电流扰动信号228或234作用一个增益，以得到q轴电压补偿信号255。该q轴电压补偿信号255被求反单元257求反后，其求反后的电压补偿信号259被用来对由在q轴控制回路187所作用的q轴电流扰动信号228或234所引起的非期望的电压信号作补偿。在一种实施方式中，该求反后的电压补偿信号259与该非期望的电压信号相加后基本为零。也即，通过电压补偿机制使得网侧变流器32输出端的有功功率即便在有q轴电流扰动信号作用的情况下，仍基本维持不变。因此，该网侧变流器32输出端的目标电参数，例如，频率，可以仅跟q轴电流扰动信号228或234相关。当电网丢失或者脱离与光伏能量转换系统20的电连接时，该网侧变流器32输出端的频率可以在规定的时间范围内(例如，两秒钟)，被更加快速地移出正常的频率范围之外。然后，可以检测出该光伏能量转换系统20运作在孤岛状况，并进行相应地保护动作，例如，将网侧变流器32关闭，停止供应电能给本地负载19。 

请进一步参阅图5，其所示为至少包括图3所示的动态补偿单元248和电流调节器208的元件在内的另一种实施方式的模块示意图。图5所示的元件基本与图4所示的元件相类似。特别地，在图5中，该动态补偿单元248被配置成具有过补偿功能，或者称为动态过补偿单元。该动态过补偿单元248包括q轴补偿调节器253以及增益单元261。该q轴补偿调节器253根据q轴电流扰动信号228或234产生电压补偿信号255。该增益单元261与该q轴补偿调节器253连接，以作用增益系数K给该电压补偿信号255，以产生q轴电压过补偿信号263。在一种实施方式中，该增益系数K可以根据实际的情况加以调节，以调整q轴电压过补偿信号263所能提供的对目标电参数的过补偿程度。通过电压过补偿机制，网侧变流器32输出端的目标电参数，例如输出频率，可以更加快速地被移出正常的频率范围之外，因此，可以缩短孤岛状况的检测时间。在其他实施方式中，图4和图5所示的该动态补偿单元或者该动态过补偿单元248还可以包括一个或者多个其他功能的元件，例如，一个或者多个滤波元件，在补偿信号259或者过补偿信号263被作用成对电压指令进行补偿之前，执行滤波操作。 

图6所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图，其中，该实施方式还通过增加动态增益调整功能以调整孤岛扰动信号的幅度。更具体而言，在一种实施方式中，该孤岛防护模块172进一步包括频率变化率检测单元298以及动态增益调整单元304。该频率变化率检测单元298与该频率变化检测单元222相连接，以接收频率偏差信号224，并根据频率偏差信号224产生频率变化率信号302。该动态增益调整单元304被配置成与该频率变化率检测单元298相连接，以接收频率变化率信号302，并产生跟随该频率变化率信号302动态变化的增益信号306。在检测孤岛状况的过程中，早期的频率(例如，电网脱离连接后开始阶段的频率)可能以较小的变化率在发生变动，因此，为了加速频率的移动，以方便快速的进行孤岛状况的检测，可以适当的加大扰动量，以达此目的。在此情形下，可以调整增益信号306，并将其作用到电流扰动产生单元226以产生具有较大幅值的电流扰动信号228。在另外一种情形下，随着电流扰动信号228的作用，并在正反馈作用下，在扰动的中后期，该网侧变流器32输出端的频率会具有较大的变化率。为了维持系统的稳定，该动态增益调整单元304可以根据该较大的频率变化率将增益信号306调整成较小的数值，以适当减小所产生的电流扰动信号228。 

图7所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。在图示的实施方式中，与上文所述的使用q轴电流扰动信号进行孤岛状况检测不同，该孤岛防护模块172包括无功扰动产生单元308，该无功扰动产生单元308被配置成根据频率变化信号224产生无功扰动信号312。该无功扰动信号312或者经过第一限幅单元232进行幅值限制后的无功扰动信号314被传送给求和元件316，该求和元件316将该无功扰动信号312或314与无功功率指令信号204相加，以对无功指令信号204进行修改或者扰动，得到修改后的无功指令信号318。该经过修改后的无功指令信号318被传送给电压-无功调节器198，其根据无功反馈信号202(参见图2)以及电压反馈信号等进行调节，产生q轴电流指令信号322。该q轴电流指令信号322经第二限幅元件244进行幅值限制后，其产生的限制后的q轴电流指令信号324被传送给电流调节器208进行调节。在可替换的实施方式中，也可以将未经幅值限制的q轴电流指令信号322直接传送给电流调节器208进行调节。进一步，在图示的实施方式中，该动态补偿单元248使用该无功扰动信号312 或314产生电压补偿信号252。该电压补偿信号252被用来对电流调节器208提供的q轴电压指令信号214进行修改或者补偿，以抵消或者减小由于在q轴控制回路187引入无功扰动信号312或314而在d轴产生的非期望的有功功率变化。图7所示的动态补偿单元248的结构与图4和图5所示的动态补偿单元相类似，也可以同样被配置成具有动态过补偿功能。 

图8所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图，其中，频率变化率检测单元298被用来检测频率的变化率。该孤岛防护模块172还包括动态增益调整单元304，其被用来根据所检测到的频率变化率产生增益信号306。类似地，该增益信号306被作用到该无功扰动产生单元308，以动态调整无功扰动信号312的幅值。 

图9所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。该孤岛防护模块172包括复合扰动信号产生单元326，以用于产生多个扰动信号。在一种实施方式中，该复合扰动信号产生单元326根据频率变化检测单元222所检测到的频率偏差信号224产生q轴电流扰动信号328和无功扰动信号332。该q轴电流扰动信号328和该无功扰动信号332可以经过第一限幅单元334进行相应的幅值限制，并且限制后的q轴电流扰动信号336和无功扰动信号338分别被传送给第一求和元件236和第二求和元件316，以分别修改或者扰动q轴电流指令信号344以及无功指令信号204。进一步，该孤岛防护模块172还包括动态补偿单元248，其根据该q轴电流扰动信号328或336和无功扰动信号332或338产生q轴扰动补偿信号252。该q轴扰动补偿信号252经第三限幅元件254进行幅值限制后，其限制后的q轴扰动补偿信号256被传送给求和元件258，以修改或者补偿q轴电压指令214，从而抵消或者减小由于在q轴控制回路187引入q轴电流扰动信号328或336和无功扰动信号332或338而在d轴产生的非期望的有功功率变化。 

图10所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图，其中，该孤岛防护模块172还包括动态增益调整机制。更具体而言，通过动态增益调整单元304所产生的增益信号306可以在早期的扰动信号作用过程中具有较大的数值，使得复合扰动信号产生单元326根据该增益信号306可以产生较大数值的q轴电流扰动信号328和无功扰动信号332，以此可以将输出的目标电参数，例如，网侧变流器32输出端的频率快速扰出正常的频率范围，以方便孤岛检测。进一步，在中期或者后期的扰动信号作用过程 中，可以通过动态增益调整单元304将所产生的增益信号调整成具有较小的数值，使得使得复合扰动信号产生单元326根据该增益信号306产生较小数值的q轴电流扰动信号328和无功扰动信号332，以维持系统稳定。 

图11至图16示出了图2所示的孤岛防护模块172的另外几个实施方式，其中，该孤岛防护模块172所产生的孤岛扰动信号178被作用到d轴控制回路或者有功控制回路185中，该扰动补偿信号184被作用成消除或者减轻由于在d轴控制回路185注入孤岛扰动信号178而在q轴控制回路所引起的负面影响。 

图11所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。在图示的实施方式中，该孤岛防护模块172包括电压变化检测单元352和扰动产生单元356。该电压变化检测单元352与电压变换单元166相连接，以接收由该电压变换单元166进行坐标变换产生的d轴电压反馈信号175。该电压变化检测单元352被配置成判断该接收的d轴电压反馈信号175是否发生变化，例如，是否偏离正常的电压值。更具体而言，该电压变化检测单元352将该接收的d轴电压反馈信号175与正常的电压值进行比较，并得到电压偏差信号354。该电压偏差信号354被提供给扰动产生单元356，以用于产生扰动信号。在其他实施方式中，也可以通过检测网侧变流器32输出端的频率是否变化，并根据频率变化来产生扰动信号，例如，根据图3以及图6至图10所描述的频率变化检测单元222所产生的频率偏差信号224来产生扰动信号。在另外的一些实施方式中，也可以同时结合电压变化检测单元352所提供的电压偏差信号354以及频率变化检测单元222所提供的频率偏差信号224来产生扰动信号。 

请继续参阅图11，在一种实施方式中，该扰动产生单元356所产生的扰动信号包括d轴电流扰动信号362。该d轴电流扰动信号362可以通过将电压变化检测单元352提供的电压偏差信号354作用一个合适的增益而得到。可以理解，该d轴电流扰动信号362主要被用来对d轴控制回路185进行扰动。如上述公式(1)所示，对d轴电流指令信号196作一个小小的电流扰动量ΔI，会引起网侧变流器32输出端的有功功率发生变化。进一步按照公式(6)，有功功率变化会迫使网侧变流器32输出端的电压发生变化。而该电压变化量ΔV可以被进一步用来产生电流扰动ΔI，且该电流扰动的符号和电压变化的符号一致。因此，通过此正反馈机制，使得电压的变化可以在同一个方向上得 以累积，并最终被扰出正常的电压范围值之外。在正常的运作过程中，当电网34与网侧变流器32保持正常电连接时，由于电网34的电压比较稳定，其足够将网侧变流器32输出端的电压钳制在正常的电压范围值之内，因此扰动信号并不会对输出的电压产生影响。而当电网34失去与网侧变流器32的电连接时，电网34也失去了对输出电压的控制，因此，各次施加的扰动量在正反馈的作用下，可以持续累积，并最终将输出电压扰出正常的电压范围之外。在此情形下，当判断出网侧变流器32的输出电压确实被扰出正常电压之外，也即光伏能量转换系统20运作在孤岛状态时，可以启动相应的保护动作，例如将本地负载19与网侧变流器32相隔离，切断能量供给，或者直接关闭网侧变流器32。 

在图11所示的实施方式中，d轴电流扰动信号362通过第一限幅单元364进行幅值限制，且限制后的d轴电流扰动信号362被传送给求和元件368，以修改或者扰动d轴电流指令信号196。在另外一种实施方式中，也可以直接使用未经幅值限制的d轴电流扰动信号362来修改d轴电流指令信号196。经修改后的d轴电流指令信号372可以在经过第二限幅单元374进行幅值限制，并且限制后的d轴电流指令信号376被传送给电流调节器208进行调节。在替换的实施方式中，也可以直接将该修改后的d轴电流指令信号372直接传送给电流调节器208进行调节，并产生d轴电压指令信号212和q轴电压指令信号214。 

请进一步参阅图11，在一种实施方式中，该孤岛防护模块172还包括扰动补偿单元248，该扰动补偿单元248用于根据d轴电流扰动信号362或366产生扰动补偿信号382。该扰动补偿信号382被用来补偿由于在d轴控制回路185作用扰动信号，例如d轴电流扰动信号362或366而在q轴引起的非期望的无功功率变化。 

更具体而言，在一种实施方式中，通过该扰动补偿单元248产生的该扰动补偿信号382包括d轴电压补偿信号。该d轴电压补偿信号382可以先通过第三限幅单元384进行幅值限制后，再将限制后的d轴电压补偿信号386传送给求和元件388，然后由该求和元件388将该d轴电压补偿信号386与d轴电压指令信号212相加，以产生补偿后的d轴电压指令信号392。通过此电压补偿之后，可以消除或者减小上述提及的在q轴引起的非期望的无功功率变化。 

图12所示为至少包括图11所示的电流调节器208和动态补偿单元248等元件在内的孤岛防护模块172的一种实施方式的详细模块示意图。图12的部分元件与图4所示的部分元件相类似，因此关于这些类似元件的描述在此省略。在图12中，d轴电流扰动信号362或366被输入到求和元件223，以对d轴电流指令信号196进行扰动，并产生扰动的d轴电流偏差信号225。该d轴电流偏差信号225经过d轴电流调节器227进行调节后，得到d轴电压指令信号227。进一步，该通过扰动补偿单元248包括d轴补偿调节器265，该d轴补偿调节器265接收该d轴电流扰动信号362或366，并据此产生电压补偿信号271。该电压补偿信号271被传送给求和元件229，然后由求和元件229将该电压补偿信号271与该d轴电压指令信号227相加，以得到补偿的d轴电压指令信号233。通过此补偿机制，由于引入有功电流扰动信号而引起的无功功率的变化可以被消除或减小，并且在无功功率基本保持不变的情形下，促使网侧变流器32输出的电压或者频率朝正常的电压或者频率范围值之外移动。因此，当电网34失去与网侧变流器32的电连接时，可以通过有功电流扰动作用，使频率或者电压扰出正常的范围值之外，并在检测出光伏能量转换系统20工作在孤岛状态之后，启动相应的保护动作，确保系统的安全。在一种实施方式中，可以同时检测网侧变流器32输出端的电压或者频率，电压或者频率中的任意一者最先被检测到被扰出其对应的正常范围之外，例如，输出电压被检测出比输出频率先脱离其正常的范围值，即认为已经检测到孤岛状况，并启动相应的保护动作。 

图13所示至少包括为图11所示的电流调节器208和动态补偿单元248等元件在内的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。在图示的实施方式中，该动态补偿单元248还被配置成具有动态过补偿功能，因此也可以被称作动态过补偿单元。特别地，该动态过补偿单元248包括d轴过补偿调节器267，该d轴过补偿调节器267根据d轴电流扰动信号362或366产生d轴过补偿电压信号275。通过此电压过补偿机制，不但可以消除由于在d轴控制回路185注入扰动信号而在q轴引起的非期望的无功变化，而且可以与d轴扰动信号相同的方式促使目标电参数，例如电压或者频率的变化，以将其更快速地扰出正常的电压或者频率范围之外。 

图14所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。图14所示的该孤岛防护模块172包括电压变化率检测单元404和动 态增益调整单元408。该电压变化率检测单元404与该电压变化检测单元352相连接，以接收电压偏差信号354，并据此产生电压变化率信号406。该动态增益调整单元408与该电压变化率检测单元404相连接，以接收该电压变化率信号406，并据此产生跟随该电压变化率信号406动态变化的增益信号412。举例而言，在扰动的早期或者初期阶段该增益信号412可以被调整成具有相对较大的数值，以使电流扰动产生单元356可以产生相对较大的扰动信号，加速对目标电参数的扰动；随着扰动的进一步进行，在中后期阶段，该增益信号412可以被调整成具有相对较小的数值，以减小电流扰动产生单元356所产生的扰动信号的幅值，维持系统稳定。 

图15所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。在图15所示的实施方式中，该孤岛防护模块172包括电压扰动产生单元414，其被配置成根据电压变化检测单元352所检测的电压变化信号354产生直流电压扰动信号416。与上文结合图11所描述的修改d轴电压指令信号196相类似，该直流电压扰动信号416被用来修改直流电压指令信号192，以改变网侧变流器32输出端的有功功率，并促使输出端的电压或者频率发生变化。当然，也可以通过第一限幅单元418对该直流电压扰动信号416进行限幅，并用限幅后的扰动信号422对直流电压指令信号192进行修改或者扰动。进一步，在一种实施方式中，该直流电压扰动信号416或422被输送给动态补偿单元248，并被该动态补偿单元248用来产生d轴电压补偿信号382。特别地，该d轴电压补偿信号382经第三限幅单元384作幅值限制后，其限制后的d轴电压补偿信号386被传送给求和元件388，该求和元件388将该d轴补偿信号386与电流调节器208产生的d轴电压指令信号212结合，以得到修改的或者补偿的d轴电压指令信号392。通过对d轴电压指令信号392进行补偿，可以消除或者减小由于注入直流电压扰动信号416或422所引起的非期望的无功功率变化，从而使得直流电压扰动信号414或422的扰动更加有效。 

图16所示为图2所示的孤岛防护模块172的另一种实施方式的详细模块示意图。与上文结合图6、8、10、14所描述的实施方式相类似，该孤岛防护模块172也包括动态增益调整机制。通过该动态增益调整机制，可以作用动态的增益信号412来产生幅值可以调整的直流电压扰动信号416，以使得该光伏能量转换系统20可以快速地检测孤岛状况同时也可以维持系统稳定。 

图17所示为配置有改进的孤岛防护模块172的光伏能量转换系统40的另一种实施方式的模块示意图。在图示的实施方式中，该光伏能量转换系统40的光伏变流器装置14基于单级式的架构。更具体而言，该光伏变流器装置14包括网侧变流器148，其被配置成直接将直流母线146处的直流电压转换成具有适当频率和幅值的交流电压，以馈入电网16。该光伏能量转换系统40进一步包括光伏变流器控制装置18，该光伏变流器控制装置18与该光伏变流器装置14相连接，用于发送控制信号182给该光伏变流器装置14，以控制其运行。该光伏变流器控制装置18与图2所示的光伏变流器控制装置18相类似。同样，功能相类似的元件，例如电流变换单元164，电压变换单元166，锁相环装置168，电流调节器208，电压-无功调节器198，坐标变换以及调制单元138等元件或者模块的详细细节在此省略不表。 

在图17所示的实施方式中，与上文结合图2至图16所描述的实施方式相类似，该光伏变流器控制装置18也被配置成可以执行孤岛检测机制或者算法之能力，特别地，该光伏变流器控制装置18可以执行例如扰动补偿机制或者算法，或者扰动过补偿机制或者算法，以及动态增益调整机制或者算法。也即，在注入孤岛扰动信号的过程中，同时通过产生并作用扰动补偿信号，以消除或者减小由于注入的孤岛扰动信号所引起的非期望的变化或者负面效果。在一种实施方式中，该单级式的光伏能量转换系统40还可以执行最大功率点追踪控制(Maximum Power Point Tracking，MPPT)机制或者算法。在此所谓的“最大功率点追踪控制机制或者算法”是指这样一种控制机制或者算法，其可以被光伏变流器控制装置18执行，以确保即便在光伏能量源12所接收的辐照能量发生变动的情形下，也可以从光伏能量源12提取出最大的光伏功率。 

请参阅图17，该光伏能量转换系统40包括最大功率点追踪装置26，该最大功率点追踪装置26接收分别通过电流传感器28和电压传感器32所检测到的光伏电流信号112和光伏电压信号114，其中，该电流传感器28和光伏传感器32被置放于该光伏能量源12和该直流母线146之间。该最大功率点追踪装置26进一步配置成根据该接收的光伏电流信号112和光伏电压信号114，执行最大功率点追踪算法，例如，扰动观测法或者电导增量法，以寻找到该光伏能量源12的最佳工作点。在一种实施方式中，该最大功率点追踪装置26根据该光伏电流信号112和光伏电压信号114提供直流电压参考信号 192。由于直流母线146处的电压与光伏能量源12的输出电压基本相同，因此通过控制直流母线146处的电压可以寻找到最大功率点。该直流电压参考信号192代表期望在该直流母线146处获得的直流电压，其被传送给直流电压调节器194，并被直流电压调节器194用来根据通过直流电压传感器186所测量到的直流电压反馈信号188，产生d轴电流指令信号196，该d轴电流指令信号并给进一步传送给电流调节器208进行调节。 

请进一步参阅图17，该孤岛防护模块172也可以接收由锁相环装置168提供的频率信号176以及由电压变换单元166提供的d轴电压信号175，根据接收的信号检测频率变化和电压变化，并在根据检测到的频率变化和/或电压变化产生孤岛扰动信号178以及扰动补偿信号184。在一种实施方式中，该孤岛扰动信号被作用成修改或者扰动直流电压参考信号192。在一种实施方式中，该最大功率点追踪装置26所提供的直流电压参考信号192可以被孤岛扰动信号178修改，以改变输入功率和输出功率，从而打破网侧变流器148输出和负载(图未示出)之间的平衡状态，以使得更有效地检测孤岛运行状况。同样地，该扰动补偿信号184被作用成消除或者减小由于引入孤岛扰动信号178所产生的非期望的变化。 

图18所示为孤岛运行检测或者保护方法4000的一种实施方式的流程图，执行该孤岛运行检测或者保护方法4000可以方便检测出入图2和图17所示的光伏能量转换系统20和40是否运行在孤岛状况，并且在检测到孤岛状况后可以启动相应的保护动作。在下面的详细描述中，该方法流程图4000的各个步骤主要结合该能量转换系统20进行描述，该方法流程图4000可以编程为程序指令或者计算机软件，并保存在可以被电脑或者处理器读取的存储介质上。当该程序指令被电脑或者处理器执行时，可以实现如流程图所示的各个步骤。可以理解，电脑可读的介质可以包括易失性的和非易失性的，以任何方法或者技术实现的可移动的以及非可移动的介质。更具体言之，电脑可读的介质包括但不限于随机访问存储器，只读存储器，电可擦只读存储器，闪存存储器，或者其他技术的存储器，光盘只读存储器，数字化光盘存储器，或者其他形式的光学存储器，磁带盒，磁带，磁碟，或者其他形式的磁性存储器，以及任何其他形式的可以被用来存储能被指令执行系统访问的预定信息的存储介质。 

在一种实施方式中，该方法4000可以从步骤4002开始执行。在步骤4002 中，获取能量变换系统20输出端的一个或者多个电参数。举例而言，通过锁相环装置168获得网侧变流器32输出频率，通过电压变换单元166获得网侧变流器32输出电压的d轴分量。 

在步骤4004中，该方法4000继续检测该获得的至少一个电参数是否发生变化。举例而言，可以通过频率变化检测单元222检测频率是否发生变化，还可以通过电压变化检测单元352检测电压是否发生变化。 

在步骤4006中，作为一个可选的步骤。通过执行动态增益调整机制产生孤岛扰动信号。步骤4006可以包括子步骤4003和4005，以通过确定电参数的变化率决定相应的增益信号。举例而言，在子步骤4003中，进一步通过所检测到的电压变化信号或者频率变化信号检测电压变化率信号和频率变化率信号。在子步骤4005中，根据该电压变化率信号和或频率变化率信号产生增益信号。更具体而言，当频率或者电压变化较慢时，可以将增益信号调整成具有较大的数值，使得扰动信号的幅值加大，以加速目标电参数的移动，而当频率或者电压变化较快时，可以适当将增益信号的数值调小，使得扰动信号的幅值减小，以维持系统稳定。 

在步骤4012中，产生孤岛扰动信号。在一种实施方式中，可以通过作用固定的增益值至所检测到的电参数的变化，来产生孤岛扰动信号。例如，该孤岛扰动信号可以包括q轴电流扰动信号，无功扰动信号或者其结合。在另外一种实施方式中，也可以通过步骤4006中所产生的动态增益来产生孤岛扰动信号，以使得孤岛扰动信号的幅值可以调整。 

在步骤4014中，产生扰动补偿信号，以消除或者减小由于孤岛扰动信号所引起的非期望的变化。在一种实施方式中，该扰动补偿信号可以包括q轴电压补偿信号，其被作用成消除或者减小由于在q轴控制回路187注入q轴电流扰动信号或者无功功率扰动信号等而在d轴控制回路所产生的非期望的有功功率变化。在另外一种实施方式中，该步骤4014也可以产生扰动过补偿信号。该扰动过补偿信号不仅可以消除上述的非期望的变化，例如有功功率变化，而且可以贡献另外的扰动量，以与步骤4012所产生扰动信号以相同的作用方式，促进目标电参数的移动。 

在步骤4016中，至少基于上述的孤岛扰动信号和扰动补偿信号产生控制变流器装置运作的控制信号。该控制信号可以包括开启或者关闭变流器装置内的半导体开关器件的开关信号。 

在步骤4018中，判定一个或者多个电参数值是否超出预设的正常范围。更具体而言，在一种实施方式中，该判断步骤4018可以判断该网侧变流器32输出端的频率是否超出正常的频率范围，或者该判断步骤4018也可以判断该网侧变流器32输出端的电压是否超出正常的电压范围，或者该判断步骤4018也可以同时判断该网侧变流器32输出频率和输出电压是否分别超出正常的频率范围和正常的电压范围。如果该一个或者多个电参数中的一者或者多者被判断出超出其正常的范围值时，该方法流程4000转向步骤4022执行；而如果该一个或者多个电参数中的一者或者多者被判断出未超出其正常的范围值时，该方法流程4000转向步骤4002执行，以继续进行孤岛状况检测。 

在步骤4022中，响应判断步骤4018所作出的肯定判断，也即光伏能量转换系统20运行在孤岛状态，启动响应的保护动作。在一种实施方式中，该保护动作为开启连接在光伏能量转换系统20和本地负载36之间的开关，以切断两者之间的能量供给。在另外一种实施方式中，也可以直接将光伏能量转换系统20中的变流器装置24例如网侧变流器32关闭，以停止输出能量。 

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。