光伏逆變器孤島檢測(cè)

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1、光伏系統(tǒng)中孤島檢測(cè)的算法研究張耀孤島效應(yīng)一個(gè)性能完善的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，需要各種保護(hù)措施保證用戶的人身安全，同時(shí)防止設(shè)備因意外而造成的損壞。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)工作，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)需能及時(shí)檢測(cè)出電網(wǎng)故障并切斷其與電網(wǎng)的連接。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障，就會(huì)出現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)仍向局部電網(wǎng)供電的情形，從而使本地負(fù)載仍處于供電狀態(tài)，造成設(shè)備損壞和人員傷亡。這種現(xiàn)象被稱為孤島效應(yīng)。目前孤島檢測(cè)主要分為被動(dòng)式檢測(cè)和主動(dòng)式檢測(cè)兩種。被動(dòng)式檢測(cè)是利用電網(wǎng)斷電瞬間，逆變器輸出功率與局部負(fù)載功率不平衡造成的逆變器輸出端電壓值和頻率變化作為孤島效應(yīng)

2、檢測(cè)的依據(jù)。其具有檢測(cè)方法簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)干擾等優(yōu)點(diǎn)。但是如果在電網(wǎng)停電的瞬間，逆變器輸出功率與局部負(fù)載功率達(dá)到平衡，該方法將失去作用。主動(dòng)式檢測(cè)是在系統(tǒng)工作中，對(duì)逆變器輸出電流、頻率或相位施加一定的擾動(dòng)信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。如果電網(wǎng)正常，因電網(wǎng)的巨大平衡作用，逆變器輸出不受擾動(dòng)信號(hào)的影響;一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，這些擾動(dòng)量就會(huì)在逆變器輸出端逐步累計(jì)，直至超出規(guī)定范圍，從而反映出電網(wǎng)故障。與被動(dòng)式檢測(cè)方法相比，主動(dòng)式檢測(cè)方法具有精度高，檢測(cè)盲區(qū)小的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)局部電網(wǎng)存在多個(gè)分布式能源系統(tǒng)時(shí)，主動(dòng)式檢測(cè)效果下降，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)效。如圖所示，

3、電網(wǎng)正常工作情況下，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)Sl、S2均閉合，電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)同時(shí)向圖中逆變器負(fù)載和電網(wǎng)負(fù)載供電;電網(wǎng)突然停止工作時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S1閉合,S2打開(kāi)，此時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向逆變器負(fù)載和局部電網(wǎng)負(fù)載供電，那么將會(huì)導(dǎo)致孤島的產(chǎn)生。被動(dòng)式孤單檢測(cè)被動(dòng)式檢測(cè)主要有電壓頻率檢測(cè)、相位檢測(cè)、頻率檢測(cè)三種方法，在實(shí)際中均有一定的應(yīng)用。但是由于被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法對(duì)逆變器輸出功率與負(fù)載功率是否匹配有較高的要求，因此存在較大的檢測(cè)盲區(qū)。所以在此不做詳細(xì)的描述。主動(dòng)式孤島檢測(cè)根據(jù)所加擾動(dòng)方式的不同，主動(dòng)式孤島檢測(cè)法主要分為移頻法、移相法及功率擾動(dòng)法。移

4、頻法主要有主動(dòng)移頻法(ActiveFrequencyDrift，AFD)與帶正反饋的主動(dòng)移頻法(ActiveFrequencyDriftwithPositiveFeedback．AFDPF)，通過(guò)對(duì)逆變器的輸出頻率進(jìn)行擾動(dòng)來(lái)提高孤島檢測(cè)效果。移相法主要有滑動(dòng)相移法(SlipModeFrequencyShift，SMS)與自動(dòng)移相法(AutomaticPhaseShift，APS)等，通過(guò)對(duì)逆變器的輸出相位進(jìn)行擾動(dòng)來(lái)提高孤島檢測(cè)效果。下面就分別介紹幾種主要的主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法。主動(dòng)移頻法主動(dòng)頻率偏移(ActiveFrequencyDr

5、ift．AFD)孤島檢測(cè)方法的思想是通過(guò)鎖相環(huán)(PLL)確定公共點(diǎn)電壓的頻率和相位．調(diào)整光伏逆變器輸出電流的給定頻率。使電流頻率比公共點(diǎn)電壓頻率略高或略低。若電流半波已完成而電壓過(guò)零點(diǎn)未到。則強(qiáng)制電流給定為零。直到電壓過(guò)零點(diǎn)觸發(fā)到來(lái)。電流才開(kāi)始下一個(gè)半波。如圖3.2所示。這樣在電網(wǎng)正常時(shí)，公共點(diǎn)電壓受電網(wǎng)電壓鉗制而保持不變，一旦電網(wǎng)失壓。公共點(diǎn)電壓將由本地負(fù)載相位特征曲線決定．公共點(diǎn)電壓的頻率會(huì)受電流頻率的影響而逐漸偏離原值。最終有可能超過(guò)正常范圍而被（過(guò)頻／欠頻)保護(hù)檢測(cè)到。從而判斷出孤島。電網(wǎng)失壓后．如果不關(guān)閉逆變器．公共點(diǎn)電壓

6、的頻率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，直到新的平衡產(chǎn)生。穩(wěn)態(tài)頻率應(yīng)使負(fù)載相角滿足如下關(guān)系式中為電流過(guò)零點(diǎn)超前（或滯后）電壓過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔。為AFD的截?cái)嘞禂?shù)。且，T為電壓周期。一旦上述公式被滿足，系統(tǒng)將達(dá)到穩(wěn)態(tài)，如果在調(diào)整中頻率超限，則孤島被檢出，如果沒(méi)有，則孤島產(chǎn)生。由于主動(dòng)頻率偏移法該方法簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，但是擾動(dòng)參數(shù)設(shè)置過(guò)小，則容易出現(xiàn)漏檢；參數(shù)設(shè)置較大，雖可提高檢測(cè)效果卻降低了電能質(zhì)量，并且在RLC負(fù)載情況下，會(huì)因諧振頻率的干擾造成孤島效應(yīng)的漏判，所以在此基礎(chǔ)上又產(chǎn)生了帶正反饋的主動(dòng)移頻法為了使系統(tǒng)更快的檢測(cè)出電網(wǎng)故障，研究人員提出了正反饋有源

7、頻率漂移法AFDPF。在該方法中滿足下式：式中是上個(gè)周期的擾動(dòng)信號(hào)，是本周期的擾動(dòng)信號(hào)，是根據(jù)逆變器輸出電壓頻率的變化情況施加的反饋信號(hào)，正反饋有源頻率漂移法的工作過(guò)程如下:①電網(wǎng)正常時(shí)，由于逆變器輸出電壓的頻率不變，保持不變;②當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，逆變器輸出電壓的頻率因擾動(dòng)信號(hào)的作用與電網(wǎng)電壓的頻率產(chǎn)生誤差;③由于的反饋?zhàn)饔?，逆變器下一個(gè)周期輸出電壓的頻率與電網(wǎng)電壓的頻率誤差更大;④步驟③不斷重復(fù)，逆變器輸出電壓的頻率迅速上升，最后超出并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。與傳統(tǒng)的AFD方法相比，該方法提高了孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)的檢測(cè)速度。由分析可知，無(wú)論

8、是無(wú)論傳統(tǒng)的AFD方法還是AFDPF方法，擾動(dòng)信號(hào)均按一個(gè)方向?qū)δ孀兤鬏敵鲭妷旱念l率進(jìn)行擾動(dòng)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障且負(fù)載性質(zhì)不同時(shí)，逆變器輸出電壓的頻率變化方向有可能與擾動(dòng)信號(hào)方法相反，這會(huì)導(dǎo)致逆變器輸出電壓頻率誤差積累較慢從而延長(zhǎng)孤島檢測(cè)