光伏并网发电系统孤岛检测检测技术的 研究 姓名 指导老师 专业 学号 近期状况 l阅读文献 l完成调研报告 l完成开题报告 l对孤岛检测主动式中的AFD的学习和研究 l对Matlab中的simulink仿真模块的学习 (正在 进行) l编写S-function，进行对AFD方法的仿真研究 孤岛效应 l光伏系统（PV. photovoltaic） 独立PV：带蓄电池可独立运行的PV系统 并网PV：与电网连接并向电网输送电力的PV系统 l孤岛效应 孤岛现象是指当电网由于电气故障或自然因素等原因 中断供电时，光伏并网发电系统仍然向周围的负载供 电，从而形成一个电力公司无法控制的自给供电孤岛 ，容易造成设备损坏和人员伤亡。 光伏并网发电系统框图 l系统正常工作时，逆 变器分别向交流负载 和电网输电。 l当电网故障时，即框 图中开关断开，此时 ，逆变器向局部电网 负载供电，不再受到 电网控制，即产生孤 岛效应。 注：PPV,QPV为逆变器 的有功和无功功率 PL，QL为负载 获得的有功和 无功功率 P Q 为电网获 得的有功 和无功功 率 检测标准 IEEE Std.2009-929/UL1741 对孤岛检测时间 的限制 状态 分类 断电后电网电 压幅值 断电后电 网频率 最大检测时 间 AV0.5Vn fn6 cycles B0.5VnV0.88Vn fn2 seconds C0.88VnV1.10Vn fn2 seconds D1.10VnV1.37Vnfn2 seconds E1.37VnV fn2 seconds FVnffn+0.5 6 cycles 注：Vn指的是电网幅值的额定值；fn指电网的频率的额定 值。 孤岛检测 l被动式 原理：被动式检测方法是利用电网发生断电时逆变器 的输出电压幅值、相位、频率或谐波的改变来直接甄 别系统是否发生孤岛状况的。 优点：检测方法简单，对系统运行无干扰等。 缺点：当光伏系统输出功率与负载功率平衡时，被动 式检测方法将失去孤岛效应检测能力，因此存在较大 的非检测区域(Non-Detection Zone，NDZ)。 被动式检测分类 l电压、频率检测 原理：当并网逆变器输出功率(有功功率、无功功率)与负载需求功率不匹 配，电压或频率将产生变化，一旦超出正常范围，保护电路使并网逆变器 停止运行。 l相位检测 原理：电网出现故障时，光伏发电系统所带的负载阻抗会发生变化，导致 电网故障前后逆变器输出电压和输出电流之间相位发生明显变化，系统可 以根据相位的变化情况来判断电网是否出现故障。 l电压谐波检测 原理：当系统与电网断开时，其输出电流在经过变压器等非线性设备时将 会产生大量的谐波，监测线路电压的谐波量，当发现谐波量突然增加时， 就可以认为发生了孤岛现象 孤岛检测 l主动式 原理：在控制变量：电流幅值、频率或相位中加入了 适当的扰动量，同时检测逆变器的输出情况。 l当电网正常工作时,由于电网的平衡作用, 扰动信号不足 以改变并网逆变器的输出特性； l当电网故障或者掉电时，由于扰动信号的反馈作用， 并网逆变器的输出特性就会快速累积并且超出允许范 围,从而实现了快速检测。 优点：精度高，检测盲区小等。 缺点：当局部电网存在多个分布式能源系统时，主动检 测效果下降 主动式检测分类 l有功功率扰动法 就是周期性的改变并网逆变器输出电流值的大小，同时检测逆变 器公共连接点a点的电压大小变化情况。 l在电网正常工作的情况下，电流的扰动不会改变电网电压的波动 l当孤岛发生时逆变器检测到的逆变器输出电压将会发生大的变动 ，从而可以判断孤岛的发生。 优点：实现简单，另外不会增大并网电流的谐波失真值的优点 缺点： 对于大功率集中型并网装置而言，人为的改变有功功率的输出 会对局部电网产生不可小视的冲击。 当孤岛中同时存在多个光伏并网系统供电时，难以做到对多个 并网系统功率的同步干扰。 主动式检测分类 l主动频率扰动法（Active frequency drift：AFD） 对并网输出电流的频率施加一个扰动信号，使得并网电流的频率 发生变化。 l当电网正常工作时,由于电网的平衡作用, 扰动信号不足以改变逆 变器输出电流的频率 l当电网故障或者掉电时，由于扰动信号的反馈作用，逆变器输出 电流的频率就会快速累积并且超出允许范围,从而实现了快速检 测。这种方法由于人为加入扰动信号会影响并网逆变器输出电流 的质量。对于RLC负载存在检测盲区 主动式检测分类 l滑模频率偏移法 该方法与主动频率扰动法的工作原理类似，两者主要区别在于 AFD法对频率引入了扰动，而滑模频率偏移法是对逆变器输出电 压的相角进行扰动。 AFD原理 fv逆变器频率 f50hz电网频率 cf扰动频率 思想：通过锁相环(PPL)确定公共点的电压和频率 ，调整光伏逆变器输出电流的给定频率，试其略 高（低）于公共点频率。若电流半波已完成，而 电压未过零点，择强制电流给定为零，知道电压 过零出发到来，电流才进入下一个半波 电网控制框图 MATLABSIMULINK仿真 l品质因数的确定 l常用并联RLC谐振负载代表 局部负载，从而模拟一种最 严重的孤岛状况。负载品质 因数Qf的选择很重要Qf太 小将导致逆变器在测试平台 上能通过反孤岛测试，而在 现场却检测不到孤岛效应： 而选择太大的Qf又是不切实 际，将导致逆变器不能做出 正确的判断。一般认为Qf取2 5。 lRLC参数的确定 l输出功率和负载功率相等； lRLC谐振频率和电网频率相 等。 得： R=24 L=0.03H C=338 u F 负载谐振频率为50Hz 仿真结构图 S-function编写 后续工作 l小论文的书写 l实验方案的研究 l大论文的研究 结 束